Fibre innovative per il made in Italy

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Fibre innovative per il made in Italy
Novembre 2007
Premessa
L’industria italiana delle fibre artificiali e sintetiche ha particolarmente sofferto
negli ultimi anni di una forte congiuntura negativa ma, soprattutto, di importanti
ostacoli di natura strutturale che stanno seriamente minando la competitività del
settore.
Nonostante una discreta ripresa dell’attività produttiva registrata nel 2006, il
settore deve sempre più urgentemente trovare nuovi assetti industriali e soluzioni
alle condizioni esogene che ne ostacolano lo sviluppo. Il momento è sicuramente
favorevole a livello mondiale e per le imprese italiane può rappresentare
l’occasione per accelerare quel processo di riposizionamento dei business sui
settori più trainanti.
A tal fine, risulta indispensabile che l’impresa si trovi nelle condizioni favorevoli
per investire in ricerca e innovazione, unica via di uscita per contrastare la
concorrenza extra-europea che non è ancora in grado di competere con la
qualità e le prestazioni garantite dalle produzioni occidentali di più alto livello.
Assofibre Cirfs Italia promuove la nascita di un Progetto di ricerca
settoriale
•
fortemente innovativo
•
in grado di tradursi in innovazioni di tipo radicale
•
risultato dell’incrocio di tecnologie adatte ad applicazioni che,
partendo dal quelle più tradizionali legate al tessile, sfoci nei
comparti di utilizzo emergenti, come le applicazioni industriali,
medicali, geotessili, ecc.
Il Progetto si presta a soddisfare due importanti requisiti legati rispettivamente
all’Offerta e alla Domanda del settore.
1. L’industria delle fibre italiana ha mantenuto una capacità tecnologica di alto
livello e detiene tuttora un patrimonio aziendale fatto di manager, cultura e
conoscenza tecnica senza uguali nel mercato in grado di sostenerla nella
difficile fase di transizione verso nuovi assetti industriali. Nel settore delle
fibre man-made in Italia si può raggiungere l’obiettivo che in altri campi
è problematico: le aziende hanno la dimensione aziendale, gli uomini e
le conoscenze per sviluppare partnership tecnologiche, per creare un
solido ponte tra la ricerca di base, la ricerca applicata e lo sviluppo
industriale.
2. Le imprese italiane di fibre devono rivestire ancora un ruolo importante nella
filiera italiana del tessile/abbigliamento: l’innovazione nella filiera tessile non
può che venire dal mondo delle fibre e le aziende ne sentono la
responsabilità. In altre parole, la presenza di un’industria nazionale di fibre
in grado di fornire prodotti innovativi, performanti e competitivi
rappresenta la condizione indispensabile per mantenere un’importante
base produttiva in Italia dell’industria a valle.
Concrete occasioni di rilancio della ricerca possono provenire dalle possibilità
offerte dai “Progetti di Innovazione Industriale” previsti da “Industria 2015” e in
particolare dai temi connessi alle “Nuove tecnologie per il made in Italy”,
ambito in cui l’industria di fibre si propone a pieno titolo con un progetto
settoriale sul quale convergono specifici progetti aziendali.
2
Requisiti del Progetto
Il Progetto di Ricerca delineato presenta alcune forti connotazioni, prima fra tutte
l’elevato contenuto innovativo, puntando a risultati di portata radicale che
forniscano alle imprese un plus determinante per fronteggiare la concorrenza.
La valenza settoriale del Progetto è data dall’aggregazione su un unico tema di
ricerca di più imprese di fibre.
Sul fronte tecnologico, invece, la validità della proposta è confermata dalla totale
aderenza delle caratteristiche del Progetto a quelle che sono le linee guida
della Piattaforme Tessile Europea, così da rientrare nel 7° Programma Quadro
per la Ricerca e Innovazione dell’Unione Europea.
La concezione della Piattaforma Tessile Europea prevede infatti:

lo spostamento dalle “commodities “ alle “specialities“

lo sviluppo di nuove applicazioni tessili

il passaggio dalla produzione di massa alla personalizzazione verso le
richieste dei consumatori.
Il Progetto ha carattere industriale ma presenta concrete e imprescindibili
opportunità di collaborazione e partnership con Istituti del CNR, centri di
eccellenza tessili, Università o altri Enti (ad es. Fondazione Cariplo, Regione
Lombardia/Piemonte,).
Il Progetto prevede poi l’incrocio di tecnologie diverse: chimica, fisica, biologia,
informatica, nanotecnologie.
Risulta imprescindibile il coinvolgimento dei settori a monte o a valle delle
fibre (chimico, tessile per abbigliamento, tessili per applicazioni tecniche e usi
industriali), a sottolineare il forte collegamento con il made in Italy.
Il Progetto di Ricerca è fortemente orientato a nuovi settori di mercato (per meglio
differenziarsi dai mercati tradizionali) nel campo dei:

cosiddetti tessili tecnici (escludendo quindi le fibre ad alte prestazioni) che
abbracciano un vastissimo settore in grande sviluppo (medicale, igienicosanitario, miglioramento della vita della popolazione anziana, ecc)

non tessuti per il settore disposable, igienico, medicale, trasporti, strade e
infrastrutture

usi industriali: costruzioni civili e industriali, trasporti, protezione ambientale e
del territorio, ecc.
3
I temi di Ricerca
Il Progetto di Ricerca, che si è voluto intitolare “Fibre innovative per il made in
Italy “, può essere declinato in specifici progetti aziendali.
Da una prima verifica con le aziende si propongono le seguenti aree di ricerca
relative a nuove fibre speciali e ai nuovi compositi fibrosi.
I temi, che
possono sinergicamente sovrapporsi, sono riconducibili a progetti di ricerca che
le aziende di fibre sarebbero interessate a perseguire.
1.a Fibre plurifunzionali ottenute con l’utilizzo delle nanotecnologie
(mediante nanoparticelle e nanotubi di carbonio).
1.b Fibre plurifunzionali ottenute con l’utilizzo di tecnologie derivanti dalla
chimica supramolecolare.
1.c Nuovi materiali per l’ingegneria civile
2.
Fibre termoregolatrici e/o contenenti sostanze a graduale rilascio
ottenute mediante additivazione di microsfere in fase di estrusione.
3.
Nuovi additivi da utilizzare in fase di estrusione per modificare la
reologia dei polimeri.
4.
Fibre innovative ottenute da blend polimerici (vergini o di riciclo) che
sfruttando le sinergie tra i polimeri permettano una migliore processabilità in
fase di filatura, un nuovo mix di proprietà e una riduzione dei costi della
materia prima.
5.
Materie
prime
rinnovabili
e
polimeri
rispettosi
dell’ambiente
(environmental friendly).
a. Cellulosa da biomasse in alternativa all’attuale cellulosa da legname,
così da reimpiegare enormi quantitativi di scarti dell’agricoltura
attualmente in gran parte inutilizzati.
b. Monomeri da processi biologici in sostituzione degli attuali
provenienti dall’industria petrolchimica.
c. Polimeri biodegradabili in grado di ridurre sostanzialmente l’impatto
ambientale (particolarmente incisivo per i prodotti disposable) e di
4
sostituirsi agli attuali polimeri di sintesi che necessitano lo smaltimento
in discarica o per incenerimento.
6. Sviluppo di tecnologie innovative per la produzione di fiocchi sintetici
termoplastici con finezze notevolmente più basse di quelle attualmente
reperibili sul mercato (fibre supermicrofibrose).
7. Sviluppo di un nuovo processo e del relativo nuovo tipo di fiocco
acetato di cellulosa per innovativi usi tessili e di non tessuti.
In un contesto allargato, le tematiche di ricerca tracciate fanno parte delle priorità
strategiche di ricerca della Piattaforme Tessile dell’Unione Europea e del 7°
Programma Quadro:

Nuove fibre speciali e nuovi compositi fibrosi per dei prodotti tessili innovativi

Funzionalizzazione di materiali tessili e relativi processi produttivi

Materiali con basi biologiche, biotecnologiche e processi tessili compatibili
con l’ambiente

Nuovi prodotti tessili con prestazioni migliorate per gli esseri umani (tessili per
applicazioni medicali e, più in generale, tessili per il benessere e la salute)

Nuovi prodotti tessili per applicazioni tecniche innovative

Tessili e abbigliamento intelligenti (smart)

Passaggio dalla produzione di massa alla personalizzazione verso le richieste
dei consumatori finali

Gestione integrata della qualità e del ciclo di vita.
5
Conclusioni
I produttori di fibre artificiali e sintetiche italiani sono sempre stati - e continuano
ad essere - all’avanguardia a livello europeo, e spesso mondiale, nel campo
dell’innovazione di nuovi processi produttivi, di nuovi prodotti e di nuove
applicazioni.
Le imprese dispongono tuttora di un notevole patrimonio di risorse umane e di
strutture (laboratori, impianti pilota, ecc.) che permettono loro di continuare
ancora oggi ad esportare tecnologia e know-how.
Inoltre, non meno importante, la partnership con l’industria tessile e paratessile
italiana a valle è sempre stata fruttuosa e di grande successo. Questo grazie alla
struttura delle medie e piccole aziende e alla loro flessibilità, ottima qualità e
innata propensione all’innovazione finalizzata alla conquista di nuovi mercati,
com’è tipico per molte aziende del made in Italy.
E’ compito dell’industria delle fibre introdurre contenuti innovativi e dare
nuovi stimoli per un rilancio dell’industria tessile italiana. L’obiettivo è
ambizioso ma è l’unica strada per impedire alla filiera italiana del
tessile/abbigliamento una lenta ma inesorabile deindustrializzazione.
6
Indice
Approfondimento 1. “Le proposte progettuali sviluppate in
collaborazione con SMI ATI e il CNR ”
Approfondimento 2. “I temi di ricerca proposti da Assofibre
Cirfs Italia”
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Le proposte progettuali sviluppate in collaborazione con SMI ATI
e il CNR
1) Processi di funzionalizzazione di fibre per innovazione di prodotto.
E’ questa un’area di per sé estremamente ampia, comprendendo la modifica
delle superfici di fibre, filati e tessuti, la combinazione intelligente di materiali fino
alla ICT per il controllo del processo di finitura ad umido, nella laminazione o nei
coating.
Sebbene le attività proposte siano relativi a miglioramenti incrementali di processi
conosciuti, i risultati ottenibili sono funzionali ad una ben più radicale strategia
industriale che si pone l’obiettivo ultimo di un prodotto tessile intelligente e
multifunzionale, adatto ad essere utilizzato in una varietà di settori quali il
medicale, lo sport, i trasporti, l’edilizia, l’arredo e il tessile industriale.
Le aree di intervento riguardano:
1a) Utilizzo delle micro- e nanotecnologie per fibre naturali e sintetiche
L’uso delle nanotecnologie, nella preparazione e nel trattamento delle fibre, dei
polimeri e dei tessuti, apre infatti nuove ed interessanti prospettive per il mondo
del tessile; infatti operando su scala nanometrica si ottengono tessuti
multifunzionali.
La
realizzazione
di
tessuti
con
migliori
caratteristiche
idrorepellenti, antistatiche, antifiamma, con proprietà antibatteriche, capaci di non
trattenere lo sporco o di esibire particolari proprietà ottiche e cromatiche, sono
alcuni esempi delle molteplici possibilità offerte dalle nanotecnologie nel tessile.
Sul mercato esistono già tessuti e capi di abbigliamento che possiedono alcune
di queste proprietà, grazie proprio alle nanotecnologie; tuttavia, le reali
potenzialità sono ancora tutte da esplorare.
Si possono individuare due possibili approcci tecnologici: uno che prevede lo
sviluppo di nuove tecniche di produzione del materiale tessile partendo dalla sua
nanostruttura, l’altro basato sulla semplice introduzione, nelle fibre o sulle
superfici dei tessuti, di nanoparticelle di diversa natura chimica e struttura. Oltre
alle nanoparticelle, un tessuto intelligente e multifunzionale può d’altra parte
essere realizzato introducendo nelle fibre microcapsule in grado di rilasciare
principi attivi funzionali al benessere personale o a far acquisire al tessuto
colorazioni iridescenti
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Nella Tabella seguente sono riportate a titolo di esempio funzionalità ed
applicazioni già note:
Funzione/proprietà
Nanotecnologia
Applicazioni note
Capacità auto-
Nanoparticelle
Abbigliamento
ripulente
per coating
Resistenza alla
Nanoparticelle
fiamma
ceramiche per
Automotive
filatura o coating
Schermatura
Ossidi di metallo
Dispositivi di
radiazioni
e CNT
protezione civili e
militari, biomedico
Antimicrobiche e
Ossidi di metallo
Arredamento,
antibatteriche
per filatura o
automobile, presidi
coating o
medicali
elettrofilatura
Tingibilità
Nanoparticelle
Abbigliamento,
ceramiche (in
arredamento
fibra);
trattamento al
plasma
Proprietà
Nanolayer
Utilizzi strutturali
autoriparanti
autoassemblanti
Idrofilicità/idrofobicità
Trattamenti al
Tessuti impermeabili e
plasma
medicali
Resistenza
Filatura per
Applicazioni militari e di
all’impatto
coagulazione
sicurezza
con CNT
Resistenza
Nanoparticelle
Arredamento,
all’abrasione
ceramiche (in
automobilistico
filatura o
coating); plasma
Funzioni intelligenti
Nanoparticelle
Tessuti per il
piezoceramiche
monitoraggio di
e CNT
funzioni fisiologiche
9
1b) Sviluppo di processi utilizzanti materie prime secondarie e/o rinnovabili
Materie prime rinnovabili: cellulosa da biomasse
Sviluppare un processo per la produzione di cellulosa atta alla filaturadi fibre
cellulosiche a partire da prodotti di recupero o semilavorati dell’industria
agroalimentare (Keflar, scartidella lavorazione del mais, ecc.).
Materie prime rinnovabili: monomeri da processi biologici
Sviluppo e utilizzo di monomeri da processi biologici da fermentazione mediante
batteri con DNA modificato e in sostituzione degli attuali provenienti dall’industria
petrolchimica.
Materie prime rinnovabili: polimeri biodegradabili
Sviluppo e utilizzo di polimeri biodegradabili nei vari tipi di fibre man made.
Fibre innovative ottenute da blend polimerici vergini e da riciclo
Un
modo
relativamente
economico
per
ottenere
fibre
innovative
con
caratteristiche e prestazioni diverse dalle attuali può essere quello di ricorrere alla
miscelazione (blend) di polimeri esistenti e disponibili in quantità industriali a
prezzi ragionevoli.
L’obiettivo è quello di individuare blend polimerici adatti all’estrusione per fibre o
fili, in grado di migliorare la stabilità dimensionale alle sollecitazioni termiche dei
manufatti o dei non-tessuti per impieghi tecnici industriali o di ottenere proprietà
antifiamma o migliorare l’idrofilia e il comfort. Inoltre ciò può consentire una
migliore processabilità in fase di filatura e sostanziali riduzioni dei costi delle
materie prime.
1c) Tecnologie per migliorare l’efficienza dei sistemi produttivi
In tale area un rilievo particolare è rappresentato da:
Tecnologie al plasma
Le tecnologie di rivestimento e di trattamento sotto vuoto si sono rivelate tra le
più versatili ed efficaci nello sviluppo di prodotti innovativi con superiori
caratteristiche. Il recente avvento dei materiali nanostrutturati ne ha ulteriormente
ampliato le potenzialità applicative. Con riferimento al settore tessile, le
tecnologie PVD ad arco e sputtering si prestano ad esempio alla deposizione non
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reattiva di metalli su tessuti, per conferire loro caratteristiche estetiche particolari
senza alterarne la sensazione al tatto. Tali tecnologie permettono di ottenere
processi più veloci, più versatili, flessibili ed adatti a piccoli batches.
Processi di estrusione
In questo caso si tratta di eliminare l’inconveniente della degradazione termicoossidativa tipica di un processo di estrusione da polimeri fusi, sviluppando nuovi
additivi
non
costosi
e
a
basso
impatto
ambientale,
sviluppando
contemporaneamente impianti pilota per la filatura.
Processi, indotti da radiazioni ionizzanti, di “smart” grafting in fibre sintetiche e
naturali
L’inserzione di gruppi funzionali in fibre, sia sintetiche che naturali, per indurre
caratteristiche “intelligenti” ai tessuti realizzati con tali fibre costituisce uno dei
temi di maggior interesse nel campo dei materiali. Esempi sono costituiti da fibre
polimeriche aventi proprietà fotocromiche e termocromiche in grado di dare
risposte dipendenti da stimoli esterni quali, luce, calore, pressione, ed altri.
Metodi che prevedono la deposizione da soluzioni sulle fibre presentano problemi
dovuti alla tendenza degli additivi, in genere polari, di essere desorbiti dalle
matrici, in genere non polari. L’uso delle radiazioni ionizzanti per il grafting dei
gruppi funzionali nelle fibre presenta tutti i tipici vantaggi del “radiation
processing”, quali la possibilità di operare con una tecnica abbastanza semplice
a secco, senza l’uso di solventi, a temperatura ambiente, e su un substrato
solido. In particolare si è possibile realizzare un ricoprimento di fibre con
dispersioni di particelle conduttrici e semiconduttrici, di natura organica e
inorganica,
in polimeri in grado di dar luogo a reazioni di reticolazione e di
grafting sulle fibre stesse.
1d) Tecnologie e processi per la tracciabilità di prodotto
Oltre a metodi elettronici, di marcatura visibili ed invisibili, un possibile metodo
può essere basato su una marchiatura laser di piccolissime dimensioni
dell’ordine di 100X 100 micron su un tessuto ove sono presenti anche
nanoparticelle d’oro chimicamente stabili e aderenti. Tale marchio, che può
contenere dati quali un numero di serie, la marca di fabbrica, la data di produzione
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ecc. ecc., viene inciso a laser, con una periodicità di 1 marchio ogni decina di
cm. La modalità di incisione viene regolata in modo da avere un marchio
leggibile in chiaro oppure una codificazione, simile al codice a barre o a codici
noti solo alla fabbrica.
Dato che il marchio potrebbe essere stampigliato con una densità elevata sulla
superficie del tessuto, si potrebbero anche ottenere effetti estetici innovativi.
2) Prodotti tessili per applicazioni tecniche innovative
In Italia una parte significativa del settore produttivo, con una visione strategica
proiettata verso orizzonti sempre più ampi, si sta orientando verso prodotti
innovativi e funzionali, puntando a riposizionare il tessile nella scala dei valori del
consumatore oltre a mantenere un ruolo di leadership sul mercato internazionale.
Nella realtà dei tessili tecnici confluiscono ed interagiscono quattro differenti
elementi:
1. materiali
di
base
che
conferiscono
ai
prodotti
finali
particolari
caratteristiche;
2. processi utilizzati, dove giocano un ruolo decisivo i costruttori delle
macchine e degli impianti;
3. trasformatori che contribuiscono alla messa a punto finale dei vari prodotti;
4. applicazioni, dove gli utilizzatori individuano le possibilità di impiego, le
metodologie per la loro messa in opera e per la valutazione delle
prestazioni.
Le caratteristiche più eclatanti delle fibre tecniche fanno sempre riferimento a
qualche tipo di resistenza particolare: alle sollecitazioni meccaniche, alle
temperature elevate, al fuoco, agli agenti chimici e così via. Tali caratteristiche si
possono ottenere intervenendo sul processo o su altri parametri che, oltre alle
fibre, concorrono alla formazione del prodotto desiderato.
Gli specifici settori applicativi, in cui esistono sicuramente delle competenze
adeguate e la possibilità di realizzare una supply chain che connetta i produttori
di fibre al mercato degli end users, sono elencati di seguito:
2a) Arredo
L'arredamento (mobili, arredi, tendaggi, pavimenti e coperture murarie) è un
settore tradizionale dell'industria tessile che sempre più deve unire alle
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caratteristiche estetiche che lo hanno da sempre caratterizzato, specifiche
prestazioni tecniche, per soddisfare funzioni che sono diventate fondamentali nel
mondo contemporaneo, come, ad esempio, la sicurezza. Sempre più spesso, nel
settore pubblico (ma anche in quello privato), si richiede ai tessili un buon
comportamento al fuoco, resistenza all'usura e sicurezza per l'ambiente. In tal
modo i tessili d'arredo assumono una precisa connotazione di tessili tecnici, dove
le specifiche funzioni devono essere definite fin dalla scelta delle materie prime e
dalla messa a punto del processo.
Risulta ovvio che il concetto di arredamento non è limitato al settore “architettura
di interni”, ma è steso ad una vasto mercato di utilizzatori quale quello dei
trasporti (auto, aereo, treno, nautica).
Molte delle nuove fibre e dei nuovi materiali sono stati messi a punto proprio per
realizzare strutture estremamente resistenti, ma leggere, capaci di sopportare
sollecitazioni meccaniche notevoli, ma anche il fuoco e gli agenti chimici. Quindi,
da un lato, i tessuti per arredo obbediscono alle logiche che dominano il sistema
tessile: estetica, facilità di manutenzione, prezzo, sono gli elementi strategici che
fanno il successo anche di un tessuto per arredare un'auto, successo che
significa quello dell'auto nel suo insieme. Molte ricerche indicano, infatti, che il
peso del decoro tessile nella scelta di un'automobile è notevole, così come la
durata nel tempo dello stesso arredo è un indicatore della bontà del veicolo nel
suo complesso, dove estetica e tatto sono al vertice delle prerogative richieste.
Per un tessuto d'arredo di un aereo invece è molto più importante il
comportamento flame-retardant, sul quale non si può transigere, rispetto ad una
mano un po' ruvida o una colorazione non particolarmente attraente.
La situazione, oggi in fase evolutiva, rende sempre più importante, anche per
l'uso quotidiano e comune, elementi quali la sicurezza, ed è plausibile ritenere
che nel prossimo futuro i tessuti destinati al settore trasporti dovranno sostenere
test di sicurezza sempre più stringenti, secondo norme sempre più precise e
selettive.
2b) Medicali e sanitari
Da sempre il tessile ha trovato ampio spazio in medicina ed in sanità, dall'arredo
dell'ospedale, all'abbigliamento del degente e degli operatori sanitari, agli
strumenti quali bende, sistemi di sostegno, fili di sutura. Accanto agli impieghi
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tradizionali, anche se rivisitati alla luce delle nuove esigenze, se ne sono
sviluppati altri quali l'implantologia e le protesi, che sfruttano al meglio le
prerogative fondamentali del tessile quali leggerezza, flessibilità, semplicità ed
economia di realizzazione e d'impiego. Già si affacciano sul mercato prodotti
tessili modificati, bio tessili, che possono trovare impieghi finora inesplorati in
sanità e medicina.
In questo settore ci si può indirizzare verso lo sviluppo di tessili contenenti chitina
e chitosano, al fine di produrre tessili e analoghi aventi massima compatibilità
biochimica con la pelle, ma anche dotati di caratteristiche intese a svolgere effetti
protettivi a tutti i livelli, ossia termico, meccanico, di traspirazione, di prevenzione
da qualsiasi forma di allergia, sensibilizzazione allergica e di protezione dalle
infezioni e degli odori.
2c) Nuovi materiali per l’ingegneria civile
Il settore delle applicazioni riferibili all'ingegneria civile ed all'industria delle
costruzioni utilizza quantità importanti di tessile in riferimento ad aree specifiche
quali i geotessili, le membrane per costruzioni, i rinforzi ed i i materiali compositi.
In tale area l’attività potrebbe essere concentrata sui seguenti temi:
1. Sviluppo di metodologie di abbinamento tessile - scheletro di metallo per
impieghi in costruzioni temporanee di interesse sia in ambiente civile che
militare;
2. Miglioramento delle caratteristiche prestazionali dei materiali. I tessuti
pesanti spalmati per membrane architettoniche sono già utilizzati da alcuni
decenni; spesso si avverte oggi una tendenza ad ottimizzare le prestazioni
dei materiali (es. resistenza all'idrolisi e resistenza al fuoco), piuttosto che
ad innovare drasticamente le prestazioni e le strutture;
3. Sviluppo di fibre (ad es. PVA) quali sostitutive del metallo per il rinforzo del
cemento nelle costruzioni tradizionali;
4. Sviluppo di compositi a base tessile che possono trovare ampi spazi
nell'ingegneria
civile
perché
rispondono
in
maniera
ottimale
a
caratteristiche quali la resistenza e la multifunzionalità (termiche,
acustiche) ed integrano bene le diverse funzioni.
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“I temi di ricerca proposti da Assofibre Cirfs Italia”
1.a Fibre plurifunzionali ottenute con l’utilizzo delle nanotecnologie (mediante
nanoparticelle e nanotubi di carbonio).
1.b Fibre plurifunzionali ottenute con l’utilizzo di tecnologie derivanti dalla
chimica supramolecolare.
2
Fibre termoregolatrici e/o contenenti sostanze a graduale rilascio ottenute
mediante additivazione di microsfere in fase di estrusione.
3
Nuovi additivi da utilizzare in fase di estrusione per modificare la reologia dei
polimeri.
4
Fibre innovative ottenute da blend polimerici (vergini o di riciclo) che
sfruttando le sinergie tra i polimeri permettano una migliore processabilità in
fase di filatura, un nuovo mix di proprietà e una riduzione dei costi della
materia prima.
5
Materie prime rinnovabili e polimeri rispettosi dell’ambiente (environmental
friendly).
5.1 Cellulosa da biomasse in alternativa all’attuale cellulosa da legname,
così da reimpiegare enormi quantitativi di scarti dell’agricoltura
attualmente in gran parte inutilizzati.
5.2 Monomeri da processi biologici in sostituzione degli attuali provenienti
dall’industria petrolchimica.
5.3 Polimeri biodegradabili in grado di ridurre sostanzialmente l’impatto
ambientale (particolarmente incisivo per i prodotti disposable) e di
sostituirsi agli attuali polimeri di sintesi che necessitano lo smaltimento
in discarica o per incenerimento.
6
Sviluppo di tecnologie innovative per la produzione di fiocchi sintetici
termoplastici con finezze notevolmente più basse di quelle attualmente
reperibili sul mercato (fibre supermicrofibrose).
7
Sviluppo di un nuovo processo e del relativo nuovo tipo di fiocco di acetato
di cellulosa per innovativi usi tessili e di non tessuti.
15
1.a Fibre
plurifunzionali
ottenute
con
l’utilizzo
delle
nanotecnologie
(mediante
nanoparticelle e nanotubi di carbonio)
Obiettivo
Con il termine nanoparticelle e nanotubi di carbonio si intendono sostanze solide costituite da
particelle con dimensioni estremamente ridotte (nanometriche). Ciò fa si che la loro superficie in
rapporto al peso sia estremamente elevata e quindi siano in grado di impartire proprietà
particolari ai materiali a cui vengono additivate.
E’ un settore su cui si stanno concentrando molte ricerche in tutto il mondo. L’additivazione di
nanocariche conosce già alcune applicazioni industriali nel settore delle materie plastiche per
stampaggio (poliammidi, polipropilene), mentre l’additivazione di nanotubi è attualmente effettuata
nel settore elettronico, con rare applicazioni di queste tecnologie alle fibre.
Le prevedibili applicazioni delle fibre così ottenute si concentrano nel settore dei tessuti tecnici ad
elevate prestazioni, tessuti protettivi, tessuti per mezzi di trasporto ecc.
Le nanoparticelle e i nanotubi di carbonio promettono di risolvere uno dei problemi fondamentali
della additivazione su fibre, ossia funzionalizzare la fibra additivando piccole percentuali di
nanocariche (inferiori al 5%). Ciò consente di ottenere proprietà nuove dalle attuali fibre man
made, non pensabili con le cariche di tipo tradizionale che introducono dei punti di fragilità nella
fibra. L’ottenimento di caratteristiche multifunzionali e di conducibilità elettrica è inoltre alquanto
problematico con le additivazioni tradizionali poiché le fibre non sopportano generalmente
percentuali di cariche maggiori del 5%.
I risultati che ci si propone di raggiungere sono i seguenti:
1) aumento sostanziale delle proprietà meccaniche della fibra, nell’ordine del 20-30% o più e,
nel caso dei nanotubi, il conferimento di un’elevata conducibilità elettrica mantenendo o
migliorandone le attuali proprietà meccaniche
2) funzionalizzazione della fibra per esempio impartendo un aumento della resistenza alla
fiamma, grazie “all’effetto barriera”
3) aumento della resistenza meccanica della fibra alla luce, radiazioni ultraviolette, ecc.
E’ inoltre possibile ottenere fibre che abbiano più di una proprietà, ossia che siano per esempio
meccanicamente più resistenti e allo stesso tempo che siano “flame retardant”.
Il progetto di ricerca
La ricerca permetterà di individuare le classi di nanoparticelle/nanotubi idonee all’additivazione
nei vari tipi di fibre man made e di mettere a punto la tecnologia di dispersione nelle masse
polimeriche.
Si possono prevedere le seguenti principali fasi della ricerca:
1) individuazione e definizione delle nuove funzionalità da attribuire
2) individuazione e caratterizzazione delle nanoparticelle/nanotubi
3) selezione e caratterizzazione dei masterbatch per la filatura
4) messa a punto della tecnologia per la dispersione nelle masse polimeriche
5) prove di filatura su impianti pilota e prevedibili modifiche degli stessi
6) caratterizzazione delle fibre così ottenute
7) quantificazione delle nuove funzionalità in confronto alle fibre standard
8) realizzazione e valutazione di tessuti o manufatti per la verifica dei risultati
Partnership
I centri di ricerca di eccellenza in questo ambito sono il Politecnico di Torino e il CNR-ISMAC di
Biella. Per le caratterizzazioni ci si potrà avvalere della collaborazione del Centro Tessile e
Cotoniero di Busto Arsizio, del Tessile di Como e della Stazione Sperimentale per la Seta.
Per la fase di produzione di tessuti/manufatti ci si avvarrà anche della collaborazione di tessitori e
confezionisti.
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1.c Nuovi materiali per l’ingegneria civile
Obiettivo
Il mercato italiano dei materiali composti è riconosciuto tra i più evoluti e rappresentativi al mondo.
Anche dal punto di vista della filiera produttiva esiste un’ottima integrazione che parte dalla
tessitura della fibra di rinforzo e la sua impregnazione con opportune matrici termoplastiche fino
alla produzione dei manufatti finali. Negli ultimi anni la fibra di rinforzo che si sta affermando come
riferimento per le produzioni di alta tecnologia è la fibra di carbonio. E proprio la disponibilità di
fibra di carbonio è l’anello clamorosamente mancante nella filiera in ambito nazionale. Questo
costringe i produttori italiani di materiali composti ad approvvigionarsi di tale prodotto presso
pochi produttori multinazionali, principalmente giapponesi e statunitensi.
Il solo mercato italiano non aeronautico di fibra di carbonio è quantificabile in circa 1000 ton/anno
delle quali oltre la metà vengono tessute e poi impregnate. I settori più sviluppati sono quello
automobilistico e motociclistico sportivo e di lusso, dove la presenza delle grandi aziende di
settore ha preteso e garantito il continuo sviluppo di prodotti ad alte prestazioni; quello degli
articoli sportivi con tutto l’abbigliamento e la calzatura che si abbinano al mercato dell’attrezzo;
quello della nautica e quello industriale dove la capacità innovativa italiana ha spesso
compensato i ridotti investimenti in ricerca e sviluppo. I mercato aeronautico, particolarmente
importante, è legato a prodotti “qualificati”, essenzialmente preimpregnati di origine
extranazionale che vengono poi utilizzati per l’assemblaggio di parti di aerei commerciali (ad
esempio Alenia lavora moltissimo con commesse Boing, per le quali i preimpregnati sono stati
definiti dal costruttore americano).
Un discorso a parte riveste il settore edile nel quale l’utilizzo di una opportuna fibra di carbonio a
prezzi accessibili potrebbe aprire nuovi amplissimi spazi applicativi. Basti pensare ad esempio
che il restauro delle opere architettoniche, il rinforzo delle grandi strutture come ponti o colonne e
il consolidamento di ampie superfici con applicazioni assolutamente non invasive e di grande
efficacia sarebbero ampiamente facilitati dall’uso dei materiali compositi.
Oggetto dell’attività di ricerca sarà la individuazione e la messa a punto di un pacchetto
tecnologico integrato per la produzione dell’opportuna fibra acrilica da utilizzarsi come precursore
di fibra di carbonio nonché per la produzione della fibra di carbonio stessa. Il prodotto ottenuto
dovrà essere qualitativamente idoneo a supportare lo sviluppo dell’industria nazionale nei vari
settori applicativi a costi competitivi.
Partnership
L’attività di ricerca dovrebbe essere condotta da un produttore di fibre in sinergia con tessitori,
impregna tori e costruttori di manufatti finali e con il supporto di enti pubblici di ricerca quali CNR
o Politecnici.
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2. Fibre termoregolatrici e/o contenenti sostanze a graduale rilascio ottenute mediante
additivazione di microcapsule in fase di estrusione
Obiettivo
Le microcapsule sono dei piccoli involucri di materiale plastico di diametro dell’ordine di qualche
micron al cui interno è possibile racchiudere, grazie ad una tecnologia già esistente, svariati tipi di
sostanze come quelle con funzione termoregolatrice (PCM), ma anche fragranze, principi
farmacologici, repellenti per insetti, prodotti chimici ecc.
La funzione termoregolatrice trova facile applicazione, oltre che nel tessile tradizionale, anche per
capi ad alto comfort quali i capi d’abbigliamento tecnico e sportivo outdoor (maglie, calze pullover
ecc., in cui sia richiesta un’alta capacità di termoregolazione).
Recenti ricerche di mercato hanno evidenziato come esistano delle percezioni comunemente
condivise relative al benessere personale: il pubblico femminile, soprattutto, risponde in modo
favorevole alla prospettiva di un abbigliamento che possa contribuire al senso di benessere
personale. Si è inoltre rilevato come ci siano forti aspettative relativamente alla possibilità di
indossare “tessili attivi” con funzioni capaci di ridurre il tempo e le energie necessarie per
assimilare prodotti con proprietà di idratazione, tonificanti o capaci di diffondere un senso di
freshness.
Le microcapsule contenenti queste sostanze, inglobate nella fibra sono in grado di rilasciare
gradualmente il principio attivo che contengono mantenendo tale capacità fino all’esaurimento del
ciclo di vita del manufatto tessile. In tal modo è possibile realizzare prodotti tessili estremamente
personalizzati adatti a specifiche richieste del consumatore, con un elevato appeal commerciale,
quali profumi, cosmetici, agenti di freschezza, complessi vitaminici, o in settori quali il medicale
(garze a lento rilascio) il geotessile (tessuti contenenti insetticidi etc).
Le prestazioni sarebbero gestibili in funzione delle specifiche necessità, passando da una
produzione “commodity” ad una produzione “customised”.
Esistono già in commercio microcapsule contenenti sostanze che hanno una funzione
termoregolatrice (PCM), ossia sono in grado di accumulare o rilasciare calore a seconda
dell’ambiente in cui si vengono a trovare. L’attuale applicazione di queste microcapsule prevede
però che vengano “spalmate” sui tessuti finiti (come per le tute astronautiche). Obiettivo della
ricerca è quello di inglobarle all’interno delle fibre in modo da rendere l’effetto permanente e non
influenzabile da lavaggi ed usura del prodotto tessile.
La ricerca permetterà di individuare le classi di microcapsule idonee alla additivazione nei vari tipi
di fibre man made e di mettere a punto la tecnologia di dispersione nelle masse polimeriche.
Le principali fasi della ricerca saranno:
1)
individuazione e definizione delle nuove funzionalità da attribuire: termoregolazione o
rilascio di principi attivi
2)
individuazione e caratterizzazione delle microcapsule
3)
selezione e caratterizzazione dei masterbatch per la filatura
4)
messa a punto della tecnologia per la dispersione nelle masse polimeriche
5)
prove di filatura su impianti pilota e prevedibili modifiche degli stessi
6)
caratterizzazione delle fibre così ottenute
7)
quantificazione delle nuove funzionalità in confronto alle fibre standard
8)
realizzazione e valutazione di tessuti o manufatti per la verifica dei risultati
Partnership
I centri di ricerca di eccellenza in questo ambito sono il Politecnico di Torino e il CNR-ISMAC di
Biella.
Per le caratterizzazioni ci si potrà avvalere della collaborazione del Centro Tessile e Cotoniero di
Busto Arsizio, del Tessile di Como e della Stazione Sperimentale per la Seta.
confezionisti.
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3. Sviluppo e utilizzo di nuovi additivi da utilizzare in fase di estrusione per modificare la
reologia dei polimeri
Obiettivo
Nella filatura dei polimeri sintetici la possibilità di riutilizzare i propri scarti produzione, ottenendo
quindi notevoli benefici in termini di competitività, è limitata dalla degradazione termico-ossidativa
tipica di un processo di estrusione da polimeri fusi.
Inoltre, sul mercato sono presenti quantità ingenti di materie prime secondarie di basso prezzo,
che non risultano utilizzabili nei processi di filatura, a causa di una viscosità del fuso troppo
bassa. Sono altresì disponibili agenti di additivazione in fase di estrusione in grado di migliorare la
processabilità, incrementando la viscosità del fuso: questi agenti sono però anti-economici e a
notevole impatto ambientale.
Obiettivo della ricerca è la messa a punto di processi e prodotti utilizzando materie prime
secondarie con la conseguente migliorata redditività economica.
La ricerca permetterà di sviluppare nuovi additivi, economici e a basso impatto ambientale, da
utilizzare in fase di estrusione per modificare la reologia dei polimeri fusi al fine di migliorare la
processabilità e le caratteristiche meccaniche delle fibre ottenute.
1)
individuazione e definizione dei nuovi additivi
2)
caratterizzazione e verifica dell’eco-compatibilità
3)
selezione e caratterizzazione dei masterbatch per la filatura
4)
messa a punto della tecnologia per la dispersione nelle masse polimeriche
5)
6)
7)
8)
Partnership
I centri di ricerca di eccellenza in questo ambito sono il Politecnico di Torino, il Politecnico di
Milano, l’Università di Genova e l’Università di Salerno.
confezionisti.
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4. Fibre innovative ottenute da blend polimerici vergini o di riciclo
Obiettivo
Per la produzione di fibre artificiali e sintetiche, salvo pochissime eccezioni, si utilizza un numero
limitato di polimeri sviluppati per lo più verso la metà del secolo scorso. Questo fatto, che limita le
prestazioni intrinseche delle singole fibre, trova giustificazione principalmente nei costi
elevatissimi associati allo sviluppo industriale di un nuovo polimero e più ancora di nuovi
monomeri. Un modo relativamente economico per ottenere fibre innovative con caratteristiche e
prestazioni diverse dalle attuali può essere quello di ricorrere alla miscelazione (blend) di polimeri
esistenti e disponibili in quantità industriali a prezzi ragionevoli.
La ricerca permetterà di individuare blend polimerici adatti all’estrusione per fibre o fili, in grado di
migliorare la stabilità dimensionale alle sollecitazioni termiche dei manufatti o dei non-tessuti per
impieghi tecnici industriali o di ottenere proprietà antifiamma o migliorare l’idrofilia e il comfort.
La ricerca permetterà di sviluppare blend polimerici vergini o di riciclo tramite la messa a punto di
nuovi processi e prodotti per ottenere fibre con nuove caratteristiche funzionali sfruttando le
sinergie tra polimeri, migliorata processabilità in fase di filatura e sostanziali riduzioni dei costi
delle materie prime.
1)
individuazione e definizione dei polimeri da utilizzare in base a parametri tecnici ed
economici
2)
progettazione e caratterizzazione delle coppie di polimeri individuati
3)
caratterizzazione dei blend così ottenuti
4)
messa a punto della tecnologia per la miscelazione dei componenti polimerici
5)
6)
7)
8)
Partnership
I centri di ricerca di eccellenza in questo ambito sono il CNR-ISMAC di Biella, l’Università di
Genova e l’Università di Salerno, Università di Padova.
confezionisti.
20
5.1 Materie prime rinnovabili: cellulosa da biomasse
Obiettivo
Lo sviluppo e utilizzo di nuove materie prime cellulosiche mira a perseguire più obiettivi:
- incidere sul costo del prodotto, acquisendo maggior spazio per la competitività di prezzo;
- acquisire maggior indipendenza dal mercato tradizionale della cellulosa, fortemente
condizionato dall’industria della carta, del filter tow e della plastica;
- ricercare fonti di approvvigionamento ancor più rinnovabili e meno dipendenti da forniture
estere.
Obiettivo finale del progetto consiste nel raggiungere un prodotto le cui caratteristiche fisiche e
meccaniche siano confrontabili con quelle attualmente definite per i materiali impiegati sugli
impianti.
Dati il rilievo tecnologico ed economico del progetto, si propone di arrivare ad uno studio di
fattibilità comprovato da un impianto pilota.
La ricerca ha come obiettivo quello di sviluppare un processo per la produzione di cellulosa atta
alla filatura di fibre cellulosiche a partire da prodotti di recupero o semilavorati dell’industria
agroalimentare (Keflar, scarti della lavorazione del mais, ecc.).
Le principali attività previste per la ricerca nell’ambito delle fibre cellulosiche sono le seguenti:
1) caratterizzazione delle materie prime attualmente in uso;
2) verifica delle caratteristiche delle materie prime da recupero disponibili;
3) sviluppo di una procedura per la separazione della α-cellulosa;
4) caratterizzazione della composizione e delle caratteristiche fisiche dei materiali ottenuti;
5) prove preliminari di filatura su impianti da laboratorio;
6) determinazione delle caratteristiche geometriche, fisiche e meccaniche delle fibre ottenute;
7) messa a punto di specifiche per la realizzazione di un impianto pilota;
8) realizzazione di un impianto pilota
9) prove di filatura e caratterizzazione delle fibre ottenute
Partnership
Centro di ricerca di eccellenza in questo ambito è il Politecnico di Milano.
21
5.2 Materie prime rinnovabili: monomeri da processi biologici
Obiettivo
Attraverso l’adozione di nuove materie prime da processi biologici sarà possibile perseguire più
obiettivi:
- acquisire maggior indipendenza dal mercato petrolchimico;
- ricercare fonti di approvvigionamento rinnovabili.
L’obiettivo finale del progetto consiste nel raggiungere un prodotto le cui caratteristiche fisiche e
impianti.
La ricerca ha come obiettivo lo sviluppo e utilizzo di monomeri da processi biologici da
fermentazione mediante batteri con DNA modificato e in sostituzione degli attuali provenienti
dall’industria petrolchimica.
1) caratterizzazione chimico-fisica in confronto ai monomeri attualmente in uso;
2) test di polimerizzazione e caratterizzazione di polimeri ottenuti in confronto ai polimeri
standard
3) prove preliminari di filatura su impianti pilota;
4) caratterizzazione delle fibre ottenute;
Partnership
I centri di ricerca di eccellenza in questo ambito sono il Politecnico di Milano e di Torino,
l’Università di Genova e il CNR-ISMAC di Biella.
22
5.3 Materie prime rinnovabili: polimeri biodegradabili
Obiettivo
Attraverso l’adozione di nuovi polimeri biodegradabili sarà possibile perseguire più obiettivi:
- acquisire maggior indipendenza dal mercato petrolchimico;
- ricercare fonti di approvvigionamento rinnovabili;
- ridurre l’impatto ambientale di prodotti quali i disposable.
L’obiettivo finale del progetto consiste nel raggiungere un prodotto le cui caratteristiche fisiche e
impianti.
Particolare impatto potrà aversi nel settore dei non-tessuti attualmente smaltiti in discarica o in
impianti di incenerimento.
La ricerca ha come obiettivo lo sviluppo e utilizzo di polimeri biodegradabili nei vari tipi di fibre
man made.
1) caratterizzazione chimico-fisica in confronto ai polimeri attualmente in uso;
2) prove preliminari di filatura su impianti pilota;
3) caratterizzazione delle fibre ottenute;
Partnership
I centri di ricerca di eccellenza in questo ambito sono l’Università di Genova e il CNR-ISMAC di
Biella.
confezionisti.
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7. Sviluppo di un nuovo processo e del relativo nuovo tipo di fiocco acetato di cellulosa
per innovativi usi tessili e di non tessuti
Obiettivo
Il progetto ha lo scopo di realizzare un sistema (impianto pilota) per la produzione di acetato di
cellulosa in fiocco.
Il vantaggio competitivo del progetto consiste nel tentativo di occupare una “nicchia” di mercato
attualmente inesplorata: l’applicazione industriale più conosciuta di fibre discontinue in acetato di
cellulosa riguarda la produzione di tow per filtri di sigarette.
L’obiettivo del progetto è quindi quello di produrre una fibra discontinua in acetato che possa
essere utilizzata in applicazioni tessili innovative (nuovi effetti estetico-funzionali), sia nell’ambito
dell’abbigliamento, sia in quello dell’arredo, sia per la produzione di tessuto-non-tessuto, da
impiegare sia nel settore medicale, sia in quello dei geotessili.
Il progetto offrirà la possibilità di adattare e trasferire tecnologie già utilizzate nella produzione di
filter-tow, su un impianto concepito per la produzione di filo continuo, concentrandosi sulle
differenze esistenti tra i due processi, che si evidenziano principalmente nelle fasi successive
all’estrusione del materiale.
Occorrerà prestare particolare attenzione alla fase di “crimpatura”, immediatamente successiva
all’estrusione del filo, investigando principalmente sui plastificanti più adatti da addizionare
all’acetato, esaminando il loro effetto sulle proprietà fisico-meccaniche del materiale.
Successivamente occorrerà concentrarsi sulle modalità di fissaggio della “crimpatura” così
ottenuta.
Gli obiettivi realizzativi in cui si articola il progetto sono:
1) Studio reologico comparativo tra soluzioni di filatura additivate con differenti plastificanti
2) Studio della tecnologia chimico-fisica più adatta al fissaggio delle proprietà di “crimpatura”
precedentemente ottenute
3) Sviluppo e implementazione di un sistema di raccolta adatto alla formazione di un “tow” di
dimensioni adeguate all’utilizzo finale e di un sistema di taglio per l’ottenimento di fibre
discontinue
Gli utilizzi finali del prodotto così ottenuto sono riconducibili ai seguenti settori:
1) Nuove applicazioni tessili: realizzazione di nuovi effetti estetico-funzionali su tessuti per
abbigliamento e arredamento, utilizzando le fibre discontinue così ottenute, in accoppiamento
con altre fibre.
2) Applicazioni nel settore dei tessuti-non-tessuti: successivo utilizzo delle fibre discontinue per
l’ottenimento di tessuti-non tessuti da impiegare in ambito medicale e geotessile.
(Eventualmente dopo additivazione di antibatterici e antiparassitari, rispettivamente.)
Per questo utilizzo si rende necessario un ulteriore studio riguardante le tecnologie di
produzione di non tessuti più adatti alle fibre cellulosiche.
Partnership
L’implementazione del presente progetto, necessita della collaborazione degli attori della filiera a
monte e a valle, collaborando sia con i produttori di macchinari per la raccolta e il taglio delle
fibre, sia con gli utilizzatori del prodotto finale: clienti dei tradizionali settori TessileAbbigliamento e Arredo, ma anche produttori di non-tessuto, interessati a collaborare
all’ampliamento dei loro potenziali mercati.
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