La colofonia come additivo per polimeri a base di amido Dalla resina arborea all’additivo funzionale

Un nuovo approccio a un vecchio problema: da decenni le bioplastiche a base di amido sono considerate un’alternativa promettente ai materiali fossili. Il loro impiego industriale è stato tuttavia limitato da una difficoltà: proprietà meccaniche insufficienti in presenza di elevate percentuali di amido. Le resine arboree modificate possono cambiare questa situazione.

Le resine vegetali (note anche come colofonia o rosin) vengono ricavate prevalentemente dai coniferi e trovano molteplici impieghi nell’industria, in particolare come coadiuvanti di lavorazione e leganti. Synthomer Deutschland, con sede a Marl, ha ora ampliato la gamma di applicazioni di queste resine ed è stata nominata per il Biopolymer Innovation Award.

Synthomer modifica la colofonia attraverso processi quali l'esterificazione e l'idrogenazione, al fine di migliorarne le proprietà quali la stabilità termica, la resistenza all'ossidazione e la bagnabilità superficiale. In questo modo, queste resine si prestano come additivi funzionali per migliorare le proprietà dei composti biopolimerici.

Chimica delle resine per la funzionalizzazione mirata

La chiave non sta solo nella scelta del polimero di base, ma nella regolazione mirata della reologia, delle interfacce e della morfologia. È proprio qui che entrano in gioco le resine di colofonia. In quanto additivi funzionali a base biologica, possono facilitare la lavorazione dei sistemi PLA/amido/glicerina, migliorare il legame tra le fasi e, al contempo, aprire nuovi orizzonti per pellicole compostabili, parti stampate a iniezione e composti biopolimerici caricati.

Le colofonie sono a base di acidi resinici naturali derivati da materie prime rinnovabili. Attraverso l'idrogenazione, l'esterificazione o la funzionalizzazione mirata è possibile regolare la polarità, l'indice di acidità, il punto di rammollimento e la compatibilità. Questi parametri sono determinanti quando le resine vengono impiegate non solo come coadiuvanti di lavorazione, ma anche come additivi funzionali per la morfologia e le interfacce nei biopolimeri.

Perché i sistemi a base di PLA e amido sono difficili da formulare

Il PLA è rigido, relativamente idrofobo e sensibile all’idrolisi. L’amido è polare, idrofilo e, per la lavorazione termoplastica, richiede un’adeguata plastificazione, spesso con glicerina. Nelle miscele di PLA/amido/glicerina si incontrano quindi due tipi di materiali molto diversi tra loro.

Senza un’adeguata modifica, si formano spesso strutture di fase grossolane, difetti interfacciali e picchi di tensione locali. Ne conseguono un allungamento limitato, una scarsa resistenza alla rottura e una lavorazione instabile. Soprattutto in presenza di elevati carichi di amido, la frazione di amido non viene più utilizzata come componente funzionale del materiale, ma agisce sempre più come un riempitivo con caratteristiche difettose.

Le resine di colofonia possono cambiare questa situazione. La loro matrice idrofobica mostra affinità con fasi poliestere come PLA, PBAT o PHA. Allo stesso tempo, i gruppi polari possono interagire con l’amido, la glicerina o altri riempitivi organici. Ciò migliora la bagnabilità delle fasi, rende la massa fusa più facile da lavorare e favorisce la formazione di morfologie più fini.

Foralyn e Pentalyn: lavorazione robusta e morfologia migliorata

Gli additivi a base di resina Foralyn e Pentalyn sono esempi rappresentativi di derivati idrogenati della colofonia che possono essere impiegati nei sistemi PLA/cariche organiche/glicerina come efficaci modificatori del processo e della morfologia. Nelle formulazioni testate, Pentalyn o Foralyn migliorano notevolmente la lavorabilità, in particolare in presenza di elevate percentuali di cariche organiche.

L'effetto è multidimensionale. Da un lato, la viscosità dello stato fuso diminuisce, facilitando la miscelazione, la dispersione e l'espulsione nell'estrusore. Dall'altro, la resina migliora la bagnabilità interfacciale tra la frazione polare dei riempitivi e la fase poliestere. Il risultato è una struttura più omogenea con una migliore trasmissione delle sollecitazioni.

Ciò è particolarmente rilevante per le applicazioni su film. In questo ambito sono determinanti non solo la resistenza alla trazione e l’allungamento, ma anche il comportamento alla rottura, l’insorgenza di fori e l’affidabilità di lavorazione sugli impianti esistenti. Foralyn può aiutare in questo senso a rendere lavorabili i sistemi ricchi di cariche organiche, senza dover ammorbidire la formulazione ricorrendo esclusivamente a percentuali più elevate di plastificanti.

Differenze tecniche rispetto alle soluzioni a base di resina a bassa acidità

Sul mercato sono note soluzioni tecniche a base di PLA/amido che puntano fortemente su derivati della resina di colofonia a bassissima acidità, in particolare resine con un indice di acidità molto basso. Questa strategia può rivelarsi utile quando l'obiettivo principale è garantire la massima inerzia chimica nei confronti dei poliesteri sensibili all'idrolisi.

Synthomer adotta inoltre un approccio tecnico più ampio. Le resine con indici di acidità superiori a questo intervallo di acidità molto bassa aprono ulteriori possibilità: possono interferire maggiormente nelle interazioni interfacciali, influenzare in modo più marcato la reologia e contribuire in modo mirato alla biodegradabilità nei sistemi compostabili. In questo contesto, ciò che conta non è un singolo parametro, bensì l’interazione tra indice di acidità, punto di rammollimento, peso molecolare, polarità e finestra di processo.

Questa distinzione è rilevante dal punto di vista tecnico: gli esteri di resina a bassa acidità sono spesso molto stabili, ma non sempre rappresentano gli additivi interfacciali più efficaci per i sistemi poliestere-amido altamente caricati. Le resine di colofonia più funzionali possono offrire in questo caso ulteriori margini di manovra, specialmente laddove sono richiesti contemporaneamente un elevato carico di amido, una buona lavorabilità e una compostabilità controllata.

Accelerante per sistemi di compostaggio domestico

Foral AX-E è un esempio particolarmente interessante di colofonia sintetica più funzionale. Grazie al suo indice di acidità più elevato, conferisce al sistema una maggiore polarità e reattività. Nei composti a base di PLA/amido/glicerina, ciò può ridurre significativamente la viscosità allo stato fuso e favorire la formazione di una morfologia più fine.

Questo effetto è particolarmente rilevante per le applicazioni destinate al compostaggio domestico. Mentre molti sistemi a base di PLA si degradano solo lentamente in condizioni di compostaggio domestico, Foral AX-E può contribuire ad accelerare l’idrolisi delle fasi a base di poliestere sotto l’influenza dell’umidità e del calore. In questo modo diventa possibile progettare le formulazioni non solo in base alla lavorabilità e alle proprietà meccaniche, ma anche in funzione di una velocità di degradazione definita.

Nei sistemi testati è possibile raggiungere percentuali di amido superiori al 70%. Ciò è significativo dal punto di vista tecnico, poiché l’amido non viene più utilizzato solo come riempitivo economico, ma come componente dominante e rinnovabile del materiale. In tali formulazioni, Foral AX-E può agire come coadiuvante di processo, modificatore di interfaccia e fattore che favorisce la compostabilità.

Allo stesso tempo, questa strategia richiede un’attenta gestione del processo. È necessario controllare l’umidità, la temperatura e il tempo di permanenza, poiché i gruppi acidi possono accelerare l’idrolisi del PLA. Questo rappresenta un vantaggio per i film a breve durata, compostabili in ambiente domestico. Per i pezzi stampati di maggiore durata, invece, la formulazione deve essere opportunamente stabilizzata o adattata a tipi di resina meno reattivi.

Oltre al PLA e all’amido: PHA, PBAT/PLA e cariche organiche

I vantaggi delle colofonie Synthomer non si limitano ai classici sistemi a base di PLA/amido/glicerina. Anche nei composti PHA, nelle combinazioni PBAT/PLA e in altri sistemi plastici a base biologica, le resine possono contribuire a regolare le proprietà di scorrimento, la compatibilità e l’adesione dei riempitivi.

Particolarmente interessante è l’impiego di riempitivi organici ricavati da scarti alimentari. Se questi scarti vengono macinati con il metodo criogenico, si ottengono particelle fini con un’elevata superficie specifica. In combinazione con PLA, PHA o altri polimeri compostabili, è possibile sviluppare bioplastiche a basso costo. Anche in questo caso la sfida tecnica risiede nell’interfaccia: i riempitivi organici sono per lo più polari, idrofilici e chimicamente eterogenei. Senza alcuna modifica, spesso compromettono la fluidità, la resistenza agli urti e l’allungamento a rottura.

Le colofonie Synthomer possono colmare questa lacuna. Migliorano la bagnabilità delle particelle organiche, facilitano la dispersione nel processo di compounding e riducono la viscosità allo stato fuso. Ciò consente di lavorare con tenori di riempitivi più elevati senza che la miscelazione diventi instabile o che le proprietà meccaniche subiscano un calo sproporzionato.

Ciò apre la strada a nuove applicazioni: componenti stampati a iniezione a basso costo, imballaggi tecnici, applicazioni agricole, articoli monouso con una percentuale maggiore di materiale biogenico o pellicole compostabili con riempitivi funzionali. È fondamentale che le resine non vengano considerate isolatamente, ma come parte di un sistema modulare di formulazione composto da polimeri, amido o riempitivi, plastificanti e finestre di processo.

Vantaggi dal punto di vista applicativo

Per i trasformatori ne derivano diversi vantaggi:

• una viscosità di fusione inferiore e, di conseguenza, un’estrusione più stabile,
• migliore dispersione di elevate percentuali di amido o di cariche,
• maggiore elasticità e resistenza alla rottura grazie a una morfologia più fine,
• una finestra di processo più ampia sugli impianti esistenti,
• Possibilità di regolare in modo mirato la compostabilità domestica,

• Utilizzo di riempitivi biogenici a basso costo ricavati dai flussi di scarti.

In questo modo, le colofonie Synthomer affrontano un conflitto fondamentale nello sviluppo dei biopolimeri: riuscire a conciliare contemporaneamente un’elevata percentuale di componenti biogenici, la lavorabilità industriale e prestazioni meccaniche adeguate.

Conclusione

I biopolimeri a base di amido non devono necessariamente presentare problemi legati ad alte percentuali di riempitivo o a scarse proprietà meccaniche. Con colofonie adeguate è possibile regolare in modo mirato la reologia, le interfacce e il comportamento di degradazione. Una colofonia Synthomer offre una soluzione affidabile per migliorare la lavorabilità e la morfologia. Foral AX-E apre inoltre nuove possibilità per formulazioni rapidamente compostabili in ambiente domestico con carichi di amido molto elevati.

La tecnologia non si limita al PLA/amido. Il PHA, i sistemi PBAT/PLA e i riempitivi organici ricavati da scarti alimentari offrono ulteriori spunti per la realizzazione di materiali economici, a base biologica e compostabili.

L'importanza di questo approccio è stata riconosciuta anche a livello esterno: Synthomer Rosins è stata finalista al Biopolymer Awards 2026 nell’ambito dei convegno Biopolymer a Halle (Saale), Germania. In questo modo, le colofonie Synthomer, in quanto additivi funzionali per la prossima generazione di biopolimeri, assumono un ruolo sempre più centrale nel settore della lavorazione delle materie plastiche.