RIASSUNTO
Questo lavoro di tesi si è inserito in una delle linee di ricerca sviluppate all’interno del laboratorio di chimica macromolecolare del DCCI avente lo scopo di modificare materiali ibridi naturali per conferirgli nuove o migliorate proprietà.
La gelatina commerciale è stata utilizzata quale composto naturale ed stata modificata con molecole isocianiche idrofobe a basso (1-naftilisocianato, commerciale) ed alto peso molecolare (6-isocianato esil acido carbammico [poli(propilen glicol)monobutiletere]propilestere (PPO-HDI)), la cui sintesi è stata messa a punto nello stesso lavoro di tesi.
I materiali così ottenuti sono stati caratterizzati mediante indagini spettroscopiche allo scopo di verificare l’effettiva formazione di legami covalenti tra il composto naturale e quello sintetico. Inoltre nel caso del composto ad alto peso molecolare sono state studiate anche le proprietà fisico-meccaniche e morfologiche dei copolimeri ad innesto ottenuti. Tali proprietà sono state confrontate con le proprietà di miscele gelatina/poli(propilenglicol)monobutiletere per indagare l’effetto indotto dalla creazione di legami covalenti stabili tra i due componenti.
Nella prima parte del presente lavoro di tesi la gelatina è stata modificata con con due diverse quantità di 1-naftilisocianato e i prodotti della modifica sono stati caratterizzati attraverso spettroscopia UV-Vis, FT-IR, fluorescenza, nonché TGA e analisi elementare. Allo scopo di interpretare gli spettri ottenuti sono stati preparati due composti modello per reazione tra molecole di semplice struttura in grado di mimare i gruppi funzionali presenti nei residui della gelatina (carbossilico, idrossilico) e l’1-naftilisocianato. In particolare, per il gruppo idrossilico presente nei residui di idrossiprolina, serina, treonina e tirosina della gelatina è stato scelto l’alcool propilico. Come molecola simulante il comportamento del gruppo carbossilico del residuo di acido glutammico e acido aspartico è stato utilizzato l’acido propionico. La quantificazione, mediante diverse tecniche analitiche (analisi elementare, TGA, UV-Vis) del naftilisocianato legato ai residui amminoacidici della gelatina ha mostrato valori discordanti tra loro perché affetti ognuno dall’errore proprio della tecnica utilizzata. Nonostante ciò si è osservata una proporzionalità tra alimentazione e numero dei gruppi legati seppure la resa sia stata più alta per il rapporto 1-naftilisocianato/gelatina 0,078 che per 0,42.
Nella seconda parte del lavoro di tesi l’attenzione è stata focalizzata alla modifica della gelatina tramite innesto di un polimero idrofobico utilizzando esametilendiisocianato (HDI) come agente di accoppiamento (coupling).
Il poli(propilenglicol)monobutiletere (PPO 340) è stato legato all’esametilendiisocianato (HDI) tramite reazione di addizione ad uno solo dei due gruppi isocianici dell’HDI. Al fine di mettere a punto le condizioni di reazione è stato prima sintetizzato l’1,6-esametilen-oxa-poli(propilenglicol)monobutiletere (PPO-HDI-PPO) utilizzato come riferimento nelle caratterizzazioni condotte mediante FT-IR, 1 H-NMR, analisi termogravimetrica, calorimetria differenziale a scanzione, prove di solubilità. Il PPO-HDI purificato e caratterizzato è stato quindi utilizzato per la modifica della gelatina e ottenimento di copolimeri ad innesto gelatina-g-PPO.
La purificazione della miscela ottenuta in tutte le reazioni con la gelatina ha richiesto la messa a punto di un articolato processo a stadi di precipitazione ed estrazione che ha portato alla separazione di una serie di frazioni, che sono state tutte caratterizzate mediante spettroscopia FT-IR e analisi termogravimetrica.
La purificazione della miscela di reazione ha comunque portato in tutti i casi all’ottenimento di una frazione solubile in acqua calda, la cui natura è stata determinata mediante spettroscopia FT-IR, cromatografia ad esclusione sterica, analisi termogravimetrica, prove fisico-meccaniche e analisi morfologiche (SEM). Tali analisi hanno confermato la presenza di PPO innestato sulle catene macromolecolari di gelatina come desiderato. Inoltre mediante spettroscopia FT-IR è stato possibile stimare la quantità innestata che è risultata essere pressoché quantitativa rispetto al PPO alimentato.
Le miscele fisiche preparate per confronto a differenti rapporti di gelatina/PPO e gelatina/PPO-HDI-PPO (90:10 e 95:5) hanno mostrato all’analisi termogravimetrica ed alle prove fisico-meccaniche un diverso comportamento rispetto alla gelatina tal quale.
In particolare, nelle miscele fisiche il comportamento maggiormente plastico mostrato dalla gelatina è stato attribuito alla presenza di PPO libero non legato chimicamente.
