Materiali high-tech con futuro

Senza dubbio, i materiali plastici occupano una posizione di vertice in tutto lo spettro dei materiali. Grazie alle loro proprietà e funzionalità, i materiali plastici aprono in molti settori possibilità di impiego e potenzialità di innovazione inesplorate. La ricerca sui materiali e in particolare lo sviluppo delle plastiche sono considerati nel settore come tecnologie trasversali importanti e garanzie di successo economico.

I materiali plastici sono imbattibili. Rinforzati con fibre, caricati con particelle o schiumati, sono meccanicamente estremamente resistenti. Dotati di additivi e funzionalità, non sono solo stabili e resistenti agli influenze esterne, ma si distinguono per proprietà migliorate e capacità ottiche, elettriche e termiche particolari, possiedono funzioni di accumulo energetico, sensoriali, attuative o addirittura auto-riparanti.

La multifunzionalità delle plastiche è oggi apprezzata nell'industria edile non solo per la vasta gamma di applicazioni, ma soprattutto in vista di un’efficienza energetica e delle risorse sostenibile. Nuovi compositi in fibre e materiali leggeri si rivelano anche nel settore automobilistico come chiave per ridurre il fabbisogno energetico e le emissioni di anidride carbonica. Le plastiche trovano un'ampia gamma di impieghi nel settore automobilistico, dall'equipaggiamento alle tecnologie di identificazione specifica.

Eletttronica in plastica

Lo sviluppo di plastiche con proprietà ottiche ed elettroniche speciali sta vivendo un impulso. L'uso di polimeri cromogeni e fototropici, che possono essere controllati tramite stimoli come la luce, apre nuovi mercati, come dimostrato dalla lavorazione di polimeri luminosi in OLED. Tecniche per la produzione di celle solari e moduli fotovoltaici, nonché vetri di protezione solare intelligenti, acquisiranno ulteriore importanza nel contesto del consumo energetico e della riduzione dei costi.

Nanomateriali

In vari settori, come nei moduli di commutazione elettrica, nei fosfori e soprattutto nella funzionalizzazione o rivestimento di superfici di materiali, i nanomateriali sono già in uso. In medicina e farmacia, fungono da vettori di principi attivi innovativi e consentono nuovi metodi di trattamento. Sono inoltre già impiegati come additivi funzionali nell'industria alimentare.

I cosiddetti Quantum Dots sono nanoparticelle innovative con proprietà uniche, che possono essere modulate tramite la regolazione della dimensione delle particelle e la passivazione della superficie con vari ligandi. Le loro proprietà speciali vengono utilizzate in diversi campi come la tecnologia dei display, la fotovoltaica o nella sicurezza delle banconote, così come nella terapia medica. Attualmente, nella ricerca si sviluppano metodi di rappresentazione ecocompatibili e possibilità di ulteriori miglioramenti dell’efficienza.

La produzione di nanoparticelle industrialmente utilizzabili e la loro stabilizzazione offrono opportunità e rischi allo stesso tempo. Da un lato, micro- e nanoparticelle aprono nuove prospettive in diverse tecnologie applicative, dall’altro pongono grandi sfide per l’analisi e la tutela della salute.

Biopolimeri

I biopolimeri sono prodotti di sintesi macro molecolari naturali derivanti da materie prime rinnovabili. Biopolimeri disponibili industrialmente come cellulosa, amido, lignina, chitosano, proteine vegetali e animali vengono ottenuti tramite procedure specifiche da prodotti dell’agricoltura e della silvicoltura. L’obiettivo è sostituire il petrolio come materia prima di base con risorse rinnovabili. Si sviluppano nuove soluzioni per la sicurezza delle materie prime e per la riduzione delle emissioni dannose.

Grazie alla loro impressionante varietà, i biopolimeri sono disponibili per lo sviluppo di prodotti di vario tipo e possiedono un potenziale inesauribile per ottimizzare diverse applicazioni.

Nello sviluppo di prodotti biobased, si pongono al centro aspetti come funzionalità, economicità e sicurezza. L’uso di biopolimeri è ormai consolidato nei settori della produzione alimentare, dei prodotti farmaceutici, della tecnologia medica, dell’industria chimica, della lavorazione delle plastiche e dell’automotive.

Il focus della ricerca è sullo sviluppo di biopolimeri funzionali e sull’indagine delle condizioni di processo. Studi recenti mostrano, in alcuni casi, un miglioramento delle proprietà del prodotto attraverso la combinazione di materiali di origine biologica e plastiche sintetizzate convenzionalmente. Lo sviluppo di biopolimeri incapsulanti e dei loro nanoparticelle o additivi funzionali lascia intuire possibilità rivoluzionarie di impiego.

Analisi di alto livello e ultraspionistica

Nuovi materiali sono la chiave per un futuro sostenibile. La condizione per lo sviluppo di tali materiali ad alte prestazioni e per la conoscenza delle loro proprietà è un’analisi comprovata. I campi di applicazione e le possibilità di impiego dei materiali moderni sono quasi illimitati. Oltre alle applicazioni industriali, le plastiche sono impiegate in tutti gli ambiti della vita quotidiana, dai beni di consumo all’imballaggio. La domanda di ricerca e sviluppo è elevata e, con l’aumentare della varietà di nuovi materiali funzionali, crescono anche le esigenze di analisi.

Procedimenti innovativi di sintesi e analisi, come mostrato all’analytica, sono i motori della ricerca e della verifica di nuovi materiali.

Analisi delle plastiche dal punto di vista del settore

Un importante trend nell’analisi delle plastiche, secondo il parere del dott. Jürgen Blumm, amministratore delegato di Netzsch Gerätebau, va verso metodi di misura più rapidi, affidabili e altamente automatizzati. «Inoltre, l’analisi completa, dalla raccolta del campione alla preparazione, fino all’esecuzione del test e alla valutazione, dovrebbe essere il più semplice possibile», afferma Blumm. «Viviamo oggi in un’epoca in cui si lavora quotidianamente con smartphone e tablet. Questi strumenti sono progettati per essere usati senza molta formazione e sforzo. La tecnologia di misura futura seguirà questa tendenza.»

All’analytica 2016, Netzsch presenta per la prima volta l’«Eplexor-DMA». Questi dispositivi di prova dinamico-meccanici consentono gamme di forza come quelle non raggiungibili con strumenti di laboratorio convenzionali. Sono esposti anche nuovi sistemi di accoppiamento tra analisi termica e analisi dei gas. «Siamo particolarmente orgogliosi del sistema brevettato di accoppiamento diretto tra FT-IR e termogravimetria», afferma Blumm, e sottolinea: «Naturalmente, anche la nuova interfaccia utente nel software con Smart-Mode è assolutamente al passo con i tempi».

Le attuali esigenze di semplicità d’uso, anche nei dispositivi classici di analisi termica, sono state realizzate da Netzsch. «Il ricercatore vuole poter eseguire anche cicli di misura complessi. Il nostro nuovo software Smart-Mode fornisce entrambe le cose: test di routine con pochi clic del mouse e piena flessibilità per il ricercatore ambizioso», spiega Blumm. I nuovi DMA consentono inoltre modalità di misura completamente nuove. È possibile eseguire misurazioni su campioni e sezioni trasversali come quelli utilizzati nei prodotti reali. Ciò riduce i tempi di preparazione del campione e rende i risultati più realistici, soprattutto con materiali compositi eterogenei.

«Per l’analisi delle plastiche, il software giocherà un ruolo sempre più importante in un sistema moderno di analisi termica, poiché è la chiave per un’operatività orientata all’utente e per scoprire nuove applicazioni in produzione e ricerca», afferma la dott.ssa Maria Zweig di Mettler Toledo. «Il software STARe è il risultato di uno sviluppo continuo di Mettler Toledo, che permette di controllare tutti gli strumenti di analisi termica con una singola piattaforma software. Grazie alla funzionalità e all’uso intuitivo, l’esecuzione e l’interpretazione di qualsiasi misura diventano ancora più semplici per l’utente. Opzioni per il controllo qualità o l’integrazione in un sistema LIMS superiore vengono integrate senza problemi nel software, offrendo all’utente un concetto olistico per concentrarsi completamente sui propri progetti.»

Guardando alle nuove applicazioni nel settore dei biopolimeri, Zweig aggiunge: «Mettler Toledo, con il suo rivoluzionario sviluppo del FlashDSC (Calorimetria a scansione rapida), contribuirà in modo significativo alla comprensione delle proprietà strutturali e della lavorabilità dei materiali alternativi grazie alle alte velocità di riscaldamento e raffreddamento.»

Prospettive analitiche

Implementare nuove tecnologie nella strumentazione di misura classica, aumentando così la precisione delle misure e ampliando i campi di applicazione, è un obiettivo importante. «Anche la riduzione dei passaggi di lavoro nel processo di analisi complessivo gioca un ruolo importante per noi», aggiunge Blumm, «l’automazione e il funzionamento 24/7 sono temi che affrontiamo con sempre maggiore attenzione. Con l’Eplexor-DMA siamo già un passo avanti. Questo DMA può essere dotato di un caricatore automatico di campioni, che può eseguire misurazioni anche in modalità e geometrie di campione diverse in modo completamente autonomo. Attualmente, questa è un’unicità mondiale.»

Analisi dei materiali all’analytica 2016

All’analytica 2016, verranno presentate le configurazioni più recenti di strumenti e le possibilità di accoppiamento, nonché le tendenze future nella ricerca e analisi dei materiali. Per ogni materiale e problema, l’utente troverà la soluzione più adatta. La fiera di riferimento del settore offre una panoramica completa su tecniche innovative come DSC, DMA, TGA, tecniche di separazione con cromatografia a interazione, GPC, cromatografia ad alta temperatura, frazionamento a flusso di campo, spettrometria, microscopia e tecniche di imaging, nonché sulle relative soluzioni software e di automazione. Molti metodi possono essere impiegati in modo economico, rapido ed efficiente nella routine di laboratorio quotidiana e nella garanzia della qualità. Scoprite all’analytica, il più grande evento del settore a livello mondiale, metodi potenti e tendenze future nell’analisi dei materiali.