I recenti sviluppi nella ricerca hanno permesso di progettare nanomateriali innovativi sempre più durevoli e sostenibili. La cellulosa è un materiale intrinsecamente eco-friendly, in quanto risorsa copiosa, rinnovabile ed economica; la nanocellulosa, in particolare, possiede interessanti proprietà quali alta resistenza a trazione, elevato modulo elastico, basso coefficiente di espansione termico e bassa densità.
All'interno dei compositi a matrice cementizia la nanocellulosa permette di migliorare non solo le resistenze meccaniche, ma anche di ridurre le porosità e incrementare la durabilità del calcestruzzo. In fase di progettazione del composito è, però, necessaria un'accurata selezione delle materie prime, in special modo delle nanofibre (CNF) e dei nanocristalli (CNC) di cellulosa, le cui proprietà chimico-fisiche sono altamente dipendenti dall'origine (pianta, scarto industriale, batteri).
La ricerca si propone di valutare le performance di compositi a matrice cementizia additivati con nanocellulose, valutando in primo luogo gli effetti della cellulosa sulla viscosità degli impasti e lo sviluppo dei prodotti di reazione durante la presa. In secondo luogo, saranno studiati gli effetti dell'additivo sulle resistenze meccaniche e saranno valutate le proprietà termoigrometriche del composito.
Lo studio del comportamento di un materiale da costruzione, infatti, non può prescindere dalla determinazione delle sue caratteristiche termofisiche e igrometriche: la conoscenza delle proprietà igrotermiche dei materiali impiegati in edilizia ha un peso rilevante nell'isolamento termico degli edifici e nel suo efficientamento energetico, ma anche nella stabilizzazione delle fluttuazioni di umidità relativa dell'aria.
Solo lo studio di questi parametri permetterà di definire al meglio le potenzialità e criticità legate all'uso del composito in esame.
L'emergenza climatica ha sensibilizzato la presa di coscienza della necessità di trovare soluzioni per ridurre i consumi e l'impatto ambientale delle attività antropiche. Prodotti di scarto, riuso o di origine naturale trovano ormai largo impiego come filler all'interno dei più disparati materiali da costruzione. La cellulosa in quanto risorsa rinnovabile, economica e facilmente reperibile anche come prodotto di riciclo, risponde perfettamente ai requisiti di eco-sostenibilità. In particolare, le nanofibre vegetali e la nanocellulosa hanno mostrato ottime potenzialità nel rinforzo di calcestruzzi, permettendo in alcuni casi di raggiungere prestazioni nettamente superiori rispetto a quelle ottenute mediante l'uso di fibre sintetiche non sostenibili; inoltre, esse risultano essere particolarmente efficaci nel migliorare le prestazioni dei materiali isolanti più comunemente utilizzati, come il poliuretano espanso, e offrono interessanti prospettive per il design di nuovi nanocompositi a base di cellulosa, quali schiume, aerogel e pannelli rigidi per isolamento termico e acustico.
Un ostacolo al suo impiego su vasta scala è stato in un primo momento costituito dall'alto costo dei processi di produzione della nanocellulosa, che prevedevano l'uso di reagenti costosi e altamente inquinanti per ossidarla e facilitare la successiva defibrillazione meccanica. Le più recenti ricerche hanno permesso di migliorare l'efficienza di tali processi e di trovare alternative maggiormente ecologiche ricavando con una certa facilità le nanofibre e i nanocristalli da prodotti di scarto industriale (cartarie, industrie alimentari etc.).
Questi materiali innovativi trovano impiego non solo in bioedilizia, ovvero nella progettazione di nuovi edifici più ecologicamente sostenibili, ma anche negli interventi di retrofit su edifici storici. Negli ultimi anni gli interventi di retrofit effettuati si sono focalizzati principalmente sull'efficientamento energetico, operazione che presenta forti criticità quando riferita a edifici storici soggetti a vincoli.
La conoscenza delle proprietà dei materiali impiegati nel retrofit dell'edilizia ha un peso rilevante non soltanto nell'isolamento termico degli edifici, ma anche nella stabilizzazione delle fluttuazioni di umidità relativa dell'aria.
Nello studio e simulazione delle performance dei materiali per il retrofit, si deve spesso ricorrere a semplificazioni e approssimazioni, soprattutto nello studio dei materiali innovativi. Nel caso tali simulazioni siano effettuate con l¿ausilio di modelli dinamici, queste approssimazioni possono inficiare la validità degli stessi. Conoscendo, invece, i parametri igrotermici relativi al composito in esame è possibile predire con una buona accuratezza le prestazioni dei singoli materiali all'interno dell'involucro edilizio in relazione alle condizioni ambientali e scegliere in fase di progettazione le soluzioni più idonee.
La ricerca su materiali innovativi ecologicamente sostenibili e la loro caratterizzazione è pertanto di fondamentale importanza per valutare con maggiore consapevolezza le loro potenzialità e criticità.