Formulazione e caratterizzazione di un materiale estrudibile leather like a base di cellulosa batterica e scarti di produzione del cuoio

The leather goods sector is widespread worldwide, with an economic value of $394.12 billion in 2020 and an annual growth rate of 5.9%. However, leather production has a significant environmental impact both during the tanning process and in its end-of-life disposal. The objective of this thesis is to enhance the industrial leather waste by formulating an extrudable composite biomaterial similar to leather. This biomaterial can be applied for both biofabrication of bio-based leather sheets and the creation of accessories through 3D printing using extrusion technology. Initially, the cultivation of bacterial cellulose from Kombucha tea fermentation was optimized. After partial hydrolysis, it was rheologically and mechanically characterized. Subsequently, it was used in conjunction with gelatin, glycerol, and leather powder for the biofabrication of circular biomaterial similar to leather. Five formulations of this biomaterial were identified and mechanically tested for traction to evaluate those that most closely resembled real leather. Among the most promising formulations, the behavior in water, rheological properties, and printability were tested to assess the shape fidelity of the extruded material. Circular materials were obtained that exhibit mechanical behaviors similar to leather. Furthermore, the printability and shape fidelity of the materials were demonstrated, aiming to create customized objects based on the versatility of 3D printing technology.

Il settore della pelletteria è diffuso in tutto il mondo, con un valore economico di 394.12 miliardi di dollari nel 2020 ed un tasso di crescita annuo del 5.9%. Tuttavia, la realizzazione del cuoio ha un grave impatto ambientale sia durante il processo di concia, che nel suo smaltimento a fine vita. Questo lavoro di tesi ha come obiettivo la valorizzazione degli scarti industriali di cuoio attraverso la formulazione di un biomateriale composito estrudibile simil-pelle, che possa essere applicato sia per la biofabbricazione di fogli di pelle bio-based che per la personalizzazione di accessori attraverso la tecnologia di stampa 3D ad estrusione. In un primo momento, si è ottimizzata la coltura di cellulosa batterica da fermentazione del tè Kombucha. Questa, in seguito a parziale idrolisi, è stata caratterizzata reologicamente e meccanicamente e utilizzata insieme a gelatina, glicerolo e polverino di cuoio, per la biofabbricazione del biomateriale circolare simil-pelle. Si sono identificate cinque formulazioni di tale biomateriale che sono state testate meccanicamente a trazione per valutare quelle che avessero proprietà meccaniche simili alla vera pelle. Di quelle più promettenti è stato testato il comportamento in acqua e reologico, e la loro stampabilità, per valutare la fedeltà di forma del materiale estruso. Si sono ottenuti dei materiali circolari che presentano comportamenti meccanici affini a quelli del cuoio; è stata dimostrata inoltre la stampabilità dei materiali nell’ottica di realizzare oggetti customizzati grazie alla versatilità della stampa 3D.