2 MISCELE DI COLLAGENE IDROLIZZATO E POLIMERI SOLUBILI IN ACQUA

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Capitolo 2: Miscele di collagene idrolizzato e polimeri solubili in acqua

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2 MISCELE DI COLLAGENE IDROLIZZATO E

POLIMERI SOLUBILI IN ACQUA

2.1 I

NTRODUZIONE

La preparazione di miscele a partire da biopolimeri e polimeri sintetici solubili in acqua avviene generalmente mediante il miscelamento di soluzioni acquose delle sostanze di partenza. Tali miscele possono essere trasformate in film, idrogeli, spugne; ciò avviene con l’utilizzo di diverse tecniche quali evaporazione del solvente (casting), liofilizzazione, cicli di congelamento-scongelamento. Le caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche dei film ottenuti dipendono fortemente dal grado di compatibilità fra i due componenti che a sua volta è funzione delle interazioni che si realizzano fra i gruppi funzionali in gioco. Il grado di miscelamento che si realizza tra i due componenti della miscela dipende, in ogni caso, non solo dalla struttura e dalla natura chimica delle sostanze utilizzate ma anche dal metodo di preparazione.

All’equilibrio una miscela polimerica può essere costituita da una singola fase nella quale le catene dei due componenti sono intimamente mescolate, oppure può separarsi in due fasi distinte più o meno ricche dei due componenti.

Nel primo caso i due componenti vengono detti miscibili, nel secondo immiscibili.

Un indice della miscibilità di due sostanze polimeriche amorfe o parzialmente cristalline è la temperatura di transizione vetrosa (Tg) della miscela: infatti, se essa è omogenea (sostanze miscibili) si nota una sola Tg. Nel caso contrario (sostanze immiscibili) si osservano invece due diverse Tg , relative ai componenti che costituiscono le due fasi [2,3].

2.2 S

TATO DELL

’

ARTE

In letteratura sono riportati studi relativi alla preparazione di miscele costituite da collagene e polimeri sintetici solubili in acqua[4, 5, 6]. Su questo arogomento si possono individuare due settori principali di ricerca: il primo riguarda la produzione di biomateriali da destinare al settore biomedico a partire da miscele di collagene-polimeri sintetici solubili in acqua. Fin

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dai primi studi svolti sull’argomento è stato messo in evidenza come le proprietà fisico-chimiche delle miscele ottenute fossero migliori rispetto a quelle dei componenti puri.

La difficoltà principale legata alla produzione di biomateriali di questo tipo da utilizzare in campo biomedico consiste nell’elevato costo delle sostanze di partenza, in particolare il collagene. Negli ultimi anni ha assunto particolare interesse il settore della ricerca che riguarda la preparazione di miscele contenenti prodotti di degradazione del collagene puro (idrolizzato proteico e gelatina), prodotti a basso costo da processi industriali che coinvolgono tessuti biologici. I materiali prodotti, dato lo scarso valore della sostanza di partenza, possono essere destinati al settore degli imballaggi biodegradabili. Il polimero sintetico cui si fa riferimento è il PVA a diversi gradi di idrolisi. Il presente lavoro si colloca nel secondo ramo di ricerca poiché una delle sostanze di partenza è l’idrolizzato proteico proveniente dagli scarti del processo conciario. In uno degli studi precedenti si è utilizzato un collagene idrolizzato come scarto della concia al cromo delle pelli ottenuto mediante idrolisi enzimatica del collagene e successivo trattamento di eliminazione dei sali di cromo (nocivi), residui del processo conciario stesso. Tale studio ha valutato alcune proprietà di film ottenuti per estrusione da miscele contenenti PVA idrolizzato all’88%, collagene idrolizzato ottenuto dal processo conciario e glicerina utilizzata come plasticizzante. Tale studio ha messo in evidenza principalmente la biodegradabilità del materiale prodotto ed il suo incremento con l’aumentare della quantità di collagene idrolizzato impiegato. Ulteriori caratterizzazioni delle miscele sono state eseguite allo scopo di valutarne le proprietà meccaniche: i risultati ottenuti hanno portato ad affermare che l’aumento di collagene idrolizzato diminuisce il valore del carico a rottura, mentre l’utilizzo della glicerina favorisce l’aumento dell’allungamento percentuale a rottura. E’ stata eseguita inoltre un’analisi per la valutazione del tempo di dissoluzione in acqua risultato essere dell’ordine di pochi minuti. Sulla base dei dati ricavati dalle caratterizzazioni l’utilizzo proposto in questo studio riguarda il settore degli imballaggi biodegradabili solubili in acqua (imballaggi di sostanze usate in piscina o nel trattamento di acque reflue) [4]. Sono inoltre riportati studi sulle interazioni chimiche tra PVA idrolizzato al 99% e gelatina (prodotta dalla degradazione termica del collagene) ottenuta da pelle bovina. Sono state preparate miscele PVA-gelatina a diverse concentrazioni di gelatina. Il PVA idrolizzato al 99%, come è noto, ha un comportamento diverso dal PVA idrolizzato all’88% soprattutto relativamente alla solubilità in acqua (è infatti meno solubile) e alla stabilità

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termica (maggiore temperatura di transizione vetrosa e punto di fusione). Da ogni miscela sono stati ottenuti film per evaporazione del solvente e, al fine di stabilizzarli, sono stati previsti due tipi di trattamento reticolante: uno termico ed uno con glutaraldeide. I film, tal quali e reticolati in ciascuno dei modi suddetti, sono stati caratterizzati mediante analisi termica (DSC) allo scopo di valutare le interazioni tra gelatina e PVA ed individuare il trattamento reticolante più efficace. I risultati ottenuti hanno rilevato la presenza di interazioni tra la gelatina ed il PVA evidenziate principalmente dalla variazione della temperatura di transizione vetrosa. E’ stato messo in evidenza che il trattamento reticolante termico agisce prevalentemente sul PVA aumentandone la cristallinità e diminuendone, quindi, l’idrofilicità, mentre quello con vapori di GTA ha un effetto maggiore sulla gelatina a causa delle reazioni che si verificano tra i gruppi terminali dei due composti [5].

Infine sono stati considerati i risultati provenienti da un terzo lavoro nel quale sono state valutate le proprietà di miscele preparate con gelatina di scarto proveniente dall’industria farmaceutica, PVA idrolizzato all’88% e zucchero di canna di bagasso utilizzato per aumentare la compattezza dei film [6]. Le informazioni ricavate da questi studi sono state fondamentali nell’impostazione del lavoro presente che ha lo scopo di ottenere un quadro globale sulle proprietà chimico-fisiche e meccaniche dei film ottenuti; questo permetterà di avere le idee più chiare riguardo al loro eventuale utilizzo ed al settore industriale di destinazione. Oltre al PVA idrolizzato all’88%, già noto nel campo della produzione di materiali biodegradabili, è stato scelto un copolimero del PVA dalle cui miscele con idrolizzato sono stati ottenuti film analoghi a quelli ottenuti con il PVA. I film inoltre sono stati sottoposti a tre processi di reticolazione diversi al fine di aumentare la loro stabilità, con l’intento di confrontarne l’effetto sui campioni esaminati e di individuare il procedimento più efficace. E’ importante evidenziare inoltre che in questo studio viene utilizzato un collagene idrolizzato tal quale, ovvero senza sottoporlo a trattamenti per migliorarne la stabilità (come ad esempio la separazione dei sali presenti).

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