Strumentazione utilizzata

4.3.1 Miscelatore Discontinuo Brabender

Per la preparazione dei compositi è stato utilizzato un miscelatore discontinuo (Brabender Plastograph EC) presso l‟istituto IPCF-CNR, Area delle Ricerche di Pisa. Lo strumento è composto da una camera di miscelazione avente capienza massima di 30 cc costituita da tre blocchi metallici. All‟interno della camera sono presenti due rotori metallici responsabili della miscelazione. La temperatura è regolata da tre termostati indipendenti per le tre parti della camera di miscelazione. È inoltre presente un regolatore di velocità per i rotori metallici e una tramoggia per l‟introduzione dei materiali.

La miscelazione è stata eseguita utilizzando 30 grammi di materiale, ad una temperatura di 180°C e una velocità di miscelazione di 50 rpm con un tempo di miscelazione di 10 minuti.

Figura 57 Brabender Plastograph EC

4.3.2 Preparazione film mediante pressofusione

La pressa Carver PG7, modello 3851CE è stata utilizzata per la produzione dei film polimerici.

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Sono stati preparati film utilizzando i campioni da analizzare facendo attenzione che i film siano i più omogenei possibili, con uno spessore compreso tra i 200 e i 300 µm.

I campioni sono stati poi condizionati ponendoli in un contenitore sigillato la cui atmosfera è stata condizionata utilizzando una soluzione contenente 127 grammi di solfato di calcio in 100 ml di acqua, in un contenitore aperto. In questo modo si ottiene un‟atmosfera con circa il 50% di umidità, in modo da avere dei campioni in condizioni omogenee.

I granuli dei campioni sono stati pressati ad una temperatura di 180°C per un tempo di circa 1 minuto applicando una pressione di 0,3-0,5 tonnellate.

4.3.3 Analisi calorimetrica differenziale a scansione (DSC)

Le analisi di calorimetria a scansione differenziale (DSC) sono state effettuate presso l‟istituto IPCF-CNR, Area delle Ricerche di Pisa utilizzando uno strumento SEIKO modello Exstar DSC 7020 su quantità di campione tra 5 e 10 milligrammi. Le misure sono state effettuate in atmosfera di azoto, con un flusso di 30 ml/min. Nei tracciati calorimetrici si riporta sull‟ascissa la t e sull‟ordinata il flusso di calore.

Il flusso di calore (HF) è espresso come:

HF=m∙Cp(T)∙β

dove m è la massa del campione in grammi, Cp(T) è il calore specifico espresso in J/g°C e β è la velocità di scansione in °C/min.

I dati significativi ricavati dai termogrammi sono la temperatura di transizione vetrosa (Tg), la temperatura di cristallizzazione (Tc), il ΔHc di cristallizzazione, la temperatura di fusione (Tf) e il ΔHf di fusione. I valori ottenuti dalle scansioni sono stati registrati utilizzando il software dello strumento.

La calibrazione dello strumento è stata effettuata utilizzando due materiali ad elevata purezza dei quali si conosce esattamente la temperatura di fusione, l‟indio (Tf = 156,6°C) e lo stagno (Tf = 231,93°C).

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Ciascun campione è stato analizzato mediante un ciclo composto da riscaldamento, raffreddamento e successivo riscaldamento e ritorno a temperatura ambiente secondo lo schema riportato in tabella.

Tabella 44 Ciclo DSC

Le temperature di fine riscaldamento (TA) e fine raffreddamento (TB) sono state variate in funzione del tipo di campione studiato, in particolare le temperature impiegate sono le seguenti: fibre di piselli TAf = 400, TBf= -50; PLA TAp= 200, TBp= -50; dove f=fibra, p=polimero

L‟analisi DSC della componente pectina e della componente cellulosica ottenuta al termine del trattamento di lavaggio sono state effettuate utilizzando un range di temperatura da 20 a 200 °C per la pectina, e da 20 a 400 per la cellulosa, entrambe per un ciclo (la cellulosa è stata analizzata anche facendo evaporare H2O).

4.3.4 Analisi Termogravimetrica TGA

Le analisi termogravimetriche sono state effettuate tramite uno strumento Exstar modello TGA/DTA 7200. I campioni sono stati pesati in quantità di circa 10 mg e analizzati in un range di temperatura da 30 a 700°C, in atmosfera di azoto, utilizzando una velocità di scansione di 10°C/min.

Fase Temperatura Durata (min) o velocità (°C/min)

Riscaldamento 1 20°C-TA 20 °C/min Hold TA 1 minuti Raffreddamento 1 TA-TB 30 °C/min Hold TB 1 minuti Riscaldamento 2 TB-TA 10 °C/min Hold TA 0 minuti Raffreddamento 3 TA-20°C 30 °C/min

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4.3.5 Cromatografia a permeazione di gel (GPC)

Lo strumento utilizzato per le analisi GPC è un Agilent Technologies 1260 Infinity. L‟acquisizione è effettuata tramite il software Cyrrus.

I materiali solidi sono stati solubilizzati in cloroformio ad una concentrazione di 2 milligrammi\millilitro di cloroformio. La soluzione è stata poi filtrata utilizzando un microfiltro Agilent Captiva Econofilters con una porosità di 0,2 μm.

Figura 58 Agilent Technologies 1260 Infinity

Dall‟analisi GPC sono stati ottenuti i valori di peso molecolare medio numerico ( Mn ), peso molecolare medio ponderale ( Mw ) e l‟indice di polidispersità (PDI), definiti nel seguente modo:

∑ ∑ ∑ ∑

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Il valore di Mw è un valore medio che tiene in considerazione il peso molecolare di una catena di polimero nella determinazione del suo contributo alla media ponderale (maggiore è tale peso, più elevato sarà il suo contributo al valore di Mw ) mentre il valore di Mw è una semplice media numerale.

4.3.6 Spettroscopia Infrarossa a Riflettanza Totale Attenuata (ATR-IR)

Per l‟analisi spettroscopica infrarossa a riflettanza totale attenuata (ATR-IR) è stato utilizzato un‟Exstar modello TGA/DTA 7200 presso l‟IPCF-CNR. Per alcune analisi spettroscopiche è stato invece utilizzato uno strumento Jasco FT\IR-6200 con una cristallo di germanio.

Le misure sono state effettuate sulle fibre, sulle loro componenti e sui compositi preparati e sulla matrice polimerica utilizzando 32 accumuli per ciascuno spettro.

4.3.7 Miscroscopio a Scansione Elettronico (SEM)

Le immagini SEM sono state ottenute utilizzando un microscopio ottico a scansione Jeol JSM modello 5600 LV Oxford, presso il Dipartimento di Ingegneria, Università di Pisa.

4.3.8 Omogenizzatore Ultra Turrax

Per l‟omogenizzazione della sospensione compatibilizzante\fibra durante la preparazione di compositi per master batch è stato utilizzato un‟omogenizzatore Ultra Turrax IKA T 18 Basic. L‟omogenizzazione è stata effettuata une velocità di 18000 1/minuto.

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Figura 59 Ultraturrax IKA T18 Basic

4.3.9 Bagno ad ultrasuoni Branson 1200

Per la preparazione della sospensione compatibilizzante\fibra è stato utilizzato anche il bagno ad ultrasuoni Branson 1200.

Figura 60 Ultrasuoni Branson 1200

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Lo strumento utilizzato per i test di trazione è il Tinius Olsen H10KT con cella di carico di 15x15x10 cm.

I provini sono stati preparati da film ottenuti per pressofusione mediante Ray-run cutter.

Figura 61 Tinius Olsen H10KT

4.3.11 Ray-ran Test Equipment

Per stampare le forme da utilizzare nel test di trazione è stato utilizzato un Ray-ran cutter.

Figura 62 Ray-ran test equipment