ITGE20120028A1 - Materiale composito di origine naturale e metodo per la sua fabbricazione - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: “Materiale composito di origine naturale e metodo per la sua fabbricazione†,
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda i materiali compositi di origine naturale ed in particolare riguarda un materiale composito comprendente sia fibre di origine vegetale che fibre di origine animale.
I materiali di origine naturale suscitano un notevole interesse, in particolare nel campo delle costruzioni (bioedilizia, bio-architettura) e dei trasporti. Nel settore edilizio, la lana viene attualmente utilizzata come materiale isolante per riempire intercapedini o depositata in strati appoggiati, sotto forma di feltri o materassini agugliati con fibre sintetiche o legati con resine per ottenere una certa consistenza ( http://www . thermafleece.com/products ) ( http://www.blackmountaininsulation.com ). Comunque, materiali come materassini di lana agugliati con fibre sintetiche non sono autoportanti.
Canapa, lino e altre fibre ad elevato modulo elastico, vengono usate per fabbricare pannelli compositi con resine leganti, mattoni ecc. (http://www.cannabric.com) . Nel settore automobilistico, compositi a matrice sintetica (es. PP, Epossidica) rinforzati con fibre vegetali (lino, canapa, kenaf, banana ecc.) al posto delle fibre di vetro, vengono utilizzati per la fabbricazione di parti strutturali e componenti con funzione acustica, di isolamento termico ecc. (M.J. John, S . Thomas / Carbohydrate Polymers 71 (2008) 343-364). Le fibre vegetali sono più leggere di quelle di vetro, hanno moduli comparabili al vetro e moduli specifici superiori; inoltre non sono fragili come il vetro e non si spezzano, consentono il riciclaggio del materiale e lo smaltimento finale per incenerimento.
Nella maggior parte dei casi, i compositi rinforzati con fibre vegetali hanno una matrice sintetica o, in generale, non biodegradabile, a parte i compositi con soia, ad esempio, che, tuttavia, Ã ̈ una proteina alimentare e non di scarto.
Sono noti diversi tipi di materiali compositi realizzati utilizzando sia fibre vegetali che fibre animali. Nel documento DE203 11928 à ̈ descritto un materiale isolante che contiene, oltre a fibre vegetali, fibre animali, fibra di vetro, legno o miste, anche una o più sostanze leganti aggiunte, quali amido, cellulosa, gomma naturale, caseina, silicati, cere o oli, colle e resine.
Nel documento WO200521656 Ã ̈ descritto un materiale composito realizzato a partire da biomateriali derivati della lavorazione del legno, fibre vegetali o materiali di origine sintetica con gruppi -OH liberi, inglobati in una matrice polimerica termoplastica come ad esempio una resina poliolefinica, e comprendente anche agenti compatibilizzanti come resine termoindurenti o termoplastiche, catalizzatori, reticolanti e altri additivi funzionali.
In PT- 104704, viene descritto un materiale composito che à ̈ formato da sughero e fibre naturali o sintetiche di rinforzo, inglobati in una matrice polimerica. I polimeri che costituiscono la matrice possono essere naturali, sintetici o riciclati e sono aggiunti al sughero e alle fibre di rinforzo; sostanze leganti o tecniche di funzionalizzazione possono essere impiegate per migliorare la compatibilità tra fibre e matrice. I processi di preparazione sono basati sulla fusione della matrice polimerica.
In tutti i casi sopra riportati, le fibre naturali, siano esse vegetali od animali, sono disperse in un agente legante; l’uso di tale agente legante comporta tuttavia diversi problemi, che vanno dalla biodegradabilità del materiale composito alla sua compatibilità con le applicazioni, in particolare ad uso abitativo. Inoltre, l’uso di un legante presuppone un costo del legante stesso ed un impianto di miscelazione delle fibre con il legante che in genere comporta delle temperature esercizio anche decisamente elevate, soprattutto nel caso di polimeri termoplastici. Anche questi processi di lavorazione vanno poi valutati in termini di impatto ambientale.
Scopo della presente invenzione à ̈ quindi fornire un materiale composito che sia dotato proprietà meccaniche eccellenti, ed al contempo sia realizzato con materiali di risulta e mediante un processo a basso impatto ambientale.
Oggetto della presente invenzione à ̈ pertanto un materiale composito comprendente fibre di origine vegetale e fibre di origine animale, disperse in una matrice polimerica proteica di origine animale. In particolare, la matrice proteica di origine animale à ̈ ottenuta direttamente dal trattamento delle fibre di origine animale comprese nel materiale composito.
Le fibre di origine animale possono essere fibre di lana, in particolare fibre di lana ovina, sia derivate dalla tosatura degli animali, che dal recupero delle fibre di lana da macero. Inoltre, le fibre di origine animale possono anche comprendere lane di altra origine, pelo da pelliccia di animale, piume o simili.
Le fibre di origine vegetale possono essere vantaggiosamente fibre di canapa, cotone, lino, kenaf, abaca, banana o altre fibre vegetali.
; tali fibre possono essere sotto forma di fibra grezza o di filato, così come possono presentarsi sotto forma di tessuto. La dimensione la forma e l’organizzazione delle fibre di origine vegetale conferisce al materiale composito proprietà meccaniche diverse.
Vantaggiosamente la percentuale in peso di fibre di origine vegetale nel materiale composito può variare dal 5% al 80%, ed in particolare dal 10% al 50%.
Ulteriore oggetto della presente invenzione à ̈ metodo per la fabbricazione di un materiale composito comprendente fibre di origine vegetale e fibre di origine animale disperse in una matrice polimerica proteica di origine animale, comprendente le fasi di:
a) preparazione di una composizione in opportune proporzioni delle fibre di origine vegetale con le fibre di origine animale;
b) preparazione una soluzione di un alcale forte ad una temperatura operativa;
c) trattamento della composizione di fibre di origine vegetale e fibre di origine animale preparata nella fase a) con detta soluzione preparata nella fase b) a detta temperatura operativa, allo scopo di idrolizzare ed estrarre parte della proteina presente nelle fibre di origine animale per ottenere detta matrice polimerica proteica di origine animale;
d) risciacquo del prodotto della fase c) con acqua allo scopo di rimuovere almeno parte di detta soluzione; e) essiccamento del prodotto della fase d) allo scopo di solidificare la matrice polimerica proteica di origine animale.
Vantaggiosamente, à ̈ prevista una fase neutralizzazione, almeno parziale, successiva alla fase di risciacquo d) e precedente alla fase di essiccamento e), mediante l’aggiunta di una soluzione acida.
Preferibilmente, Falcale forte à ̈ selezionato dal gruppo costituito da idrossido di sodio (NaOH), idrossido di potassio (KOH), idrossido di calcio (Ca(OH)2), idrossido di bario (Ba(OH)2) e idrossido di magnesio (Mg(OH)2). Più preferibilmente, Falcale forte à ̈ idrossido di sodio (NaOH), ed à ̈ presente in soluzione ad una concentrazione nel campo da circa 0, 1 g/1 a circa 20 g/1.
Preferibilmente, la temperatura operativa della soluzione dell'alcale forte nella fase b) si trova nel campo da circa 40°C a circa 80°C.
In un'altra forma esecutiva del metodo secondo la presente invenzione, la fase c) viene condotta sotto agitazione.
In un'ulteriore forma esecutiva del metodo secondo la presente invenzione, il passaggio di essiccazione d) viene condotto in forno ad una temperatura nel campo da circa 50°C a circa 80°C.
In ancora un'altra forma esecutiva del processo secondo la presente invenzione, il passaggio di essiccazione e) viene condotto in uno stampo allo scopo di impartire una forma al prodotto essiccato.
Il materiale composito secondo la presente invenzione ed il metodo per la sua fabbricazione appariranno meglio evidenti alla luce degli esempi seguenti e con riferimento alle figure allegate, in cui:
la figura 1 à ̈ un’immagine di un provino di pannello realizzato con una forma esecutiva del materiale composito secondo la presente invenzione;
la figura 2 Ã ̈ un'immagine al microscopio elettronico a scansione, con ingrandimento 50X, di un provino di pannello realizzato con il materiale composito secondo la presente invenzione; e
la figura 3 Ã ̈ un'immagine al microscopio elettronico a scansione, con ingrandimento 500X, di un provino di pannello realizzato con il materiale composito secondo la presente invenzione.
Nel metodo secondo la presente invenzione, le fibre di origine vegetale, che vengono tagliate o meno a seconda del tipo di struttura che si intende ottenere nel composito, sono miscelate alle fibre di origine animale. Successivamente, la composizione di fibre così ottenuta viene trattata con una soluzione di un alcale forte, ad esempio idrossido di sodio, ad una concentrazione compresa tra circa 0, 1 g/1 e circa 20 g/1 e ad temperatura operativa compresa tra circa 40°C e circa 80°C, con o senza agitazione, per tempi compresi tra alcuni minuti (15-20 minuti) e alcune ore; l'agitazione viene aggiunta quando si desidera applicare condizioni più drastiche allo scopo di velocizzare il processo. La soluzione alcalina deve essere portata alla temperatura operativa prima di inserire le fibre perché, in caso contrario, nel caso di utilizzazione di lana, la reazione di infeltrimento andrebbe a competere con quella di estrazione proteica, ottenendo un materiale diverso da quello desiderato. Questo trattamento causa l'idrolisi e l'estrazione di parte della proteina (in particolare, per la maggior parte delle fibre di origine animale si tratta di cheratina) che costituisce le fibre di origine animale.
Al contrario à ̈ da notare come le fibre vegetali non vengono danneggiate, come à ̈ noto, dal trattamento con un alcale forte; al contrario, il trattamento conosciuto con il termine di mercerizzazione, aumenta il grado di idrofilia, la separazione, la dispersione delle fibre e l’omogeneità del composito; nella figura 2 à ̈ mostrato un ingrandimento 50X di un provino di materiale composito secondo l’invenzione, in cui si evidenzia lo stato delle fibre vegetali, in questo caso fibre di canapa, a seguito del trattamento con alcale forte.
Il materiale viene successivamente risciacquato in acqua fredda, e la soluzione di idrossido di sodio residua può essere neutralizzata, totalmente o parzialmente, con una soluzione acida (ad un pH maggiore di 2 per evitare la precipitazione della cheratina estratta che agisce da legante). Il materiale risultante viene nuovamente risciacquato ed essiccato in forno (ad esempio, a temperature comprese tra 50°C e 80°C). Per ottenere un materiale omogeneo l’ asciugatura deve avvenire con le fibre ancora intrise di liquido. La solidificazione della proteina idrolizzata estratta dalla fibra di origine animale durante il processo aderisce alle fibre e consolida la struttura del materiale, così come risulta dalla figura 3.
La figura 3 à ̈ un'immagine al microscopio elettronico a scansione, con ingrandimento 500X, del materiale composito secondo l’invenzione. Come si può notare dalla figura, le fibre del composito, sia vegetali che animali, sono ricoperte della cheratina estratta dalla fibra di origine animale che agisce ora da sostanza legante, o matrice, rendendo la fibra di origine animale appiccicosa e capace di aderire alle fibre, vegetali od animali, limitrofe.
I seguenti esempi vengono forniti esclusivamente a scopo illustrativo, e non intendono limitare l'ambito della presente invenzione che à ̈ invece definito dalle rivendicazioni allegate.
Esempio A
In una beuta provvista di mezzi agitatori meccanici e contenente 400 mi di idrossido di sodio 11 ,25 g/1 ad una temperatura di 60°C, à ̈ stata introdotta una composizione di 15 g di fibra lana e 5 g di fibra di canapa. La composizione à ̈ stata poi lasciata reagire per 1 h sotto forte agitazione meccanica. Il prodotto risultante à ̈ stato neutralizzato con una soluzione di acido solforico a pH 2,5; successivamente à ̈ stato versato in uno stampo per pannelli ed essiccato in stufa a 70°C, ottenendo un provino di pannello A.
Esempio B
In una beuta provvista di mezzi agitatori meccanici e contenente 400 mi di idrossido di sodio 11 ,25 g/1 ad una temperatura di 60°C, à ̈ stata introdotta una composizione di 10 g di fibra lana e 10 g di fibra di canapa. La composizione à ̈ stata poi lasciata reagire per 1 h sotto forte agitazione meccanica. Il prodotto risultante à ̈ stato neutralizzato con una soluzione di acido solforico a pH 2,5; successivamente à ̈ stato versato in uno stampo per pannelli ed essiccato in stufa a 70°C, ottenendo un provino di pannello B . (vedere la Figura 1).
Esempio C
In una beuta provvista di mezzi agitatori meccanici e contenente 400 mi di idrossido di sodio 11 ,25 g/1 ad una temperatura di 60°C, à ̈ stata introdotta una composizione di 17,5 g di fibra lana e 2,5 g di fibra di canapa. La composizione à ̈ stata poi lasciata reagire per 1 h sotto forte agitazione meccanica. Il prodotto risultante à ̈ stato neutralizzato con una soluzione di acido solforico a pH 2,5; successivamente à ̈ stato versato in uno stampo per pannelli ed essiccato in stufa a 70°C, ottenendo un provino di pannello C.
Esempio D
In una beuta provvista di mezzi agitatori meccanici e contenente 400 mi di idrossido di sodio 9,0 g/1 ad una temperatura di 60°C, à ̈ stata introdotta una composizione di 15 g di fibra lana e 5 g di fibra di canapa. La composizione à ̈ stata poi lasciata reagire per 1 h sotto forte agitazione meccanica. Il prodotto risultante à ̈ stato neutralizzato con una soluzione di acido solforico a pH 2,5; successivamente à ̈ stato versato in uno stampo per pannelli ed essiccato in stufa a 70°C, ottenendo un provino di pannello D.
Esempio E
Proprietà dei pannelli realizzati con i materiali compositi secondo la presente invenzione
I provini di pannello realizzati negli Esempi A, B , C e D sono stati sottoposti ad una varietà di misurazioni e prove, riepilogate nella Tabella 1 seguente.
Tabella 1
Allunga-Carico a Conducibilità canapa Densità mento a Recupero di NaOH Campione rottura termica (%) sul (g/cm<3>) rottura umidità (%)
(N/cm<2>) (W/m K) totale (g/D (%)
A 0,43 211 ,8 1 ,0 4.8 0,2 25 11.25
B 0,26 40,5 2,2 6,4 0, 1 50 11.25
C 0, 11 24,8 6,3 6.4 0,05 12.5 11.25
D 0, 19 19.6 3.7 10.2 0.1 25 9,00
Il provino A Ã ̈ stato preparato a partire da 15 g di lana con
5 g di canapa con concentrazione di 11.25 g/1, l’idrossido di sodio ha intaccato moltissimo le fibre di lana distruggendone in parte, producendo una matrice di cheratina rigida e producendo un pannello molto compatto e poco poroso.
AH’ aumentare della quantità di fibre di lana, a parità di trattamento, i pannelli risultano più porosi, meno densi, meno resistenti alla trazione e meno rigidi.
Il provino D ha la stessa proporzione di lana e canapa del provino A ma à ̈ stato prodotto con una concentrazione di idrossido di sodio più bassa (9,0 g/1); infatti le fibre di lana sono meno danneggiate e il pannello à ̈ più poroso.
AlT aumentare della quantità di fibre di canapa l’ effetto à ̈ lo stesso. Il contributo della quantità di fibre di canapa non può essere distinto da quello dell’ intensità del danneggiamento delle fibre di lana. Ciò significa che le due azioni sono sinergiche e che più si danneggia la lana più si estrae proteina e più si forma materiale compatto, meno si danneggia più il materiale rimane poroso.
Come si può osservare dalla Tabella 1 , la densità apparente dei pannelli à ̈ compresa tra 0, 11 kg/dm (Provino C) e 0,43 kg/dm (Provino A), fermo restando che gli inventori ritengono possibile realizzare pannelli ancora più leggeri.
Dal punto di vista meccanico, il carico alla rottura dei provini à ̈ compreso tra 211 ,8 N/cm (Provino A) e 19,6 N/cm (Provino D), mentre il loro allungamento percentuale alla rottura à ̈ compreso tra 1 ,0% (Provino A) e 6,3% (Provino C).
Il comportamento dei provini nei confronti dell'umidità à ̈ stato valutato tramite misurazione del recupero percentuale di umidità sotto condizioni standard (20°C; 65% U.R.), ottenendo valori compresi tra 4,8% (Provino A) e 10,2% (Provino D).
La conducibilità termica à ̈ stata misurata attraverso lo strumento Zweigle T675 Alambeta, ottenendo valori compresi tra 0,05 W/m*K (Provino C) e 0,2 W/m*K (Provino A).
Come si può notare dagli esempi che precedono, le caratteristiche dei materiali compositi secondo la presente invenzione possono essere notevolmente variate modulando il tempo di trattamento, la temperatura di trattamento, la concentrazione dell'alcale adoperato e il grado di neutralizzazione. Ne consegue che il processo della presente invenzione consente di realizzare materiali provvisti di una varietà di caratteristiche e adatti per una molteplicità di scopi.
Ad esempio, la concentrazione residua di idrossido di sodio influenza la formabilità ; ad un pH maggiore di 8, i materiali compositi assumono la forma dello stampo poiché le fibre vengono attaccate dall'ambiente basico anche durante il passaggio di essiccazione. Ad un pH neutro, i materiali ottenuti attraverso il processo inventivo sono ancora formabili ma meno aderenti allo stampo, poiché le fibre non vengono attaccate dall'ambiente basico durante il passaggio di essiccazione come nel caso precedente.
Inoltre, con tempi di trattamento lunghi e/o concentrazioni e/o temperature elevate si ottengono pannelli più rigidi e meno porosi adatti per applicazioni di supporto, mentre una lavorazione sotto condizioni più blande produce pannelli più porosi, più flessibili e resilienti.
Chiaramente, ha una grande influenza sul comportamento del materiale composito secondo la presente invenzione la presenza percentuale di fibre di origine vegetale ed il loro stato. Tanto più tali fibre sono lunghe e tanto à ̈ maggiore la loro organizzazione, sia sotto forma di fibre filate che di fibre intessute, tanto più pronunciate saranno le caratteristiche meccaniche del composito, che debbono comunque tenere conto anche delle interazioni strutturali che si stabiliscono tra le fibre di origine animale che non sono state idrolizzate e le fibre di origine vegetale.
I vantaggi conseguiti dal materiale composito secondo la presente invenzione e dal metodo per la sua fabbricazione invenzione comprendono, ma senza limitazioni:
• l'opportunità di adoperare vantaggiosamente biomasse di basso costo e, nel caso delle lane, di elevato impatto ambientale che, altrimenti, rimarrebbero inutilizzate o formerebbero, nel caso delle lane grossolane, un materiale da smaltire; inoltre le fibre vegetali possono essere sottoprodotti di lavorazioni di piante coltivate principalmente per altri scopi (fibra tecnica di canapa ottenuta da piante portate a maturazione del seme per l’ estrazione dell’olio, ecc..);
• l'estrema semplicità del metodo, unitamente al basso costo e alla grande disponibilità dei reagenti adoperati nello stesso;
• il materiale composito secondo l’invenzione à ̈ interamente biologico, biodegradabile e compostabile (la proteina idrolizzata e le fibre residue apportano azoto e altri nutrienti con rilascio graduale);
• la possibilità di realizzare pannelli autoportanti che possono sostituire, in certe applicazioni, i pannelli sintetici o i pannelli costituiti da materiali biologici ma comprendenti resine tossiche o altre sostanze leganti;
• la possibilità di modulare la porosità , e dunque la traspirabilità , del materiale composito secondo la presente invenzione;
• gli articoli realizzati con il materiale composito secondo la presente invenzione sono resilienti in quanto recuperano parzialmente le deformazioni in modo elastico, al contrario ad esempio del polistirene espanso o estruso.
• gli articoli realizzati con il materiale composito secondo la presente invenzione sono facili da tagliare, sagomare e modellare;
• la fibre che costituiscono i materiali ottenuti attraverso il processo inventivo sono igroscopiche, e dunque interagiscono con l'umidità ambientale cedendo o assorbendo il calore di idratazione per raggiungere le condizioni di equilibrio: in pratica, svolgono una funzione termoregolatrice;
• la proteina della lana reagisce con alcuni composti organici volatili (VOC, Volatile Organic Compound ), eliminandoli dall'ambiente. Pertanto, i materiali prodotti attraverso il processo inventivo sono dei risanatori dell'aria inquinata da fumo di sigarette, prodotti di combustione degli idrocarburi, formaldeide rilasciata da mobili e vernici, ecc. La letteratura riporta studi sull'impiego della lana contro la sindrome dell'edificio malato (SBS, Sick Building Sindrome ) (Claudio Tonin, La lana come isolante reattivo verso gli inquinanti indoor, 3° Convegno nazionale TESSILE e SALUTE, 20-21 marzo 2003, Biella, Italia).
Claims (19)
- RIVENDICAZIONI 1. Materiale composito comprendente fibre di origine vegetale e fibre di origine animale, disperse in una matrice polimerica proteica di origine animale.
- 2. Materiale composito secondo la rivendicazione 1 , in cui la matrice proteica di origine animale à ̈ ottenuta direttamente dal trattamento delle fibre di origine animale comprese nel detto materiale composito.
- 3. Materiale composito secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le fibre di origine animale comprendono fibre di lana, in particolare fibre di lana ovina, sia derivate dalla tosatura degli animali, che dal recupero delle fibre di lana.
- 4. Materiale composito secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 3, in cui le fibre di origine animale comprendono lane di origine non ovina, pelo da pelliccia di animale, piume o simili.
- 5. Materiale composito secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 4, in cui le fibre di origine vegetale sono fibre di canapa, cotone, lino, kenaf, abaca, banana o altre fibre vegetali.
- 6. Materiale composito secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 5, in cui tali fibre di origine vegetale sono sotto forma di fibra grezza.
- 7. Materiale composito secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 5, in cui tali fibre di origine vegetale sono sotto forma di filato.
- 8. Materiale composito secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 5, in cui tali fibre di origine vegetale sono sotto forma di tessuto.
- 9. Materiale composito secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 8, in cui la percentuale in peso di fibre di origine vegetale nel detto materiale composito à ̈ compresa tra il 5% ed il 80%.
- 10. Metodo per la fabbricazione di un materiale composito comprendente fibre di origine vegetale e fibre di origine animale disperse in una matrice polimerica proteica di origine animale, comprendente le fasi di: a) preparazione di una composizione in opportune proporzioni delle fibre di origine vegetale con le fibre di origine animale; b) preparazione una soluzione di un alcale forte ad una temperatura operativa; c) trattamento della composizione di fibre di origine vegetale e fibre di origine animale preparata nella fase a) con detta soluzione preparata nella fase b) a detta temperatura operativa, allo scopo di idrolizzare ed estrarre parte della proteina presente nelle fibre di origine animale per ottenere detta matrice polimerica proteica di origine animale; d) risciacquo del prodotto della fase c) con acqua allo scopo di rimuovere almeno parte di detta soluzione; e) essiccamento del prodotto della fase d) allo scopo di solidificare la matrice polimerica proteica di origine animale.
- 11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui à ̈ prevista una fase neutralizzazione, almeno parziale, successiva alla fase di risciacquo d) e precedente alla fase di essiccamento e), mediante l’ aggiunta di una soluzione acida.
- 12. Metodo secondo la rivendicazione 10 o 11 , in cui Falcale forte della soluzione preparata nella fase b) Ã ̈ selezionato dal gruppo costituito da idrossido di sodio (NaOH), idrossido di potassio (KOH), idrossido di calcio (Ca(OH)2), idrossido di bario (Ba(OH)2) e idrossido di magnesio (Mg(OH)2).
- 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui Falcale forte à ̈ idrossido di sodio (NaOH).
- 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in la concentrazione della detta soluzione à ̈ nel campo da circa 0, 1 g/1 a circa 20 g/1.
- 15. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 10 a 14, in cui la temperatura operativa della soluzione dell'alcale forte preparata nella fase b) si trova nel campo da circa 40°C a circa 80°C.
- 16. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 10 a 15, in cui la fase c) viene condotta sotto agitazione.
- 17. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 10 a 16, in cui detta fase di essiccazione e) viene condotta in forno ad una temperatura nel campo da circa 50°C a circa 80°C.
- 18. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 10 a 17, in cui detta fase di essiccazione e) viene condotta in uno stampo allo scopo di impartire una forma al prodotto essiccato.
- 19. Articolo realizzato con o comprendente il materiale composito secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 1 a 9.
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IT202000005446A1 (it) * | 2020-03-13 | 2021-09-13 | Consiglio Nazionale Ricerche | Materiale composito biodegradabile |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008096180A2 (en) * | 2007-02-09 | 2008-08-14 | Sustainable Resource Supplies Limited | Rigid foam and process for the production thereof |
WO2009079580A1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-06-25 | E2E Materials, Inc. | High-strength, environmentally friendly building panels |
FR2937057A1 (fr) * | 2008-10-10 | 2010-04-16 | Vriese Isabelle De | Melange de ouate de cellulose et de fibres vegetales ou animales, procede de fabrication et materiau isolant thermique |
-
2012
- 2012-03-07 IT IT000028A patent/ITGE20120028A1/it unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008096180A2 (en) * | 2007-02-09 | 2008-08-14 | Sustainable Resource Supplies Limited | Rigid foam and process for the production thereof |
WO2009079580A1 (en) * | 2007-12-17 | 2009-06-25 | E2E Materials, Inc. | High-strength, environmentally friendly building panels |
FR2937057A1 (fr) * | 2008-10-10 | 2010-04-16 | Vriese Isabelle De | Melange de ouate de cellulose et de fibres vegetales ou animales, procede de fabrication et materiau isolant thermique |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT202000005446A1 (it) * | 2020-03-13 | 2021-09-13 | Consiglio Nazionale Ricerche | Materiale composito biodegradabile |
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