La lignina: il biopolimero per le vernici sostenibili

Intervista a cura di Giovanni Cicatiello

Nell’ambito della sostenibilità e della diffusione di nuovi materiali biologici da utilizzare in vari settori industriali, negli ultimi anni è cresciuto l’interesse verso la lignina, il biopolimero, dopo la cellulosa, più presente sulla Terra.
Presente nelle pareti cellulari del legno, è un materiale largamente disponibile e a basso costo e che presenta caratteristiche peculiari che ne rendono interessante l’utilizzo nei prodotti vernicianti.

Sugli sviluppi della ricerca universitaria riguardo i possibili utilizzi della lignina ne abbiamo discusso con Claudia Crestini dal 2019 professoressa ordinaria di Chimica Generale e Inorganica presso l’università Cà Foscari di Venezia.

GC – Perchè la lignina è un materiale di interesse per la ricerca universitaria?
CC – La lignina è un biopolimero presente nelle piante dalle interessanti caratteristiche antiossidanti, di schermo per la luce ed antimicrobiche. Ad esempio, protegge il legno dagli attacchi di microrganismi come funghi e batteri, da insetti e dalle radiazioni solari.
Il legno è ampiamente utilizzato nell’industria come materiale sostenibile e ha come principale residuo di lavorazione la lignina.
L’industria della carta e degli imballaggi produce enormi quantità di lignina come materiale di scarto che viene solo in piccola parte riutilizzato bruciandolo e ricavandone energia usata dalle aziende.
Nonostante venga utilizzato come fonte di calore rimangono enormi quantitativi di lignina da smaltire.
Si cerca un mercato per questo materiale economico e largamente disponibile.
Lo si ritrova anche come scarto nella lavorazione dei biocarburanti.
Per comprenderne l’enorme disponibilità basti pensare che da un litro di biocarburante prodotto si genera mezzo chilo di lignina. Mi sono sempre occupata della valorizzazione dei residui della produzione a base di legno e materiali cellulosici e la lignina è il materiale adatto allo sviluppo di una filiera sostenibile.
Come laboratorio di ricerca dell’università di Venezia, ci occupiamo a 360 gradi della chimica e della scienza dei materiali della ligninapartire dagli studi fondamentali di natura strutturale e dallo sviluppo di metodiche analitiche, cerchiamo di comprendere come rendere questo materiale più compatibile con altre matrici anche polimeriche per essere inserito nelle formulazioni con altri prodotti e studiarne le possibili applicazioni industriali.

Per i vostri progetti, collaborate con il mondo delle imprese?
CC – Collaboriamo molto con le aziende private grazie al nostro approccio che tende a ricercare soluzioni pratiche da sfruttare negli ambiti industriali.
Interagiamo sia con gruppi multinazionali che con imprese medio-piccole per lo sviluppo di prodotti e materiali innovativi.
Per vent’anni abbiamo collaborato con un noto gruppo multinazionale che produce beni per la persona e la casa (detergenza e cosmetica), e con una multinazionale per lo sviluppo di pneumatici fatti a partire dalla lignina.
Con un importante gruppo italiano stiamo collaborando per riutilizzare la lignina che viene scartata nei loro processi di fabbricazione dei biocarburanti per la produzione di bioplastiche degradabili.

Come può essere sfruttato industrialmente l’uso della lignina?
CC – La problematica maggiore per l’utilizzo della lignina è la sua scarsa compatibilità con le matrici che si tramuta in forte incompatibilità con le sostanze che compongono ad esempio la formulazione di una vernice.
La lignina ha una polarità intermedia tra quella dell’acqua e dei solventi organici, pertanto è poco solubile nella maggior parte dei solventi utilizzati nella produzione delle vernici.
Il gruppo di ricerca che seguo si è arricchito aggiungendo degli ingegneri dei materiali e dei chimici specializzati in nanostrutture e in fotochimica per ampliare i campi di applicazione.
Questo ci ha permesso di sviluppare dei processi dal basso costo per creare delle nanodispersioni di lignina stabili, solubili in acqua e nei solventi organici e dalla proprietà non tossiche.
La lignina nanostrutturata può essere così dispersa in acqua, generando una vera e propria resina da utilizzare nelle formulazioni di prodotti vernicianti a base acquosa.

Avete già sviluppato progetti per utilizzare la lignina nei prodotti vernicianti?
CC – Abbiamo partecipato a un progetto di ricerca europeo che si chiamava Bioclean per formulare dei coating con la lignina destinati alle imbarcazioni con caratteristiche antivegetative (antifouling) per ridurre l’impatto dannoso dei metalli e di sostanze tossiche presenti in queste vernici.
In questo momento stiamo collaborando con una grossa multinazionale per lo sviluppo di coating per uso alimentare, per sfruttare un’altra importante caratteristica della lignina, essere una sostanza edibile.
La lignina è un materiale biologico non tossico, e pertanto adatto per i rivestimenti che entrano a contatto con gli alimenti.
Vogliamo approfondire la possibilità di realizzare vernici funzionalizzate “smart” per l’anticorrosione, autoriparanti, igienizzanti per ambienti ospedalieri sfruttando la capacità di inserire nelle particelle nanodisperse di lignina dei principi attivi che possono essere rilasciati lentamente nel tempo.

Come si stanno sviluppando i temi della sostenibilità nelle collaborazioni tra ricerca accademica e mondo delle imprese?
CC – La sostenibilità ha un costo, alcuni paesi come quelli del Nord europa investono molto su questi temi.
La diffusione di una cultura generalizzata che sostenga il cambiamento è alla base di questo processo, noi come università cerchiamo di fare la nostra parte.
La chimica una volta vista come “brutta, cattiva e inquinante” adesso, grazie anche alle nuove generazioni, è valutata diversamente, in quanto si cerca attivamente di cambiare i processi esistenti nella direzione di una efficiente sostenibilità ambientale. In questo senso però è richiesto un maggiore impegno da parte delle aziende e della politica, che, con l’utilizzo di adeguate disposizioni legislative deve porre le aziende, soprattutto quelle medio-piccole, nelle condizioni di cambiare i processi produttivi e i prodotti, un cambiamento che altrimenti non sarebbero mai in grado di affrontare.
Va anche incentivato l’utilizzo dei finanziamenti europei che aiutano molto la diffusione di progetti legati alla sostenibilità.
La comunicazione tra aziende e università deve migliorare per rendere evidenti e fruibili le potenzialità offerte alle imprese per lo sviluppo di nuovi e innovativi progetti.
Le aziende illuminate, anche di piccole dimensioni, con una chiara visione del futuro collaborando col mondo universitario possono davvero realizzare grandi cose anche partendo da zero.
E questo lo si realizza sfruttando gli strumenti di sostegno.
Bisogna migliorare i rapporti aziende-università anche attraverso la ricerca di un lessico comune in grado di comprendere le necessità di tutte le parti coinvolte così da ottenere dei risultati pratici che dalle aule e dai laboratori universitari sfocino nella realizzazione di prodotti da immettere sul mercato