ITRM20090189A1 - Nanomateriali biodegradabili e antibatterici a base di chitosano, metilcellulosa e nano particelle. - Google Patents

Description

"NANOMATERIALI BIODEGRADABILI E ANTIBATTERICI A BASE DI CHITOSANO,

METILCELLULOSA E NANO PARTICELLE "

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce a un nuovo procedimento per la preparazione di pellicole basate su chitosano, metilcellulosa e nanoparticelle. La presente invenzione si riferisce inoltre alle pellicole ottenibili con questo procedimento e ai loro usi.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Nella società moderna, sin dalla comparsa della plastica, l’uomo ha contribuito con una rapidità sorprendente, all’inquinamento del pianeta. Un esempio di inquinamento ad oggi vastissimo ed aumentato anche a causa delle varie normative sul confezionamento dei prodotti alimentari e non, si trova nell’utilizzo quasi esclusivo e comunque preponderante, di prodotti plastici per il confezionamento dei prodotti commerciali.

Attualmente, à ̈ aumentata la sensibilità anche da parte di molte industrie, all’effetto devastante che ha sul pianeta terra l’inquinamento dato dai prodotti plastici.

In più settori si à ̈ cercato, quindi, il mezzo per sostituire la plastica ed i suoi derivati con prodotti biodegradabili ed atossici.

La chitina, scoperta dal chimico Henri Braconnot nel 1811 à ̈ uno dei principali componenti dell'esoscheletro degli insetti e di altri artropodi, della parete cellulare di funghi e batteri, del perisarco degli idroidi ed à ̈ presente anche nella cuticola epidermica o in altre strutture superficiali di molti altri invertebrati. Dal punto di vista chimico si tratta di un polisaccaride, costituito da più unità di acetilglucosammina (più specificamente, N-acetil-D-glucos-2-ammina) legate tra loro con un legame di tipo β-1,4, lo stesso delle unità di glucosio che formano la cellulosa; à ̈ insolubile in acqua a causa della struttura cellulare rigida e delle forze intramolecolari dei legami a idrogeno. Il chitosano à ̈ un polimero della D-glucosammina, che si può ottenere anche per deacetilazione alcalina della chitina stessa. Il processo industriale attualmente utilizzato à ̈ quello di partire dalla chitina purificata ottenuta da crostacei. Il chitosano ha caratteristiche molto attraenti come: biocompatibilità, biodegradabilità, non tossicità, prevenzione delle infezioni, acceleranti nella guarigione di ferite. Il chitosano trova una vasta e documentata applicazione in diversi settori:

chiarificazione delle acque contenenti proteine derivanti dalla lavorazione di frutta, carne, pesce e latte. Sono utilizzati anche nell'industria delle bevande: questo à ̈ stato il maggiore e per lungo tempo l'unico utilizzo di questo polisaccaride. Il chitosano causa la flocculazione delle proteine. Essendo biodegradabile e non tossico à ̈ stato preferito ai polimeri sintetici.

Il chitosano à ̈ un agente chelante per i metalli. Poiché con un acido inorganico diluito à ̈ possibile rigenerarlo, il chitosano può essere utilizzato per purificare l'acqua da metalli pesanti.

Le membrane fatte con chitosano possono essere utilizzate per addolcire l'acqua. La carta impregnata con chitosano mostra un’elevata resistenza allo strappo, all'abrasione e all'umidità. Inoltre, grazie alla sue caratteristiche antibatteriche, ne permette l'utilizzo per imballaggi di alimenti.

Chitina e chitosano, poiché sono degradabili dagli enzimi endogeni e non hanno effetti allergici, possono essere utilizzati per la produzione di fili da sutura, bende ed anche pelle sintetica.

Chitina e chitosano sono stati utilizzati come condizionanti e idratanti in creme cosmetiche, in sostituzione di altri composti quale l'acido ialuronico.

Chitosani carbossimetilati sono usati come agenti protettivi per semi e frutti. Avendo scarsa permeabilità all'ossigeno e un elevato effetto antibatterico, permettono una maggiore durata nel tempo dei prodotti agricoli.

Grazie alla capacità assorbente del chitosano, sono allo studio applicazioni per la cura di malattie. Il chitosano contenente l'antibiotico o il farmaco specifico per il trattamento à ̈ fatto aderire ai tessuti interessati; in questo modo il farmaco agisce solo nel punto desiderato, con una maggiore efficienza e riducendo la quantità di farmaco utilizzata e il numero delle applicazioni.

Il chitosano mostra inoltre una grande efficacia nel trattamento delle ferite, accelerando notevolmente i processi di guarigione.

Chitosano come ausiliario tessile: esiste una vasta letteratura che documenta l'attività del chitosano come uniformante di tintura.

Studi hanno dimostrato come il chitosano con la lana migliori la tingibilità, la solidità, e contribuisca ad aumentare l'effetto antinfeltrente. Questi risultati derivano dal fatto che il chitosano depositandosi sulla fibra, cattura le molecole di tensioattivo e ne aumenta l'effetto scivolante.

Studi clinici hanno dimostrato l'effettiva azione del chitosano nella riduzione dei livelli di trigliceridi e colesterolo nel sangue; studi in vitro hanno invece confermato l’effettiva azione dimagrante del chitosano.

La tecnica di micronizzazione che conferisce al chitosano particolari proprietà che lo rendono un substrato ottimale sia nelle preparazioni farmaceutiche sia in quelle alimentari.

Sono stati inoltre descritti in alcuni brevetti diversi procedimenti per ottenere chitosano in forma di nano-fibre usate in campo medico.

Nella pubblicazione brevettuale dal titolo “Preparation for chitosan/titanium dioxide composite material CN101210081†sono utilizzate nanoparticelle di biossido di titanio per la preparazione di membrane di chitosano.

Diversi studi sono stati realizzati sulle proprietà di pellicole a base di chitosano e di metilcellulosa ma solo recentemente si à ̈ pensato alla presenza in un'unica formulazione di entrambi questi biopolimeri per la realizzazione di pellicole. In uno studio condotto da un gruppo argentino (A. Pinotti, M.A.Garcia, M.N.Martino, N.E.Zaritzky “Study on microstructure and physical properties of composite films based on chitosan and methylcellulose†) à ̈ riportata la creazione di pellicole di chitosano, dissolto in soluzioni di acido acetico, e metilcellulosa.

Le pellicole costituite da chitosano (Wu, Zivanovic, Draughon, Conway,& Sams, 2005) risultano essere troppo rigide mentre quelle costituite da metilcellulosa (Donhowe& Fennema, 1993a, 1993b; Nisperos-Carriedo, 1994; Park, Weller, Vergano, & Testin, 1993) risultano essere molto flessibili ma poco elastiche il che provocava una facile rottura del materiale.

La miscelazione di metilcellulosa e chitosano risolve solo in parte questo problema in quanto le proprietà meccaniche in termini di flessibilità risultano ancora scarse (Garcia, Pinotti, Martino, & Zaritzky, 2004).

Le pellicole comprendenti chitosano e/o metilcellulosa ottenute con i procedimenti finora realizzati non risultano essere completamente trasparenti ed uniformi.

Inoltre le pellicole basate su chitosano e metilcellulosa descritte nella tecnica nota sono preparate sciogliendo il chitosano in soluzioni di acido acetico che impartisce sia alle soluzioni che alle pellicole un odore sgradevole (A. Pinotti, M.A.Garcia, M.N.Martino, N.E.Zaritzky, 2006).

E’ quindi molto sentita l’esigenza di nuovi procedimenti per la preparazione di pellicole non inquinanti ed ecologiche che possiedano una resistenza, un’elasticità, un’uniformità, una trasparenza e proprietà che ne permettano un utilizzo nel packaging, e che siano preferibilmente idonee anche al confezionamento di prodotti alimentari.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la preparazione di pellicole basate su metilcellulosa e chitosano, alle pellicole ottenibili mediante detto procedimento e ai loro usi.

Gli autori della presente invenzione hanno scoperto che l’aggiunta di nanoparticelle a soluzioni di chitosano e metilcellulosa come sotto descritte, permette di ottenere un ordine fibrillare, visibile al microscopio a forza atomica, delle componenti della pellicola dell’invenzione, e che lo sviluppo di tale ordine à ̈ strettamente legato al fatto che le particelle utilizzate siano di dimensioni nano- e al fatto che il protocollo di realizzazione del prodotto sia quello qui descritto. Tale ordine fibrillare conferisce al prodotto ottenibile mediante il procedimento sotto descritto, delle caratteristiche di elasticità e tenacità, che lo rendono idoneo al packaging di vari tipi di prodotti, caratteristiche, del tutto non adeguate nei prodotti simili, ma privi di nanoparticelle, descritti nello stato della tecnica.

E’ da considerare come, data la recentissima comparsa delle nanotecnologie, e data la ancor scarsa letteratura in merito, rispetto alla letteratura “non-nanotecnologica†non sia ad oggi assolutamente prevedibile quale possa essere l’effetto, e se vi possa essere un effetto tangibile, dell’utilizzo di nanoparticelle nello sviluppo di vari prodotti. Non era quindi affatto prevedibile che, seguendo il protocollo sotto indicato, si potesse ottenere un’organizzazione microfibrillare in un prodotto che, in assenza di nanoparticelle, non presenta alcuna organizzazione di tale genere come riportato negli esempi e nelle figure della presente descrizione.

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento comprendente i seguenti passaggi:

a) miscelare una soluzione di chitosano in un intervallo compreso tra lo 0.5% ed il 3% p/p e acido lattico in un intervallo compreso tra l’1% ed il 3% v/v con una soluzione idroalcolica di metilcellulosa compresa tra lo 0.5% ed il 2% p/p;

b) miscelare la soluzione ottenuta al punto a) con una soluzione di nanoparticelle in modo tale che la concentrazione finale di dette nanoparticelle sia compresa tra lo 0.5% ed il 2% p/v;

c) degassare la soluzione così ottenuta; ed

d) essiccare il prodotto ottenuto al passaggio c).

Gli autori della presente invenzione, hanno sorprendentemente scoperto che miscelando una soluzione di nanoparticelle ad una soluzione comprendente chitosano, acido lattico e metilcellulosa secondo detto procedimento sono ottenibili delle pellicole che possiedono notevoli vantaggi.

Tra i vantaggi delle pellicole ottenibili con il procedimento dell’invenzione vi sono: un aumento della resistenza/tenacità e una migliore elasticità rispetto ai prodotti a base di chitosano e metilcellulosa descritti nella tecnica nota;

una migliore omogeneità ed un notevole aumento della trasparenza delle pellicole; - quando sono utilizzate nanoparticelle idonee (es. silice, argento, allumino, ossidi di magnesio e di zinco) le pellicole dell’invenzione sono interamente biodegradabili, edibili, riproducibili, con una permeabilità ai vapori di O2e CO2idonea ad un prodotto per l’uso nel packaging (imballaggio, confezionamento) di prodotti alimentari e prive dell’odore sgradevole dovuto alla presenza di acido acetico;

-le pellicole dell’invenzione hanno anche proprietà antimicrobiche dovute alla presenza del chitosano precedentemente non sfruttabili dato che non erano noti procedimenti che permettessero la realizzazione di pellicole con le caratteristiche di resistenza ed elasticità, come quelle qui descritte, che le rendessero idonee al packaging di alimenti; Il prodotto ottenibile secondo il procedimento della presente invenzione trova applicazione nel packaging di prodotti commerciali ed in particolare nel packaging di prodotti alimentari.

Le pellicole dell’invenzione sono anche utilizzabili come alimento per animali. Sia la cellulosa che il chitosano sono commestibili, inoltre il chitosano ha ottime proprietà come ipolipemizzante (e cioà ̈ per ridurre la concentrazione di lipidi nel sangue). Tutti i ruminanti potrebbero quindi trarne nutrimento e allo stesso tempo smaltire le pellicole che comunque come già detto sono facilmente degradabili.

I vantaggi, caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FIGURE

Figura 1: La figura illustra le pellicole a base di chitosano e metilcellulosa realizzate secondo il procedimento riportato nell’articolo di Pinotti et al. Food Hydrocolloids (2007). Le pellicole risultano ancora molto gialle e poco compatte.

Figura 2: Pellicola realizzata con il procedimento dell’invenzione che prevede l’introduzione delle nanoparticelle di silice in soluzione. Le pellicole risultano molto più trasparenti.

Figura 3: Confronto delle immagini realizzate con il microscopio a forza atomica a diverse risoluzioni delle pellicole ottenute con il procedimento dell’invenzione (figura 3b) e delle pellicole ottenute con il procedimento dell’invenzione ma senza l’aggiunta di nanoparticelle di silice (figura 3a).

Come si può vedere le pellicole sintetizzate con la metodica tradizionale (figura 3a) non presentano un ordinamento particolare a livello micrometrico presente invece in quelle ottenibili con il procedimento dell’invenzione (figura 3b). Con l’introduzione delle nanoparticelle in soluzione si può notare che si ha una disposizione ordinata delle fibre all’interno delle pellicole che si auto assemblano in strutture molto ordinate e fibrillari (Figura 3b).

Figura 4: Spettri infrarossi in trasformata di Fourier (FT-IR) delle pellicole ottenute secondo il procedimento dell’invenzione. Le analisi sono state eseguite sui campioni ottenuti miscelando la soluzione contenente chitosano con la soluzione contenente metilcellulosa a diverse concentrazioni e con una concentrazione di nanoparticelle di silice dell’1 o 2% p/v. Le analisi sono state eseguite come descritto nell’esempio 5. In figura 5 sono riportati gli spettri infrarossi in trasformata di Fourier (FT-IR) ottenuti ripetendo le stesse analisi riportate in figura 4. La riproducibilità dei prodotti ottenuti mediante il procedimento dell’invenzione à ̈ rilevato dalla riproducibilità degli spettri. Figura 6: Spettri nell’ultravioletto e nel visibile delle pellicole ottenute miscelando la soluzione contenente chitosano con la soluzione contenente metilcellulosa a diverse concentrazioni. Le analisi sono state eseguite come descritto nell’esempio 6. Come si può notare l’assorbanza cresce con l’aumento della concentrazione della soluzione contenente chitosano ed à ̈ pari a zero nei campioni costituiti dalla soluzione contenente metilcellulosa.

Figura 7: In questo secondo grafico sono stati messi a confronto gli spettri di assorbanza nell’ultravioletto dei campioni con una concentrazione dal 50 al 70% di CH:MC e con una variazione della concentrazione delle NPs di silice dell’1 o 2% p/v. Come si può notare le variazioni dello spettro sono minime e dunque i campioni sono altamente riproducibili.

GLOSSARIO:

Nanoparticelle (NPs): sono comunemente definite (anche nella presente descrizione) come nanoparticelle, particelle che hanno la caratteristica di avere almeno una delle tre dimensioni di ordine nanometrico. I nanocompositi polimerici rappresentano una nuova classe di materiali, in qualche modo alternativa ai materiali compositi tradizionali. I nanocompositi polimero sono caratterizzati dalla presenza, in seno alla materice polimerica, di cariche inorganiche con dimensioni nanometriche (almeno in una dimensione) così generando dei notevoli miglioramenti delle proprietà meccaniche e delle performances. In considerazione dei legami che si instaurano fra carica e matrice, dall'intima miscelazione nanometrica, il nuovo materiale così ottenuto mostra delle eccellenti proprietà meccaniche se paragonate a quelle del polimero puro: resistenza a trazione decisamente superiore (40% d'incremento), maggiore resistenza chimica e maggiore resistenza al calore. È importante sottolineare come questi risultati si ottengano entro un range di 0,1-10% di cariche. Differentemente da altri campi delle nanotecnologie ancora in uno stato decisamente embrionale, i nanocompositi polimerici posseggono già dei campi di applicazione e sviluppi commerciali.

Soluzione di nanoparticelle ai fini della presente descrizione e per una chiara interpretazione delle rivendicazioni, si intende come “soluzione di nanoparticelle†, una soluzione in cui le nanoparticelle in essa contenute, non abbiano forme di aggregazione che le facciano uscire dalla dimensione di quello definito comunemente in letteratura come “nano†, e cioà ̈ che eventuali aggregati presenti quindi mantengano una dimensione inferiore al micron, e siano quindi comunque definibili come “nanoparticelle†.

Metilcellulosa: La metilcellulosa à ̈ una sostanza organica che deriva dall'etere di cellulosa. E' atossica, inerte, con pH stabile. Ha un indice di rifrazione (a concentrazione 1%) simile a quello lacrimale. Ha un buon effetto lubrificante. Gli eteri di cellulosa sono ottenuti dalla reazione di un alcale con gli idrossili della cellulosa stessa, usata fin dal 1945 può essere impiegata a livello di principio attivo a varie concentrazioni dallo 0,5 all’1%. A concentrazioni elevate le soluzioni contenenti metilcellulosa rallentano i processi di cicatrizzazione. Rispetto agli altri elementi umettanti, la metilcellulosa à ̈ la sostanza che più rimane in sede. Per questo à ̈ usata nei casi medio gravi di ipo-secrezione o alterazione del lipidico-mucinico.

Confezionamento: Nella presente descrizione con la parola confezionamento à ̈ definito come il procedimento adibito a contenere e a proteggere determinate merci, dalle materie prime ai prodotti finiti, a consentire la loro manipolazione e la loro consegna dal produttore al consumatore o all'utilizzatore.

Packaging: Nella presente descrizione packaging à ̈ definito come il prodotto, composto di materiali di qualsiasi natura, adibito a contenere e a proteggere determinate merci, dalle materie prime ai prodotti finiti, a consentire la loro manipolazione e la loro consegna dal produttore al consumatore o all'utilizzatore, e ad assicurare la loro presentazione, nonché gli articoli a perdere usati allo stesso scopo (art.35, lett. a), Decreto Legislativo 22/97).

% p/v: composizione percentuale della soluzione espressa come grammi di soluto per 100 ml di volume di soluzione.

% p/p: composizione percentuale della soluzione espressa come grammi di soluto per 100 g di peso di soluzione.

CH: Nella presente descrizione la parola CH indica una soluzione ottenuta sciogliendo il chitosano al 2% p/p in una soluzione di acido lattico al 2% v/v.

MC: Nella presente descrizione la parola MC indica una soluzione idroalcolica di metilcellulosa all’1% p/p.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Il procedimento oggetto dell’invenzione comprende i vari passaggi, saranno qui di seguito descritti con maggior dettaglio le possibili forme di realizzazione per ciascuno di essi.

Il primo passaggio prevede la miscelazione di due soluzioni: la prima ottenuta sciogliendo il chitosano (CH) ad una concentrazione compresa tra lo 0.5 ed il 3.0% p/p in una soluzione di acido lattico ad una concentrazione compresa tra l’1 ed il 3.0% v/v e la seconda soluzione ottenuta sciogliendo la metilcellulosa (MC) ad una concentrazione compresa tra lo 0.5 ed il 2.0% p/p in una soluzione idroalcolica. L’uso di una soluzione idroalcolica rispetto ad una soluzione acquosa migliora la solubilità della metilcellulosa e facilita la dissoluzione delle nanoparticelle. In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione la soluzione in cui à ̈ sciolta la metilcellulosa à ̈ EtOH/H2O in proporzione 1/1 v/v.

La soluzione di chitosano ed acido lattico à ̈ quindi miscelata con detta soluzione di metilcellulosa in un intervallo di proporzioni soluzione chitosano e acido lattico/soluzione di metilcellulosa compreso tra 40/60 e 80/20, le migliori proprietà sono raggiunte con pellicole ottenute miscelando le due soluzioni nelle proporzioni comprese tra 50/50 e 70/30.

In questo contesto, à ̈ stato scoperto dagli inventori, che la migliore resistenza meccanica delle pellicole si ottiene miscelando la soluzione di chitosano ed acido lattico con la soluzione di metilcellulosa in un rapporto 50/50 mentre la migliore elasticità à ̈ stata ottenuta con un rapporto 70/30. Le proporzioni ottimali cui miscelare le due soluzioni sono state determinate miscelandole secondo diverse proporzioni (soluzione chitosano e acido lattico/soluzione di metilcellulosa 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70, 20:80, 10:90, 100:0) ed analizzando le pellicole ottenute come descritto negli esempi.

Sulla base dei risultati descritti negli esempi il tecnico del settore potrà senza attività inventiva determinare la proporzione cui miscelare le due soluzioni per ottenere delle pellicole con le proprietà desiderate e saprà anche preparare tali soluzioni che sono alla portata di un tecnico di laboratorio. Alternativamente, potranno essere utilizzate soluzioni commerciali.

A differenza di quanto descritto in letteratura, in cui à ̈ utilizzato l’acido acetico con chitosano e metilcellulosa, l’assenza di acido acetico elimina il fastidio dell’odore sgradevole e pungente nel prodotto dell’invenzione. Questo (unitamente alle caratteristiche di elasticità e tenacità del prodotto dell’invenzione, essenziali per un utilizzo di quest’ultimo nel packaging di prodotti alimentari e non), permette di ottenere almeno due vantaggi, il primo, à ̈ che si possono confezionare, con il prodotto dell’’invenzione, anche sostanze aromatiche, aromatizzate, profumate, senza danneggiare tale aroma o profumo (ad esempio fiori, caramelle, spezie, ed alimenti il cui profumo à ̈ una caratteristica fondamentale per un commercio efficace di tale prodotto), il secondo, risiede nel fatto che l’assenza di tale odore, non farà rifiutare il prodotto qui descritto quando utilizzato come alimento o come componente di alimento ad uso animale.

Il secondo passaggio si effettua una volta miscelate le due soluzioni come indicato al primo passaggio.

Una volta effettuato il primo passaggio, si miscela una soluzione di nanoparticelle ad una concentrazione finale compresa in un intervallo tra lo 0.5 ed il 2% p/v rispetto alla soluzione totale.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione le nanoparticelle non aggregate miscelate, sono utilizzate in quantità tale da raggiungere una concentrazione finale dell’1% p/v.

Tale soluzione potrà essere preparata appositamente oppure potranno essere utilizzate senza limitazioni, soluzioni di nanoparticelle disponibili in commercio. Un esempio non limitativo di soluzioni di nanoparticelle disponibili in commercio à ̈ rappresentato dalla soluzione colloidale di nanoparticelle di silice Ludox. Nel procedimento dell’invenzione potrà essere miscelata la soluzione colloidale di silice Ludox, disponibile commercialmente ad una concentrazione del 40% p/v, con la soluzione di chitosano e metilcellulosa precedentemente descritta, in modo da ottenere una concentrazione finale di nanoparticelle compresa in un intervallo tra lo 0.5 ed il 2% p/v rispetto alla soluzione totale.

E’ fondamentale per la realizzazione dell’invenzione, che le soluzioni utilizzate siano come definite nel glossario, e che cioà ̈ non contengano aggregati che abbiano dimensioni superiori a quanto definito in letteratura come “nano†. La presenza di tali aggregati ha infatti l’effetto di cambiare le dimensioni del contenuto della soluzione passando dalla dimensione nano- ad una dimensione anche solamente micro- ma sufficiente a impedire la realizzazione del prodotto qui descritto. Potranno ad esempio essere utilizzate soluzioni colloidali a varie percentuali, come, ad esempio, quelle utilizzate negli esempi pratici sotto riportati. E’ chiaro che, dati i valori percentuali finali desiderati, il tecnico del settore saprà dosare, senza alcuna difficoltà, la quantità di soluzione di nanoparticelle da utilizzare per realizzare l’invenzione. Aggiungendo le nanoparticelle di silice a tale concentrazione le pellicole ottenibili con il procedimento dell’invenzione hanno le migliori proprietà in termini di resistenza e tenacità.

Le nanoparticelle utilizzabili nella realizzazione della presente invenzione possono essere selezionate nel gruppo comprendente silice, argento, allumino, ossidi di magnesio e di zinco.

In una forma particolare dell’invenzione, in cui la pellicola sia adibita ad uso di packaging alimentare, tali nanoparticelle devono essere dei materiali riconosciuti come idonei dalle autorità competenti (es. FDA). Tra questi materiali, la silice, l’ossido di magnesio, l’argento, l’ossido di silicio, l’ossido di zinco, l’alluminio sono riconosciuti idonei come additivi alimentari dalle autorità competenti. Qualora altri materiali dovessero essere ritenuti idonei, o qualora materiali attualmente ritenuti idonei dovessero in seguito essere vietati, à ̈ chiaro che quanto qui descritto potrà essere adattato alle normative vigenti utilizzando materiali disponibili in commercio senza necessità alcuna di attività inventiva.

Un discorso analogo si può effettuare per qualsiasi forma di realizzazione (ad esempio utilizzo nella preparazione di mangimi animali, di sacchetti per contenere alimenti o meno, di sacchi della spazzatura, di involucri per materiale medico monouso e per qualsiasi altro utilizzo della pellicola dell’invenzione).

E’ chiaro che, per un’ottimizzazione dell’uso del prodotto qui descritto, dalla produzione allo smaltimento finale, à ̈ particolarmente vantaggioso l’uso di soluzioni di nanoparticelle idonee a tutte le forme di realizzazione previste, quali possono essere, ad esempio, soluzioni di nanoparticelle di silice, di argento, allumino, ossido di magnesio e di zinco.

In una forma di realizzazione dell’invenzione potranno essere usate soluzioni di nanoparticelle di alluminio, di ossido di magnesio o di zinco. Queste nanoparticelle risultano molto efficaci per la distruzione di microrganismi, la loro presenza nelle pellicole ottenute con il procedimento dell’invenzione determina quindi un incremento dell’azione antibatterica dovuta alla presenza del chitosano.

Le pellicole ottenute potranno essere usate vantaggiosamente per il confezionamento di frutta, verdura e altri prodotti alimentari che non dovranno essere quindi necessariamente trattati con antimicrobici prima del confezionamento in quanto a contatto con le pellicole saranno protetti dai microrganismi.

In una forma di realizzazione dell’invenzione potranno essere usate soluzioni di nanoparticelle di argento. Le pellicole ottenute usando queste nanoparticelle sono in grado di assorbire l’etilene normalmente liberato dai vegetali e deputato alla loro maturazione. Aumentando o diminuendo la concentrazione di nanoparticelle di argento nel procedimento oggetto dell’invenzione à ̈ quindi possibile diminuire o aumentare la velocità di maturazione del vegetale dopo essere stato confezionato, questa caratteristica risulta vantaggiosa in quanto permette di modulare la velocità di maturazione dei vegetali dopo il loro confezionamento in base al percorso che questi dovranno compiere prima di essere venduti al consumatore finale.

La necessità di utilizzare quelle che sono qui definite come “soluzioni di nanoparticelle†à ̈ basata su dati sperimentali riportati negli esempi. Negli esperimenti effettuati per la realizzazione di questo altro passaggio fondamentale, inizialmente sono state utilizzate nanoparticelle solide “solubilizzate†in EtOH. Tuttavia, l’utilizzo di tali nanoparticelle non ha permesso la realizzazione del prodotto desiderato in quanto, come successivamente verificato mediante misurazione con light scattering, le particelle si aggregavano in soluzione raggiungendo delle dimensioni intorno al micron. Tale comportamento delle particelle, non ha permesso quindi di realizzare la pellicola voluta.

Nonostante i dati iniziali negativi, gli inventori, hanno sorprendentemente scoperto che, utilizzando soluzioni di nanoparticelle come definite nel glossario, invece della solubilizzazione utilizzata inizialmente, e diluendole ad una concentrazione finale compresa tra lo 0.5 ed il 2% p/v nella soluzione chitosano-acido lattico/metilcellulosa, le dimensioni nanometriche di quanto contenuto nella “soluzione di nanoparticelle†(dato verificato mediante light scattering in cui le dimensioni rilevate per le nanoparticelle in detta soluzione erano di circa 23 nm) conferiva al prodotto finale un’organizzazione in microfibre osservata per la prima volta nel prodotto ottenuto secondo i procedimenti rivendicati nella presente descrizione.

Una volta che le particelle sono disperse omogeneamente nella soluzione risultante dalla miscelazione sopra descritta, si esegue il terzo passaggio che consiste nell’eliminazione dell’aria, presente nella miscela. Tale passaggio, che ha la funzione di rimuovere eventuali bolle dalla miscela, che porterebbero alla realizzazione di una pellicola difettosa non omogenea, può essere realizzato in modo non limitato, ad esempio mediante passaggio in un bagno ad ultrasuoni o mediante centrifugazione. Qualsiasi metodo noto al tecnico del settore che permetta la rimozione dei gas dalla miscela dell’invenzione, à ̈ ovviamente attuabile senza alcun apporto di attività inventiva.

Eliminata l’aria dalla soluzione, si procede con il quarto passaggio che consiste nella realizzazione della pellicola partendo dalla soluzione, tale realizzazione, può essere realizzata mediante la deposizione della soluzione su lamine (ad esempio in alluminio) cui fa seguito una fase di evaporazione del solvente. Questa fase può essere realizzata, in modo non limitativo, ad esempio mediante essiccamento in forno ventilato fino ad ottenere delle pellicole con uno spessore dell’ordine del mm che possono essere adeguatamente rimosse dalle lamine. La fase di essiccamento potrà essere effettuata in forno ventilato ad una temperatura compresa tra i 50°-70°C per un tempo di 2-4 ore. In una forma di realizzazione dell’invenzione la fase di essiccamento sarà effettuata in forno ventilato ad una temperatura di circa 60°C per una durata di circa 3h.

Le pellicole ottenute con il procedimento dell’invenzione sono state analizzate mediante varie tecniche come descritto negli esempi. Mediante queste analisi sono state valutate le proprietà dei prodotti ottenuti, le proporzioni ottimali cui miscelare la soluzione di chitosano/acido lattico con la soluzione di metilcellulosa e le concentrazioni ottimali di nanoparticelle da usare.

È stato eseguito il test di umidità all’equilibrio come riportato nell’esempio 2 in modo da valutare il contenuto di acqua delle pellicole ottenute miscelando la soluzione di chitosano/acido lattico con la soluzione di metilcellulosa a diverse concentrazioni dallo 0 al 100%. I risultati mostrano che le pellicole che presentano una maggiore concentrazione di CH sono quelli che contengono una maggiore quantità di umidità all’equilibrio a concentrazioni minori di CH40 si hanno dei bassi valori di ECM%.

È stato eseguito il test di solubilità come riportato nell’esempio 3 per valutare il contenuto di acqua delle pellicole ottenute miscelando la soluzione di chitosano/acido lattico con la soluzione di metilcellulosa a diverse concentrazioni comprese nell’intervallo dallo 0 al 100%. È stata determinata una solubilità media di circa il 75% indicando che le pellicole ottenute con detti procedimenti sono altamente biodegradabili. Inoltre i risultati mostrano che le pellicole ottenute con il procedimento secondo l’invenzione hanno un notevole incremento della solubilità (dal 70 al 90%) rispetto alla metodica tradizionale in cui la solubilità varia dal 9 al 98% come riportato nell’articolo di Pinotti et al. Food Hydrocolloids 2007.

Sono stati analizzati gli spettri delle pellicole ottenute tramite spettrofotometria infrarossa in trasformata di Fourier (FT-IR) e spettrofotometria UV (rispettivamente esempio 5 e 6) per valutare la riproducibilità dei campioni e i cambiamenti negli spettri in seguito a variazioni della concentrazione di CH e MC e della quantità di nanoparticelle di silice. Le analisi sono state eseguite sui campioni con una concentrazione di CH:MC dal 50 al 70% e con una concentrazione di nano particelle di silice dell’ 1 o 2% p/v. I risultati sono stati altamente riproducibili.

Un’ulteriore prova che à ̈ stata eseguita à ̈ quella al permeabilimetro (esempio 7) in modo da monitorare la permeabilità a vapori di O2e CO2. Si à ̈ visto che le pellicole ottenute sono porose ed i valori di permeabilità sono comparabili ai valori delle pellicole normalmente utilizzate per il confezionamento di frutta e verdura.

Per valutare la resistenza meccanica dei campioni sono state realizzate delle misure al dinamometro dei campioni come riportato nell’esempio 8. Durante tali misure il campione à ̈ stato sottoposto a delle forze comprese tra i 5 kg ed i 25 kg utilizzando la cella di carico corrispondente in modo da misurarne la tenacità; inoltre à ̈ stata eseguita una corsa del pistone oltre 30 mm dal piano del campione per valutarne l’estensibilità. I risultati sono stati strabilianti in quanto le misure hanno riportato dei valori medi di tenacità per campioni CH 50, 60, 70 senza nanoparticelle di 5000g arrivando fino a una media di 13000g per gli stessi campioni ottenuti però con l’aggiunta di nanoparticelle in soluzione con un’estensibilità espressa in percentuale pari a 30. Tale dato à ̈ considerato di sicuro interesse applicativo, in quanto grazie ad una modifica di processo nella formulazione gli inventori sono riusciti ad ottenere una tenacità circa tre volte superiore a quella delle pellicole finora create.

Per conoscere la conformazione superficiale del campione à ̈ stata utilizzata una microscopia altamente all’avanguardia nel campo delle nanotecnologie e in particolare il microscopio a forza atomica (AFM) grazie al quale à ̈ stato possibile rivelare come si organizzino tali materiali a livello molecolare. Si à ̈ notato come nei materiali prodotti con le nanoparticelle si abbia una disposizione altamente ordinata in fibre parallele del campione e si pensa che l’elevata resistenza meccanica ottenuta sia dovuta proprio a questa disposizione a livello nano, disposizione peraltro non presente nelle pellicole finora conosciute.

Tenendo in considerazione tutte le possibili forme di realizzazione del metodo sopra indicate e la possibilità di selezionare la soluzione di nanoparticelle in base all’utilizzo che si intende fare della pellicola dell’invenzione (es. silice idonea per tutto), il tecnico del settore potrà realizzare la pellicola dell’invenzione nelle presenti forme: sacchetto per alimenti, sacchetto per la spesa, sacco della spazzatura, rotolo di pellicola per alimenti, involucro per il confezionamento di prodotti alimentari, involucro per il confezionamento di prodotti medici monouso e non, involucro per il confezionamento di abiti, involucro per il confeziamento di fiori e piante.

Sono forniti, sia nella descrizione dettagliata che negli esempi sotto sufficienti dati sulla composizione e le caratteristiche delle pellicole (es: rapporto chitosano metilcellulosa e relativa elasticità e tenacità) che permettono al tecnico del settore di scegliere, in maniera del tutto ovvia, quale rapporto tra queste due componenti sia il più idoneo alla forma di realizzazione prescelta. Anche un intervento sullo spessore della pellicola potrà contribuire ad aumentarne la resistenza meccanica quando necessario.

In una forma di realizzazione le pellicole dell’invenzione potranno essere utilizzate come sacchetti per la conservazione di prodotti alimentari. I prodotti alimentari idonei ad essere conservati in detti sacchetti sono ad esempio frutta, verdura, pane, pasta, salumi, formaggi, carne, pesce e uova.

Nel caso di frutta e verdura, che minimamente trattati sono prodotti vivi, hanno bisogno di ossigeno per mantenere nel tempo la loro qualità se l’ossigeno à ̈ al di sotto di un valore soglia la respirazione del prodotto da aerobia diventa anaerobia e, conseguentemente, si formano odori e sapori sgradevoli. I valori di permeabilità all’ossigeno e all’anidride carbonica riportati negli esempi mostrano che man mano che diminuisce la concentrazione della soluzione di chitosano rispetto a quella di metilcellulosa aumenta la permeabilità a questi gas. Il tecnico del settore sarà quindi in grado di scegliere, in maniera del tutto ovvia, quale rapporto tra queste due componenti sia il più idoneo a questa forma di realizzazione.

In una forma di realizzazione le pellicole dell’invenzione potranno essere utilizzate come sacchetti per la spesa, per la spazzatura od il trasporto di altri oggetti. In questa forma la soluzione di chitosano ed acido lattico con la soluzione di metilcellulosa potrà essere ad esempio miscelata in un rapporto 50/50 in cui come mostrato negli esempi si ha la più alta resistenza.

Le pellicole potranno essere realizzate sia come sacchetti singoli sia come rotolo di pellicola.

Le proprietà delle pellicole riportate nella presente descrizione e il procedimento dell’invenzione rendono il loro uso ideale per il confezionamento di prodotti alimentari. Un involucro trasparente rende accattivante il contenuto, garantisce la protezione da polvere e agenti esterni e consente, grazie alla sua duttilità, l’adattamento a tutte le forme, à ̈ resistente all’acqua e all’attacco dei microrganismi. In particolare l’uso di nanoparticelle di silice offre la possibilità di incorporare nella formulazione delle nanoparticelle sostanze nutrienti per l’organismo o sostanze che possono essere utilizzate come vere e proprie forme di rilascio controllato per favorire la conservazione dell’alimento ed evitarne al contempo la contaminazione esterna.

In una forma di realizzazione le pellicole dell’invenzione potranno essere utilizzate per il confezionamento di abiti o prodotti medici monouso e non quali ad esempio aghi, siringhe, bisturi, etc.. Poiché queste forme di realizzazione necessitano di una maggiore rigidità tale scopo potrà essere raggiunto con una realizzazione di pellicole multistrato.

In una forma di realizzazione le pellicole dell’invenzione potranno essere usate per il confezionamento di sostanze aromatiche, aromatizzate, profumate, senza danneggiare tale aroma o profumo (ad esempio fiori, caramelle, spezie, ed alimenti il cui profumo à ̈ una caratteristica fondamentale per un commercio efficace di tale prodotto) essendo stato usato nel procedimento, come descritto in dettaglio precedentemente nella presente descrizione dettagliata, l’acido lattico e non l’acido acetico.

In un’ulteriore forma di realizzazione, le pellicole dell’invenzione, in qualsiasi loro forma di realizzazione, potranno essere utilizzate sia come primo ed unico utilizzo che a seguito di raccolta, come componenti di mangimi animali, erbivori e non, data la loro duplice azione (metilcellulosa come fonte alimentare per gli erbivori ruminanti che possiedono gli enzimi necessari a metabolizzarla, chitosano come ipolipidemizzante). Ad esempio, il prodotto come qui descritto, potrà essere raccolto in appositi centri e utilizzato per la preparazione di mangimi animali, frazionandolo, polverizzandolo e miscelandolo ad altri alimenti o potrà essere invece miscelato all’acqua o a liquidi somministrati agli animali per via orale. Potrà essere quindi realizzato sotto forma di integratore da somministrare con acqua o altri liquidi idonei, o potrà essere compreso in mangimi animali unitamente ad alimenti ed eccipienti normalmente utilizzati per la preparazione di tali mangimi. Le pellicole dell’invenzione usate come integratore alimentare potranno incorporare all’interno delle nanoparticelle delle sostanze nutraceutiche quali ad esempio lattoferrina e prodotti siero derivati.

Ovviamente, potrà essere utilizzato per la preparazione degli integratori o dei mangimi come sopra descritto, insieme o invece del prodotto recuperato, del prodotto dell’invenzione nuovo, realizzato esclusivamente a tale scopo.

ESEMPI

La presente descrizione sarà ora ulteriormente illustrata mediante i seguenti esempi, ma non sarà in alcun modo ad essi limitata.

1 Protocollo dettagliato preparazione delle pellicole.

Metilcellulosa commerciale MC (viscosità 2% soluzione in acqua, 3000-5600 cP), à ̈ stata acquistata da Acros Organics. Chitosano commerciale CH da crab shells con un grado di deacetilazione maggiore all’85% acquistato da Acros Organics. Soluzioni di CH al 2% e di MC all’1% sono state preparate. La soluzione di MC all’1% (p/p) à ̈ stata ottenuta sciogliendo la MC in una soluzione di EtOH/H2O 1:1 v/v, utilizzando etanolo assoluto (Carlo Erba) ed acqua MilliQ, e lasciata in agitazione a 80°C per 12 h. Il CH al 2% (p/p) à ̈ stato solubilizzato in una soluzione di acido lattico al 2% (v/v) e lasciato in agitazione a Temperatura ambiente per 4 ore circa. Le soluzioni sono state miscelate secondo diverse proporzioni (CH:MC 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, 30:70, 20:80, 10:90, 100:0). Dopo 10’ di agitazione sono state addizionate alle varie soluzioni le nanoparticelle di silice in soluzione (LUDOX nano particelle al 40% p/v, Sigma aldrich) ad una concentrazione finale dell’1% p/v. È stato lasciato tutto in agitazione per un’ora dopodiché si à ̈ proceduto con la fase di estrusione dell’aria mediante bagno ad ultrasuoni con funzione degassante e mediante centrifugazione a 4500 rpm. Per ottenere le pellicole 80 ml di ciascuna soluzione sono stati versati in vaschette di alluminio di dimensioni 20x10 cm. Le soluzioni sono state portate a secchezza in un forno ventilato a 60°C per 3 h circa. Le pellicole sono state conservate in lamine di alluminio a temperatura ambiente per misurarne le proprietà come descritto negli esempi successivi.

2 Determinazione del contenuto di umidità all’equilibrio (ECM)

Il contenuto di acqua delle pellicole prodotte come riportato nell’esempio 1 à ̈ stato determinato misurando la perdita di peso delle pellicole dopo asciugatura in un forno a 110°C fino a peso costante. I campioni sono stati analizzati in duplicato. Il contenuto di umidità percentuale à ̈ stato calcolato con la seguente formula:

ECM % = (Peso iniziale del campione/peso secco del campione -1)x100

Tabella 1 Contenuto di umidità all’equilibrio (ECM).

CAMPIONE ECM% ECM%

Conc. CH 1A SERIE 2A SERIE

CH100 16,76 19,48

CH90 14,13 16

CH80 14,53 16,66

CH70 13,57 14,96

CH60 13,37 13,85

CH50 9,48 14,37

CH40 11,94 11,35

CH30 5,85 9,9

CH20 7,52 8,14

CH10 4 7,19

MC100 5,5 6,69

Come si può notare dai risultati le pellicole che presentano una maggiore concentrazione di CH sono quelli che contengono una maggiore quantità di umidità all’equilibrio a concentrazioni minori di CH40 si hanno dei bassi valori di ECM%.

3 Determinazione della solubilità.

La solubilità delle pellicole prodotte come riportato nell’esempio 1 à ̈ stata determinata come riportato di seguito: le pellicole sono state tagliate in campioni delle dimensioni di 2x3 cm e posti in essiccatore con gel di silice per 7 giorni. I campioni sono stati singolarmente pesati e quindi messi in un becker contenente 80 ml di acqua deionizzata. I campioni sono stati agitati a 200 rpm per 1 h a temperatura ambiente. Quindi sono stati filtrati, raccolti i pezzi residui e asciugati in forno a 60°C fino a peso costante. I campioni sono stati analizzati in triplicato. La percentuale di solubilità à ̈ stata calcolata:

Solubilità% =[(Peso secco iniziale–Peso secco finale)/Peso secco iniziale]x100

CAMPIONE SOLUBILITA% SOLUBILITA %

Conc. CH 1A SERIE 2A SERIE

CH10 82,29 85,86

CH20 70,12 75,19

CH30 77,73 73,77

CH40 88,44 75,67

CH50 75,27 79,33

CH60 86,05 73,5

CH70 74,3 77,77

CH80 84,73 76,86

CH90 90,2 71,67

CH100 80,41 79,96

Come si può notare dai risultati le pellicole sintetizzate con il procedimento dell’esempio 1 hanno un notevole incremento della solubilità (dal 70 al 90%) rispetto alla metodica tradizionale riportata in Pinotti et al. Food Hydrocolloids 2007 (dove varia dal 9 al 98%)

4 Analisi al microscopio a forza atomica (AFM).

Campioni di 1x1 cm di pellicole prodotte come riportato nell’esempio 1 sono state analizzate al microscopio a forza atomica (AFM). Le analisi sono state effettuate con la strumentazione AFM (NT-MDT) utilizzando la piattaforma NTEGRA probe nanolaboratory. Le immagini sono state elaborate tramite software WSxM 4.0. Le immagini così ottenute (Figura 3b) sono state confrontate con le immagini ottenute analizzando le pellicole ottenute con la stessa metodica senza l’aggiunta di nano particelle (Figura 3a).

Immagini delle pellicole sintetizzate con la metodica tradizionale a diverse risoluzioni mediante AFM. Come si può vedere pellicole sintetizzate con la metodica tradizionale non presentano un ordinamento particolare a livello micrometrico. Immagini AFM dei films sintetizzati con la modifica di processo, con l’introduzione delle nanoparticelle in soluzione. Come si può notare si ha una disposizione ordinata delle fibre all’interno dei films che sia autoassemblano in strutture altamente ordinate e fibrillari.

5 Analisi in spettrofotometria infrarosso in trasformata di Fourier (FT-IR).

Lo spettrofotometro infrarosso in trasformata di Fourier Nicolet Nexus (FT-IR) à ̈ stato utilizzato per analizzare i gruppi funzionali delle pellicole in modo da determinare le possibili interazioni tra CH e MC in sistemi compositi. I campioni sono stati analizzati tra 400 e 4000 cm<-1>nel MIR e tra 8000 e 4000 cm<-1>nel NIR. Nel MIR essendo i campioni troppo spessi si aveva una saturazione del segnale e per tale motivo le analisi sono state effettuate nel NIR da 8000 a 4000 cm<-1>. Le analisi sono state eseguite sui campioni con una concentrazione di CH:MC dal 50 al 70% e con una concentrazione di nano particelle di silice dell’1 o 2%. Come si può notare le analisi sono state effettuate in doppio e gli spettri sono riproducibili. Le variazioni nell’altezza del segnale sono dovute alla diversa concentrazione di CH e MC e dallo spessore delle pellicole ma i picchi caratteristici sono costanti.

6 Analisi spettrofotometria UV e visibile

Lo spettrofotometro UV-visibile Nicolet Evolution 300 à ̈ stato utilizzato per analizzare le modifiche UV in base alla variazione di concentrazione del chitosano per monitorare possibili modifiche nella formulazione. I campioni senza nanoparticelle di tutte le concentrazioni sono stati misurati in assorbanza con una lunghezza d’onda da 200 a 800 nm. Come si può notare l’assorbanza cresce con l’aumento della concentrazione di CH ed à ̈ pari a zero nei campioni costituiti dalla soluzione di MC 100. In questo secondo grafico sono stati messi a confronto gli spettri UV dei campioni con una concentrazione dal 50 al 70% di CH:MC e con una variazione della concentrazione delle NPs dell’1 e 2%. Come si può notare le variazioni dello spettro sono minime e dunque i campioni sono altamente riproducibili.

7 Permeabilità all’ O2 e alla CO2

Sono state eseguite delle misure della permeabilità dei campioni (10x10cm) all’ O2 e alla CO2 tramite permeabilimetro PBI- dansensor L100-5000. Le misure sono state ottenute sottoponendo i campioni a gas di O2 e CO2, si à ̈ notato un comportamento poco stabile dei campioni in seguito alla loro asciugatura con tali gas. I risultati ottenuti dopo un flusso di gas di O2 sono i seguenti da cui si può notare un film meno permeabile man mano che aumenta la concentrazione delle nanoparticelle e man mano che diminuisce la concentrazione di chitosano.

CH 60 CH 60 CH 50 CH 50

Analisi gas Condizioni N1 N2 N1 N2

cm<3>/m<2>*24h*atm

O2TR 23°C 50 45 35 30

Per quanto riguarda le analisi di permeabilità alla CO2 si può notare un dimezzamento della permeabilità delle pellicole con l’aggiunta di nanoparticelle al 2%. Questo può essere dovuto al fatto che le nanoparticelle a questa concentrazione si aggregano e quindi i materiali si comportano come materiali massivi e non come nano materiali portando ad una minore permeabilità ai gas.

Analisi gas Condizioni CH60 N1 CH 60 N2

CO2TR cm<3>/m<2>*24h*atm 23°C 800 400

8. Proprietà meccaniche

Le proprietà meccaniche sono state misurate tramite dinamometro (TA-XT2i Texture Analyser) montando su di esso una cella di carico di 25 kg e sottoponendo i campioni fissati su un supporto (delle dimensioni di 10x10 cm) ad una forza per mezzo di una sonda sferica (r=1cm) che scendeva progressivamente sul campione con una velocità di 1mm/s. Tramite exponent software vengono automaticamente registrate le curve di forza (g) in funzione del tempo misurando la tenacità (g), l’estensibilità% in funzione del cammino (30mm) e l’area sottesa alla curva (g.s).

Test ID Tenacità Estensibilità Area

G % g.s

CH90 3.969,13 30 39.194

CH80 4.973,56 30 49.318

CH70 4.507,83 30 49.044

CH60 5.202,68 30 55.851

CH50 5.938,98 26,14 59.296

CH40 5.917,35 23,65 55.715

Tabella delle analisi al dinamometro dei campioni sintetizzati senza nanoparticelle con concentrazioni di soluzioni CH:MC dal 90 al 40%. Come si può notare i campioni dal CH 90 al CH 60 si sono dimostrati i più elastici in quanto à ̈ stato possibile estenderli di 30 mm senza creargli una frattura, mentre le pellicole CH50 e CH40 si sono dimostrate meno estensibili (si sono rotti in seguito alla sollecitazione) ma allo stesso tempo si sono dimostrate molto più tenaci in quanto più rigide e resistenti. Si noti che in questo caso la cella di carico applicata à ̈ stata di 5 kg.

Test ID Tenacità Estensibilità Area

G % g.s

CH40 NPs1 9.678,89 25,81 89.057

CH50 NPs1 11.858,62 28,67 121.455

CH60 NPs1 10.711,01 30 114.152

CH70 NPs1 10.445,70 30 104.314

CH80 NPs1 5.885,37 29,83 56.540

CH90 NPs1 5.867,64 29,58 54.030

CH40 NPs2 7.975,38 24,3 74.883

CH50 NPs2 12.814,40 30 142.921

CH60 NPs2 12.063,53 29,91 130.783

CH70 NPs2 12.364,44 29,99 138.794

CH80 NPs2 10.077,98 29,98 99.008

CH90 NPs2 9.175,54 30 91.592

Tabella delle analisi eseguite al dinamometro usando le pellicole ottenute con concentrazioni delle soluzioni CH:MC dal 40 al 90 % e con concentrazioni di nano particelle solide dell’1 o 2% v/v. La cella di carico stavolta à ̈ di 25 kg in quanto a 5 kg i films resistono tutti. Si noti in questo caso che si ha un notevole aumento della tenacità dei campioni con concentrazione da CH 50 a 70 per valori intorno ai 10000 g per campioni con NPs all’1% p/v e 12000g per campioni con NPs al 2% p/v quindi con un raddoppiamento della tenacità di tali materiali in seguito all’introduzione delle nano particelle.

Da misure al light scattering si à ̈ notato però che tali particelle tendevano ad aggregarsi e che le soluzioni non rimanevano stabili creando degli aggregati di particelle anche nelle pellicole visibili anche ad occhio nudo e che impartivano alla soluzione un’opalescenza che si riproduceva anche nel film finale. Per tale motivo si à ̈ scelto di utilizzare delle nanoparticelle in soluzione acquosa (ludox) per una concentrazione pari all’1 o 2% in peso del films. Tali concentrazioni sono state scelte in quanto le massime ammesse dalla FDA per la silice quando utilizzata come additivo negli alimenti.

Test ID Tenacità Estensibilità Area

g % g.s

CH50 N1 13.876,29 30 153.324

CH60 N1 13.205,06 30 139.063

CH70 N1 13.325,53 30 141.611

CH50 N2 12.425,07 26,14 125.705

CH60 N2 11.084,57 30 122.424

CH70 N2 13.077,98 29,93 138.196

Con tali misura si può notare come si sia arrivati a campioni molto resistenti, estensibili e tenaci con le NPs di silice in soluzione arrivando a dei valori medi superiori ai 13000 g per films con concentrazioni di CH:MC dal 50 al 70% e NPs all’1% e di 12000 g per campioni con NPs al 2%. Dunque si à ̈ stabilito che questa sia la migliore metodica che porta ad un incremento delle proprietà meccaniche dei films di quasi 3 volte aumentandone al contempo anche la trasparenza.

9. Analisi statistiche

Le analisi statistiche sono state condotte tramite programma JMP di SAS. Il piano sperimentale ha previsto le variabili rappresentate dalla percentuale di chitosano da 0 a 100%, dall’impiego di una percentuale di 1-2% di nanoparticelle e dalla valutazione di tempi e procedure diverse di trattamento termico in stufa.

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Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la preparazione di pellicole comprendente i seguenti passaggi: a) preparare una soluzione di chitosano in un intervallo compreso tra lo 0.5% ed il 3% p/p e acido lattico in un intervallo compreso tra l’1% ed il 3% v/v e miscelare la soluzione di chitosano e acido lattico così ottenuta con una soluzione idroalcolica di metilcellulosa in un intervallo compreso tra lo 0.5% ed il 2% p/p; b) miscelare la soluzione di chitosano ed acido lattico ottenuta al punto a) con una soluzione di nanoparticelle ad una concentrazione finale di dette nanoparticelle compresa tra lo 0.5% ed il 2% p/v; c) degassare la soluzione così ottenuta; ed d) essiccare il prodotto ottenuto al passaggio c).
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui detta soluzione di chitosano ed acido lattico à ̈ al 2% p/p di chitosano e al 2% v/v di acido lattico e detta soluzione di metilcellulosa à ̈ all’1% p/p.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui la soluzione ottenuta al punto a) à ̈ miscelata con una soluzione di nanoparticelle ad una concentrazione finale di dette nanoparticelle sia all’1% p/v.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3 in cui detta soluzione di chitosano ed acido lattico à ̈ miscelata con detta soluzione di metilcellulosa in un intervallo di proporzioni soluzione chitosano e acido lattico/soluzione di metilcellulosa compreso tra 40/60 e 80/20.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4 in cui dette proporzioni sono: 50/50, 51/49; 52/48; 53/47; 54/46; 55/45; 56/44; 57/43; 58/42; 59/41; 60/40, 61/39; 62/38; 63/37; 64/36; 65/35; 66/34; 67/33; 68/32; 69/31; 70/30.
6. 6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 in cui detta soluzione di nanoparticelle à ̈ scelta nel gruppo comprendente soluzioni di nanoparticelle in silice, argento, allumino, ossido di magnesio e/o ossido di zinco.
7. 7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6 in cui il prodotto ottenuto al passaggio c) Ã ̈ essiccato ad una temperatura compresa tra 50 e 70°C.
8. 8. Pellicola ottenibile secondo il procedimento di una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7.
9. 9. Pellicola secondo la rivendicazione 8, avente una resistenza meccanica tra 5000 e 14000 g.
10. 10. Pellicola secondo la rivendicazione 8 o 9 in forma di sacchetto per alimenti, sacchetto per la spesa, sacco della spazzatura, rotolo di pellicola per avvolgere o confezionare alimenti, involucro per il confezionamento di prodotti alimentari, involucro per il confezionamento di prodotti o mezzi medici monouso e non, involucro per il confezionamento di abiti,
11. 11. Uso della pellicola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 -10 nel confezionamento di prodotti alimentari.
12. 12. Mangime per animali comprendente la pellicola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10.
13. 13. Integratore alimentare per animali comprendente la pellicola secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10.