Una maschera biodegradabile in grado di proteggere comodamente chi la indossa senza danneggiare l’ambiente è un passo avanti verso la realtà, grazie alla ricerca di McMaster Centro di eccellenza in dispositivi e materiali di protezione (CEPEM).
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Il ricercatore post-dottorato Sneha Shanbhag e il dottorando Rong Wu hanno sviluppato un efficace filtro dell’aria compostabile e traspirante a base di proteine del mais.
È una svolta che promette una linea sostenibile di dispositivi di protezione individuale, afferma il direttore del centro Ravi Selvaganapathy, professore di ingegneria meccanica e ingegneria biomedica presso McMaster.
Trovare modi per rendere più verde l’industria dei DPI è sempre stato un obiettivo per CEPEM, che ha aperto i battenti nel giugno 2020 in risposta all’urgente necessità di competenze canadesi nel settore.
“Molti dei materiali filtranti di alta qualità utilizzati nei DPI sono realizzati con materiali derivati da combustibili fossili che non si degradano naturalmente nell’ambiente”, afferma Selvaganapathy.
“Questi sono materiali per sempre che rimarranno indietro se non vengono smaltiti correttamente e non esiste un buon meccanismo per smaltirli”.
Vedere pile di mascherine scartate ha motivato Shanbhag e Wu a trovare un modo più sostenibile dal punto di vista ambientale per mantenere le persone al sicuro.
“Entrambi ci preoccupiamo molto della terra e dell’ambiente e volevamo vedere sviluppata un’opzione biodegradabile”, afferma Wu.
La coppia ha esaminato la zein, una proteina del mais con un basso valore nutritivo che potrebbe potenzialmente provenire da rifiuti agricoli, come un polimero a base vegetale conveniente.
Hanno sviluppato un materiale filtrante praticabile mediante l’elettrofilatura di zein su una base di carta. Hanno migliorato la durata del filtro e la resistenza all’umidità reticolando la zeina con l’acido citrico per evitare che si gonfi, si crepi o si stacchi dal supporto di carta.
E dopo aver testato modelli assortiti, Shanbhag e Wu hanno scoperto che l’impilamento delle fibre in un filtro pieghettato ne migliorava la traspirabilità per un uso a lungo termine, pur mantenendo qualità di filtrazione adeguate a una maschera di livello N-95.
Le prove hanno scoperto che il materiale si decomporrebbe entro circa un mese, rendendolo una valida alternativa biodegradabile ai filtri a base di polipropilene nelle maschere e nei respiratori.
“Penso che ci sia molto interesse nell’industria e nella comunità di ricerca per la produzione di materiali biodegradabili, ma c’è un divario tra la nostra conoscenza di questi materiali e la loro trasformazione in DPI funzionali”, afferma Shanbhag.
“Abbiamo riconosciuto l’opportunità di utilizzare le capacità del centro per sviluppare qualcosa di utile che potrebbe potenzialmente essere una soluzione per gli anni a venire”.
La ricerca di Shanbhag e Wu, che ha ricevuto finanziamenti sia dal governo federale che da quello provinciale, lo è stata pubblicato sulla rivista Membrane a marzo.
La ricerca è un inizio molto promettente verso la creazione di DPI fattibili biodegradabili made in Canada, afferma Selvaganapathy.
Oltre a integrare le proprietà antimicrobiche nel materiale, il centro esplorerà l’uso di altri polimeri naturali, come estratti di bucce di mais o grano, per migliorare ulteriormente la struttura del filtro.
“Ad esempio, se mescoliamo la cellulosa con lo zein per ottenere migliori proprietà strutturali, potremmo rimuovere quel sottostrato di carta e avere un materiale resistente, con una buona filtrazione”.
L’utilizzo di prodotti vegetali che attualmente andranno sprecati offre una fornitura economica di materie prime per mantenere le mascherine biodegradabili economicamente competitive, afferma Selvaganapathy.
Ma devia anche quei prodotti dal flusso dei rifiuti, dove altrimenti si aggiungerebbero ai gas serra se bruciati o smaltiti in discarica.
Shanbhag sta inoltre sviluppando un materiale a base di biopolimero con proprietà elastiche che potrebbe essere potenzialmente utilizzato per i cinturini per le maschere in futuro.
C’è un notevole interesse per i materiali economici e biodegradabili per i DPI, afferma Selvaganapathy.
“La sostenibilità è diventata un criterio molto importante per quasi tutti i produttori in Canada”.
CEPEM concentra l’ingegnosità della ricerca ingegneristica di McMaster sulle sfide dei DPI di nuova generazione, afferma John Preston, preside associato, ricerca, innovazione e relazioni esterne con la Facoltà di Ingegneria.
“Vediamo che la nostra ricerca e sviluppo aiuta le aziende canadesi a diventare leader globali del settore”.
Scritto da Kim Arnot
Fonte: Università McMaster
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