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TEMI DI RICERCA Progetti di ricerca IPCB in Inglese

Polimeri biodegradabili: sintesi, caratterizzazione e degradazione

L’attività di ricerca è incentrata sui polimeri biodegradabili e riguarda:

  • La sintesi di copoliesteri, alifatici e alifatici-aromatici, e poli(esteriammidi), da fonti rinnovabili e non;
  • La caratterizzazione strutturale mediante NMR e tecniche di spettrometria di massa (MALDI, ESI, Py-GC/MS), l'analisi termica (DSC e TGA) e la valutazione delle proprietà meccaniche;
  • La quantificazione di residui monomerici mediante ESI/MS e GC/MS;
  • La degradazione enzimatica, in compost e per interramento (Soil burial test);
  • Lo studio dei meccanismi di degradazione termica, foto e termo-ossidativa;
  • La valutazione delle proprietà di materiali biodegradabili commerciali per il packaging alimentare e la selezione in funzione dell’applicazione.
immagine: Polimeri biodegradabili

Le sintesi dei copolimeri sono effettuate, tramite policondensazione allo stato fuso, in modo da ottimizzare le condizione sperimentali per l'ottenimento di polimeri ad alto peso molecolare e idonee proprietÀ meccaniche, con alte rese. I copolimeri sintetizzati, a differenti composizioni, sono caratterizzati tramite NMR, SEC, MALDI, DSC, e TGA. Sono preparati dei film per la valutazione delle proprietÀ meccaniche e per i test di degradazione enzimatica, e di biodegradabilitÀ in suolo e compost.
La spettrometria di massa MALDI-TOF è applicata di routine alla caratterizzazione strutturale dettagliata di omo- e co-polimeri biodegradabili, sintetici e commerciali. I poliesteri biodegradabili analizzati includono: poli(butilenesuccinato), poli(butileneadipato), poli(butilenesebacato) e loro copolimeri con differenti composizioni; Bionolle; polilattide e poli(ε-caprolattone); poli[(R,S)-3-idrossibutirrato-co-L-acido lattico] e poli[(R,S)-3-idrossibutrrato-co-ε-caprolattone], copoliesteri alifatici-aromatici a base di acidi dicarbossilici alifatici, 1,4-butandiolo e acido tereftalico.
Vengono effettuati studi sui meccanismi di frammentazione e sull'analisi strutturale di polimeri sintetici biodegradabili attraverso MALDI-TOF/TOF-MS/MS. L'analisi mediante MALDI-TOF/TOF-MS/MS ha fornito ad esempio informazioni strutturali sulla sequenza dei legami esterei ed ammidici in campioni di poli(esteriammidi) sintetizzate in laboratorio da acido sebacico e 2-amminoetanolo o 4-ammino-1-butanolo.
Inoltre i polimeri biodegradabili sono sottoposti a test di degradazione termica, foto e termo-ossidativa per studiarne i meccanismi mediante spettrometria di massa MALDI e ESI.

Contatti: Paola Rizzarelli

Progetto PON02_00451_33619091 dal titolo SHELF-LIFE "Utilizzo integrato di approcci tecnologici innovativi per migliorare la shelf-life e preservare le proprietà nutrizionali di prodotti agroalimentari"
finanziato nell’ambito del Programma Operativo Nazionale "Ricerca e Competitività" PON R&C 2007-2013 per le Regioni della Convergenza - Avviso 713/Ric 29 ottobre 2010. (01/10/2012-30/06/2015)

Progetto POR FESR LINEA D'INTERVENTO 4.1.1.2 "Realizzazione di ’Jelly’ a base di frutta"
presentato in forma congiunta con Dolfin S.p.A. finanziato da REGIONE SICILIANA ASSESSORATO ATTIVITÀ PRODUTTIVE. (01/01/2012-31/12/2013)

Research Project "Innovazione e Tecnologie per il Miglioramento della Sostenibilità Agroindustriale, della Sicurezza e Qualità Alimentare"
financed in the framework of the agreement between "Regione Sicilia"', MIUR and MEF (APQ, project code RS-20). (05/10/2005-04/05/2008)

Contratto di prestazione di servizi, relativo ad analisi su manufatti a base di polimeri biodegradabili, stipulato con LEGAMBIENTE O.N.L.U.S. (07/01/2016 - 07/01/2018)

Contratto di prestazione di servizi, relativo ad analisi su manufatti a base di polimeri biodegradabili, stipulato con l’azienda Novamont S.p.A. (25/05/2015 - 25/05/2016)

Contratto di prestazione di servizi, relativo a test di degradazione in suolo di manufatti a base di polimeri biodegradabili, stipulato con l’azienda Irritec S.p.A. (12/01/2015-12/06/2015)

Contratto di prestazione di servizi, relativo ad attività di benchmark su polimeri biodegradabili commerciali, stipulato con l’azienda italiana COESIA S.p.A. (12/02/2014-03/10/2014)

Contratto di prestazione di servizi, relativo a "Caratterizzazione di campioni polimerici biodegradabili e quantificazione di residui monomerici" stipulati con l’azienda Novamont S.p.A. (15/03/2007-30/04/2007; 28/02/2012-28/07/2012)

Pubblicazioni

P.Rizzarelli*, M.Rapisarda, S.Perna, E.F.Mirabella, S.La Carta, C.Puglisi, G.Valenti
Determination of polyethylene in biodegradable polymer blends and in compostable carrier bags by Py-GC/MS and TGA
Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 117, 72-81 (2016)

P.Rizzarelli*, M.Cirica, G.Pastorelli, C.Puglisi, G.Valenti
Aliphatic poly(ester amide)s from sebacic acid and aminoalcohols of different chain length: Synthesis, characterization and soil burial degradation
Polymer Degradation and Stability 121, 90-99 (2015)

F.Cicogna, S.Coiai*, P.Rizzarelli, S.Carroccio, C.Gambarotti, I.Domenichelli, C.Yang, N.Tz.Dintcheva, G.Filippone, C.Pinzino, E.Passaglia
Functionalization of aliphatic polyesters by nitroxide radical coupling
Polymer Chemistry 5, 5656-5667 (2014)

P.Rizzarelli*, S.Carroccio
Modern mass spectrometry in the characterization and degradation of biodegradable polymers
Analytica Chimica Acta 808, 18-43 (2014)

P.Rizzarelli*
Matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight/time-offlight tandem mass spectra of biodegradable polybutylenesuccinate
Rapid Communications in Mass Spectrometry 27, 2213-2225 (2013)

P.Rizzarelli*, D.Zampino, L.Ferreri, G.Impallomeni
Direct Electrospray Ionization Mass Spectrometry Quantitative Analysis of Sebacic and Terephthalic Acids in Biodegradable Polymers
Analytical Chemistry 83, 654-660 (2011)

K.Fukushima, D.Tabuani*, C.Abbate, M.Arena, P.Rizzarelli
Preparation, characterization and biodegradation of biopolymer nanocomposites based on fumed silica
European Polymer Journal 47(2), 139-152 (2011)

K.Fukushima*, C.Abbate, D.Tabuani, M.Gennari, P.Rizzarelli, G.Camino
Biodegradation trend of poly(ε-caprolactone) and nanocomposites
Materials Science and Engineering C 30(4), 139-152 (2010)

P.Rizzarelli*, S.Carroccio
Thermo-oxidative processes in biodegradable poly(butylene succinate)
Polymer Degradation and Stability 94, 1825-1838 (2009)

P.Rizzarelli*, C.Puglisi
Structural characterization of synthetic poly(ester amide) from sebacic acid and 4-amino-1-butanol by matrixassisted laser desorption ionization time-of-flight/time-of-flight tandem mass spectrometry
Rapid Communications in Mass Spectrometry 22(6), 739-754 (2008)

G.Adamus, P.Rizzarelli, M.S.Montaudo, M.Kowalczuk, G.Montaudo
Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry with size-exclusion chromatographic fractionation for structural characterization of synthetic aliphatic copolyesters
Rapid Communications in Mass Spectrometry 20(5), 804-814 (2006)

P.Rizzarelli, C.Puglisi, G.Montaudo
Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight/time-of-flight tandem mass spectra of poly(butylene adipate)
Rapid Communications in Mass Spectrometry 20(11), 1683-1694 (2006)

P.Rizzarelli*, C.Puglisi, G.Montaudo*
Sequence determination in aliphatic poly(ester amide)s by matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight and time-of-flight/time-of-flight tandem mass spectrometry
Rapid Communications in Mass Spectrometry 19(17), 2407 (2005)

S.Carroccio, P.Rizzarelli*, C.Puglisi, G.Montaudo*
MALDI Investigation of Photooxidation in Aliphatic Polyesters: Poly(butylene succinate)
Macromolecules 37(17), 6576 (2004)

P.Rizzarelli*, C.Puglisi, G.Montaudo*
Soil burial and enzymatic degradation in solution of aliphatic co-polyesters
Polymer Degradation and Stability 85(2), 855 (2004)

P.Rizzarelli, G.Impallomeni, G.Montaudo*
Evidence for Selective Hydrolysis of Aliphatic Copolyesters Induced by Lipase Catalysis
Biomacromolecules 5(2), 433 (2004)

G.Montaudo*, P.Rizzarelli
Synthesis and enzymatic degradation of aliphatic copolyesters
Polymer Degradation and Stability 70(2), 305 (2000)

S.Carroccio, P.Rizzarelli, C.Puglisi*
Matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight characterisation of biodegradable aliphatic copolyesters
Rapid Communications in Mass Spectrometry 14(16), 1513 (2000)

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