Attualmente circa il 95 % delle fibre impiegate come rinforzo nei compositi a matrice polimerica è rappresentato dalle fibre di vetro, le quali presentano notevoli problematiche di carattere ambientale legate sia al loro processo di produzione sia al loro smaltimento a fine vita. La crescente attenzione verso l'ambiente e le specifiche richieste legislative hanno incentivato la ricerca e lo sviluppo di materiali provenienti da fonti rinnovabili e degradabili a fine uso, con una marcata tendenza alla sostituzione delle fibre sintetiche con fibre di origine naturale. Tuttavia la riduzione dell'impatto ambientale è stata accompagnata da un sostanziale decremento delle prestazioni meccaniche, relegando tali materiali ad applicazioni di tipo non strutturale. Una delle cause principali all'origine di tale riduzione è la scarsa adesione tra le fibre di rinforzo e la matrice polimerica. In letteratura sono state proposte differenti tipologie di trattamenti superficiali con lo scopo di promuovere l'adesione interfacciale tra la matrice polimerica e le fibre di rinforzo. Tuttavia, la maggior parte di tali trattamenti risulta poco attraente da un punto di vista economico a causa dell'utilizzo di sostanze chimiche pericolose sia per l'ambiente che per la salute umana le quali debbono essere smaltite in maniera opportuna. Proprio per tale motivo il presente progetto di ricerca si propone di studiare trattamenti superficiali, sia di tipo chimico che fisico, su fibre di origine vegetale (lino) e minerale (basalto) in grado di migliorare l'adesione tra le fibre e la matrice polimerica e quindi le prestazioni meccaniche del materiale composito a fronte di un minor utilizzo di agenti chimici in modo da preservare le caratteristiche di basso impatto ambientale proprie delle fibre.
Lo sviluppo su scala industriale di biocompositi risulta strettamente dipendente dalla possibilità di modellizzarne il comportamento meccanico mediante la conoscenza delle prestazioni meccaniche di tutti i sui costituenti: matrice, fibre e interfaccia. In particolare, di grande interesse risulta essere lo studio delle caratteristiche di adesione tra le fibre di origine naturale e le matrici polimeriche, in quanto rappresenta l'aspetto che maggiormente influenza negativamente le prestazioni finali di tali materiali. In letteratura sono presenti molti studi incentrati sull'analisi e ottimizzazione di trattamenti chimici e fisici in grado di incrementare le proprietà di bagnabilità e quindi di adesione delle fibre naturali con le matrici polimeriche (George J., Sreekala M.S., Thomas S. Polymer Engineering & Science, 41, 1471-1485, 2001). Trattamenti di acetilazione, benzoilazione, mercerizzazione, silanazione e polymer grafting sono solo alcuni dei processi chimici più largamente utilizzati. Nonostante i risultati presenti in letteratura evidenzino come tali processi abbiano un effetto positivo sulle proprietà di adesione, si deve considerare tuttavia come questi prevedano un ingente consumo di sostanze chimiche e causino spesso sensibili diminuzioni delle proprietà meccaniche delle singole fibre. A causa delle sempre più stringenti normative in campo ambientale, la necessità di un corretto smaltimento delle sostanze chimiche impiegate è divenuta una importante fonte di costo per le aziende. Proprio per tale motivo, attualmente si registra un crescente interesse da parte dell'industria nella ricerca e nello sviluppo di trattamenti di modifica superficiale alternativi a minor dispendio energetico ed a più basso impatto ambientale. In questo quadro di riferimento, l'obiettivo del presente progetto di ricerca è di individuare dei trattamenti in grado non solo di ottimizzare le proprietà meccaniche dell'interfaccia tra le fibre di origine naturale e la matrice polimerica, ma anche di impattare il meno possibile sull'ambiente. Una alternativa ai processi di modifica superficiale più tradizionali può essere trovata nel trattamento al plasma a bassa temperatura (LTP-Low Temperature Plasma) in virtù dei suoi numerosi vantaggi: assenza di uno stadio finale di essiccamento del materiale trattato, utilizzo contenuto di sostanze chimiche, tempi di processo ridotti e assenza di produzione di sostanze di scarto. Gli studi in letteratura sono focalizzati sull'utilizzo di tale processo per modificare le proprietà di bagnabilità e di finitura superficiale delle fibre naturali per applicazioni nell'industria tessile (Sun D., Stylios G.K. Journal of Materials Processing Technology, 173, 172-177, 2006), mentre solo pochi di questi hanno riguardato l'ottimizzazione delle proprietà dell'interfaccia fibra/matrice nei materiali compositi (Bozaci et al. Composites Part B: Engineering, 45, 565-72, 2013). Lo studio dell'impiego di trattamenti LTP su fibre di lino e fibre di basalto può rappresentare sicuramente un avanzamento nelle conoscenze dei trattamenti finora utilizzati. Una seconda tipologia di trattamento al plasma è il "plasma polymerization process" che consiste nella deposizione di un rivestimento polimerico sulla superficie delle fibre in grado di ottimizzare la loro adesione con la matrice polimerica. Diversamente dai più comuni processi di rivestimento, come la silanizzazione o il polymer grafting, tramite la polimerizzazione al plasma è possibile ottenere film sottilissimi riducendo il quantitativo di specie chimiche da utilizzare. Diversi studi sono stati condotti sull'applicazione di film polimerici tramite plasma su fibre di vetro, (Cech V. Composite Interfaces, 14, 321-34, 2007), mentre ancora non risultano essere presenti applicazioni su fibre di origine naturale. L'utilizzo di specie enzimatiche per l'estrazione delle fibre vegetali è una tecnica ampiamente riportata in letteratura, (Evans et al. Journal of Biotechnology, 97, 223-31, 2002). Tuttavia un utilizzo innovativo di tali trattamenti può essere quello di sfruttare l'attività di differenti specie enzimatiche per eliminare le componenti più idrofile delle fibre vegetali al fine di incrementare le loro capacità di adesione con la matrice polimerica. Oltre tali aspetti, un'importante fonte di innovatività che caratterizza il progetto di ricerca sarà quella di analizzare le prestazioni meccaniche delle singole fibre a seguito dei differenti processi di modifica superficiale. Infatti soltanto pochi studi hanno indagato l'influenza dei trattamenti, sia al plasma che attraverso l'utilizzo di enzimi, sulle proprietà di resistenza delle fibre. Questo rappresenta un elemento di essenziale importanza al fine di ottimizzare le proprietà dell'interfaccia fibra/matrice nei materiali compositi, in quanto l'aumento di adesione tra le fibre naturali e la matrice polimerica non deve essere accompagnata da una perdita delle proprietà di resistenza della fase di rinforzo.