• bioplastic
• bioplasticizers
• LCA Method
• Levulinic acid
• PHA

Questo lavoro è stato svolto nell'ambito del progetto PRIN 2017, acronimo di "Sviluppo e promozione di piattaforme di acido levulinico e carbossilato attraverso la formulazione di nuovi e avanzati biomateriali a base di PHA e il loro sfruttamento per applicazioni di elettronica verde stampate in 3D ".La plastica al giorno d'oggi è un materiale produttivo ampiamente utilizzato in un'enorme varietà di industrie. Il suo consumo è aumentato nel corso degli anni, grazie alle sue caratteristiche convenienti: è leggera, resistente, relativamente poco costosa e duratura, ma come sappiamo comporta un elevato problema di inquinamento a causa del suo difficile smaltimento. Inoltre, circa il 90% del mercato dei plastificanti è composto da esteri. Tuttavia, come sappiamo, gli ftalati sono dannosi per la salute, poiché inducono tossicità all'uomo e all'ambiente. Ecco perché c'è bisogno di una rapida introduzione di diversi polimeri "bio-based" e anche di
generare nuovi additivi non nocivi che possano soddisfare, la loro origine rinnovabile e la biodegradabilità. Infatti, il progetto è stato creato con lo scopo di ottenere questi bioplastificanti da fonti biobased e in particolare è stata studiata la pianta "Cynara Cardunculus L.". Questa pianta ha attirato particolare attenzione per la sua alta disponibilità, il prezzo estremamente basso e soprattutto la possibilità di utilizzare la sua biomassa per ottenere l'acido levulinico. Questa molecola è stata classificata dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti come uno dei 12 derivati della biomassa più promettenti ed è considerata un intermedio chiave per la sintesi di una vasta gamma di prodotti chimici con applicazioni in carburanti, profumi, solventi, farmaci, additivi per polimeri e tensioattivi. In questo lavoro, ogni singolo passo è descritto e modellato, dalla semina nel suolo all'estrazione effettiva attraverso un processo di idrolisi catalizzata da acido, assistita da riscaldamento a microonde, e la seguente procedura sintetica in 3 fasi che mira a sviluppare una nuova classe di bioplastificanti. Le procedure sperimentali ottimizzate sono state accuratamente e oggettivamente quantificate in termini di impatto ambientale applicando la metodologia del Life Cycle Assessment (LCA). Questo ha permesso di evidenziare le fasi più impattanti di ogni processo, proponendo così scenari alternativi e possibili interventi migliorativi. Inoltre, i risultati LCA, in concomitanza con quelli derivanti dalle attività sperimentali, hanno permesso di individuare il compromesso ottimale (tra i diversi bioplastificanti modellati) tra impatto ambientale e le proprietà meccaniche e termiche.

This work was carried out within the PRIN 2017 project, acronym for "Development and promotion of levulinic acid and carboxylate platforms through the formulation of new and advanced PHA-based biomaterials and their exploitation for 3D printed green electronics applications".Plastic nowadays is a widely used manufacturing material in a huge variety of industries. Its consumption has increased over the years, thanks to its convenient characteristics: it is light, resistant, relatively inexpensive and long-lasting, but as we know it involves a high pollution problem due to its difficult disposal. Moreover, about 90% of the plasticizer market is made up of esters. However, as we know, phthalates are harmful to health, as they induce toxicity to humans and the environment. This is why there is a need for a rapid introduction of different 'bio-based' polymers and also to generate new non-harmful additives that can meet, their renewable origin and biodegradability. In fact, the project was created with the aim of obtaining these bioplasticizers from biobased sources and in particular the plant “Cynara Cardunculus L.” was studied. This plant has attracted particular attention due to its high availability, extremely low price and above all the possibility of using its biomass to obtain levulinic acid. This molecule has been ranked by the US Department of Energy as one of the 12 most promising biomass derivatives and is considered a key intermediate for the synthesis of a wide range of chemicals with applications in fuels, perfumes, solvents, pharmaceuticals, polymer additives and surfactants. In this work, every single step is described and modelled, from seeding in the soil to the actual extraction through an acid-catalyzed hydrolysis process assisted by microwave heating, and the following 3-step synthetic procedure which aims to develop a new class of bioplasticizers. The optimized experimental procedures were accurately and objectively quantified in terms of their environmental impacts by applying the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. This allowed to highlight the most impacting phases of each process, thus proposing alternative scenarios and possible meliorative interventions. Moreover, the LCA results, concurrently with those arising from the experimental activities, allowed to find out the optimal compromise (among the different bioplasticizers modelled) between the environmental impacts and the mechanical and thermal properties.