IT202100007178A1 - Compound di biopolimero compostabile da fonti rinnovabili a base di polilattato (pla) e cannabaceae - Google Patents

Description

COMPOUND DI BIOPOLIMERO COMPOSTABILE DA FONTI RINNOVABILI

A BASE DI POLILATTATO (PLA) E CANNABACEAE.

La presente invenzione riguarda l?individuazione di una mescola biopolimerica di derivazione totalmente naturale e organica, compostabile e perci? biodegradabile in particolari condizioni controllate (dipendenti da temperatura e umidit?) originata da fonti rinnovabili e inerte dal punto di vista dell?impatto ambientale.

La sottrazione di Co2 dal sistema ambiente ? virtuosa, in quanto la realizzazione del materiale consente di stoccare ingenti quantit? di Carbonio che la pianta ha metabolizzato durante il ciclo di vita, sequestrato al comparto atmosferico.

L?invenzione rappresenta elemento di novit? nella tipologia di utilizzo delle piante appartenenti alla famiglia delle Cannabaceae (Canapa e Luppolo) in quanto vengono gestite, nel caso particolare della Canapa, in toto e cio? integralmente, in una fase di maturazione avanzata della stessa, ovvero in piena fioritura e con apporto dei semi.

L?utilizzo della pianta di Canapa Sativa in toto, della parte aerea durante la fase di piena maturazione delle infiorescenze, permette di valorizzare le frazioni terpeniche e l?olio contenuto nei semi.

Lo stato dell?arte e della tecnica attualmente individuato, concentra le utilit? funzionali e i processi associati alla loro valorizzazione unicamente nella componente fibra, nota dall?antichit? per l?uso nei cordami, nella stoppa idraulica e ancor pi? nell?artigianato tessile.

Anche l?uso del canapulo, parte lignino-cellulosica interna al fusto, ? noto per gli utilizzi nell?industria carto-tecnica, nei carburanti da biomassa, come isolante/coibentante nell?edilizia e di pi? recente introduzione, nei materiali compositi.

L?infiorescenza e l?olio contenuto nei semi sono frazioni meno note nell?utilizzo industriale per il compound termoplastico e fin?ora relegate ad ambiti quali l?industria farmaceutica, agroalimentare e florovivaistica.

Tali frazioni sono l?elemento saliente di questa trattazione brevettuale per i vantaggi che offrono al composto: esse aumentano la coesione della mescola e congiuntamente alle pectine (particolari aggregati proteici con funzione adesiva) interposte tra fibre e canapulo, fungono da agente accoppiante, rendendo in gran parte superfluo l?utilizzo di aggreganti o additivi aggiuntivi.

La peculiarit? e particolarit? dell?utilizzo diretto della porzione oleosa nella mescola rappresenta una soluzione al problema tecnico di trasformazione industriale, in particolare nella gestione della fibra, riducendo gli attriti durante l?estrusione e il passaggio negli ugelli di iniezione.

Inoltre l?olio contenuto nei semi distribuendosi nella mescola e impregnandola, oltre a favorire le procedure meccaniche industriali, conferisce minime propriet? elastiche rilevanti nel conferire minor fragilit?.

Funge inoltre da plastificante, fornendo parziale impermeabilizzazione; tale caratteristica dona longevit? al materiale, in particolare se lo si vedr? destinato alla fabbricazione di oggetti esposti agli agenti atmosferici.

La mescola polimerica ? formata mescolando il suddetto supporto vegetale (individuato nella pianta di Canapa Sativa in piena maturazione e al massimo sviluppo dell?infiorescenza e semi) e luppolo in proporzioni variabili tra 1 e 20 parti sul totale, con almeno 30 parti o pi? di polilattato, noto industrialmente come PLA, reperibile presso svariati produttori internazionali.

La frantumazione e triturazione a secco dell?intera pianta avviene dopo opportuna essiccazione, attuabile sia naturalmente che mediante classiche procedure industriali di riscaldamento/ventilazione forzata.

La successiva lavorazione per ottenere fibra a lunghezza e granulometria variabile delle particelle relative alla biomassa triturata, verr? calibrata a seconda della tecnica scelta di estrusione e stampaggio.

In questa invenzione, differisce, a seconda del materiale voluto in uscita, la procedura individuata per il Luppolo, di cui si utilizzer? solo lo scarto industriale delle comuni pratiche agronomiche che lo vedono destinato all?industria birraria.

Tale apporto di Luppolo ? solo eventuale e parziale, rispetto all?utilizzo della pianta di Canapa Sativa.

La peculiarit? dell?invenzione consiste proprio nell?utilizzo a spettro completo della stessa, senza formazione di scarto di biomassa post-processo.

L?olio naturalmente contenuto nei semi fornisce la frazione additiva ricercata nelle propriet? plastificanti degli oli naturali, senza rendere necessario un apporto esterno come additivo. L?olio ? cos? utilizzato come elasticizzante, in grado di compensare i punti critici del Polilattato (o PLA) che notoriamente presenta fragilit? e alta viscosit?, ostacolo ai processi di estrusione/stampaggio.

La frazione rappresentata dal fiore, anche denominata infiorescenza ? nota per la produzione di resina dai tricomi, le ghiandole responsabili della produzione di vari composti.

I terpeni sono responsabili di alcune propriet? e virt? di tale complesso vegetale espresso nell?infiorescenza.

Possedendo una composizione in parte volatile, fungono da efficace e riconosciuta protezione antiparassitaria naturale, utile alla pianta. ?

Tali terpeni, Myrcene, Limonene, Linalool, Beta-Pinene, sono contenuti a percentuali variabili svolgendo attivit? antiossidante e antibatterica, perci? igienizzante.

Utilizzando l?intera pianta nella miscelazione del biopolimero si possono sfruttare tutte le qualit? di tali composti e non valorizzarne solo gli scarti (notoriamente individuati nel canapulo e/o fibra allo stato attuale dell?arte e della tecnica).

Diversamente, oggetto della presente trattazione brevettuale ? la valorizzazione integrale della pianta di Canapa Sativa, che ? attuabile mediante un?opportuna gestione agronomica e tecnico-industriale del ciclo di vita della stessa.

Tale utilizzo fornir? qualit? peculiari alla mescola senza ricorrere a cariche o additivi aggiunti.

Descriveremo ora nello specifico le due frazioni oggetto della trattazione:

FRAZIONE SEME

L?olio contenuto, come gi? descritto, svolge una significativa funzione di lubrificazione, facilitante in fase di miscelazione e successiva iniezione della mescola.

Esso svolge una spiccata azione plastificante: distribuendosi nella matrice biopolimerica aumenta la resistenza alla fessurazione, migliora il riempimento di celle piccole in fase di stampaggio e l?aspetto del materiale; promuove inoltre la formazione di superfici lisce, con comportamento chimicofisico tipico degli oli siccativi.

Acidi grassi polinsaturi presenti nell?olio di semi di Canapa sono l?acido linoleico e l?acido linolenico: impregnano la mescola fornendo un?azione plastificante e siccativa superficiale.

L?olio presente nei semi miscelati direttamente nella mescola svolge quindi un?azione protettiva del materiale composito promuovendo la formazione di un film lipidico impermeabilizzante; si crea perci? una superficie cerata idrofobica con funzione idrorepellente.

Tali caratteristiche lipidiche promuovono la barriera a ossigeno e vapore acqueo, svolgendo quindi un?utile funzione di protezione termo-ossidativa e ulteriori propriet? barriera per conservazione sapore, aroma e grasso resistenza.

Queste ultime qualit? sono fortemente ricercate nel packaging agroindustriale e sono naturalmente presenti nella mescola qui descritta.

Si ricorda che la mescola composita ? composta essenzialmente di Canapa integrale con substrato di polilattato (PLA) o altro biopolimero naturale, con opzionale aggiunta di scarto di lavorazione del Luppolo.

FRAZIONE INFIORESCENZA

La frazione relativa all?infiorescenza aumenta la coesione polimerica grazie alla presenza della resina, formata dai tricomi ghiandolari.

Conservando tutti i composti originati dalla pianta, si ottiene il conferimento di tutte le sopraelencate qualit? conservative e protettive: antiparassitarie, antibatteriche, asettiche e antiossidanti, funzioni particolarmente ricercate nel settore del packaging agroalimentare.

Entrando nel dettaglio vediamo come vengono a realizzarsi tali funzioni.

La presenza dei polifenoli conferisce propriet? come insetticida e antiparassitario naturale, note in letteratura. Una particolare classe di polifenoli presenti nell?infiorescenza di Canapa, i flavonoidi, sono riconosciuti come potenti antiossidanti naturali.

I terpeni, gi? menzionati e responsabili degli aromi caratteristici, hanno in natura una funzione informativa biologica, utile per ottenere nell?ambito agroalimentare un?azione repulsiva come antiparassitari naturali.

I terpenoidi, oltre ad essere riconosciuti come sicuri da un punto di vista igienico-sanitario, sono gi? utilizzati in ambito di preparazioni farmaceutiche e cosmetiche per le funzioni antimicrobiche, antifungine e antiparassitarie.

Sono degli insetticidi naturali, e possono essere utilizzati anche come sostanze protettive per lo stoccaggio alimentare.

FRAZIONI RESIDUE

Le componenti residuali della pianta, fibra, cellulosa ed emicellulose sono gi? ampiamente note e utilizzate nelle composizioni dei materiali polimerici rinforzati, quindi non apportano novit? alla presente invenzione, ma utilizzate in quanto costitutive della pianta stessa, utilizzata in toto.

Non ? essenziale, per quanto concerne l?invenzione, descrivere l?intero processo agronomico di gestione del ciclo vitale della pianta, che pu? differire per contesto pedoclimatico e accorgimenti dovuti alle variabilit? climatiche di un ciclo di raccolta specifico.

Si sottolinea per? la caratteristica peculiare e innovativa della presente invenzione: l?utilizzo integrale della parte aerea della pianta nel momento di piena maturazione della stessa (presenza di semi e infiorescenze); la pianta deve essere opportunamente essiccata e frantumata, in modo da poter essere correttamente gestita in ingresso del processo di miscelazione. Ci? avviene tramite triturazione/ macinazione ed estrusione, processo industriale anche noto come compoundazione.

L?intera biomassa risultante dalla triturazione di Canapa e/o Luppolo viene mescolata e unita al PLA nel processo di estrusione noto come compoundazione, per la formazione del prodotto oggetto del presente brevetto: la mescola biopolimerica Cannabaceae/PLA.

Tale bicomposito pu? essere opportunamente calibrato per granulometria e formazione del biopolimero per essere compoundato e successivamente utilizzato nei comuni e noti processi di stampaggio per estrusione, pressofusione o termoformatura.

E? possibile procedere alla calandratura del materiale estruso per la formazione di fogli e/o pannelli di spessore variabile per termoformatura o per processi di trasformazione industriale, utili alla realizzazione di manufatti e/o packaging ecosostenibile.

E? quindi previsto e auspicato dalla presente invenzione l?utilizzo del detto materiale nel packaging agroindustriale e alimentare.

Le virt? del materiale sono rappresentate dalle frazioni terpeniche, dalla presenza di cellulose stabilizzate nella matrice e dalla presenza del Polilattato (biopolimero con caratteristiche di conservazione delle qualit? organolettiche e sicurezza igienico-sanitarie gi? note in letteratura).

Si demanda alle specifiche norme di legge del paese in cui il materiale vorr? essere utilizzato, l?ottenimento della certificazione per l?utilizzo del materiale a contatto con gli alimenti.

Si schematizza ora il processo e si descrivono le fasi di realizzazione del materiale composito, oggetto della trattazione:

- Essiccazione: la pianta viene essiccata in campo per il periodo necessario ad una prima asciugatura con un tempo variabile tra 2 settimane ad 1 mese; successivamente alla raccolta, l?essiccazione viene completata mediante procedure di ventilazione forzata o naturale; la percentuale di acqua non deve superare le 15 parti sul totale della biomassa.

- Eventuale aggiunta dello scarto di lavorazione del Luppolo anch?esso opportunamento essiccato al 15% di H2O, in percentuale compresa tra le 0 e 20 parti sul totale della mescola termoplastica in uscita.

- Frantumazione e triturazione a secco: l?intera biomassa composta dalla pianta di Canapa matura, comprensiva di semi e infiorescenza con l?eventuale aggiunta degli scarti di lavorazione del Luppolo, viene ridotta in frammenti tramite mulino granulatore, con rotore a lame sfalsate e polverizzatore con eventuale vaglio di reimmissione in particelle di granulometria compresa tra 0.3 e 3.15 mm con recupero di eventuali polveri da lavorazione.

- Estrusione. Viene unito alla biomassa cos? essiccata e triturata il Polilattato (PLA) o un altro biopolimero con buona compatibilit? di processo.

- Una variante di attuazione prevede l?inserimento dell?olio ottenuto per spremitura dei semi separatamente, reintegrato durante l?estrusione in quantit? comprensiva tra 0 e 25 parti sul totale della mescola termoplastica in uscita.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI

   (1) Mescola di biocomposito polimerico comprendente polilattato o altro biopolimero di origine naturale e particelle ottenute dalla riduzione meccanica delle seguenti parti della pianta di Canapa Sativa: -seme

   -infiorescenza

   -fibra

   -canapulo

   in cui detto polilattato sia in percentuale variabile da 30 a 70 parti sul totale della biomassa vegetale.

   (2) Mescola di biocomposito polimerico come da rivendicazione 1, in cui la frazione principale delle particelle sia compresa nell?intervallo tra 0.3 e 3.15 mm; la misura della granulometria ? estesa a tutte le particelle della biomassa in oggetto: infiorescenze, semi fibre e canapuli, radici escluse.

   (3) Mescola di biocomposito polimerico secondo le rivendicazioni precedenti 1 e 2, la cui variante di attuazione prevede la possibilit? di reintegrare, durante il processo di estrusione, l?olio ottenuto separatamente dalla spremitura dei semi di canapa all?interno del materiale composito da 0 a 25 parti percentuali in peso sul totale della mescola finale.

   (4) Mescola di biocomposito polimerico secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, comprendente ulteriormente fibre e cellulose da scarti della lavorazione del luppolo, con percentuale variabile da 1 a 20 parti rispetto alla massa totale del biopolimero prodotto finale.

   (5) Processo per la preparazione del biocomposito polimerico di cui alle rivendicazioni precedenti avviene mediante le seguenti fasi:

   - essiccazione della biomassa di canapa e/o luppolo naturale o forzata mediante l?utilizzo di essiccatori fino ad una presenza di H2O del 15%; - Deumidificazione polilattato al 15% con deumidificatori industriali;

   - Frantumazione e macinazione a secco per la riduzione delle biomasse di Canapa e/o Luppolo tramite mulino granulatore con rotore a lame sfalsate ed eventuale polverizzatore in serie per il raggiungimento della granulometria in uscita con range compreso tra 0,3 e 3,15 mm;

   - Miscelazione tramite estrusione del polilattato assieme alla biomassa vegetale composta da Canapa integrale a piena maturazione e/o Luppolo essiccati;

   -Raffreddamento ad aria e taglio dell?estruso per ottenere il biocomposito pellettato;

   -Stampaggio termoplastico a iniezione.

   (6) Utilizzo della mescola secondo rivendicazioni precedenti nei comuni processi di stampaggio industriale: estrusione e termoformatura.

   (7) Utilizzo agro-alimentare della mescola come supporto di conservazione, imballaggio di alimenti e supporti monouso e/o comune packaging per trasporto a temperature inferiori a 50?C.

   (8) Utilizzo del materiale in ambito agro-industriale per le note propriet? naturali di antiparassitario agricolo e funzioni insetto-repellenti.