Ottimizzazione di un coating circolare super-idrofobico a base di lignina per materiali alternativi al cuoio sostenibili

The search for sustainable, fossil-free and non-animal alternatives materials to leather is limited by the strong hydrophilicity of bio-based materials, which compromises their stability and durability. In the search for sustainable solutions to increase water resistance, lignin exhibits naturally hydrophobic properties. However, methods for extracting lignin from herbaceous biomass involve the use of polluting chemical processes. This work proposes a circular approach to superhydrophobize a sustainable alternative material to leather, optimizing an effective and sustainable process for lignin extraction. The lignin, used in blend with beeswax to produce a hydrophobic coating, was extracted using the organosolv method from spent tea residues. This by-product is derived from the fermentation of Kombucha tea, used for the biosynthesis of bacterial cellulose, present in the alternative material to leather to be hydrophobized. The material coated with beeswax and lignin showed a static contact angle of about 158°, falling within the superhydrophobic range and remaining stable even after 60 seconds. When only beeswax was deposited, the contact angle showed lower values in the hydrophobic range (115°). After the water flow resistance test a hydrophobic behaviour of the lignin-based coating was noted. Mechanical tests showed that the application of the lignin-based coating has high moisture resistance. In fact, the tensile strength of the material coated with beeswax and lignin decreased by about 15% under humid conditions. This value was significantly lower than that of the material coated with beeswax alone (49%). This project demonstrates the possibility of obtaining a completely bio-based, closed-loop material with stable superhydrophobic properties and mechanical performance comparable to leather, contributing to the development of sustainable solutions for the fashion industry.

La ricerca di materiali alternativi al cuoio sostenibili e privi di componenti fossili è ostacolata dalla forte idrofilicità delle alternative alle pelli bio-derivate che ne compromette stabilità e durabilità. Nella ricerca di soluzioni sostenibili per aumentare la resistenza all’acqua, la lignina mostra proprietà naturalmente idrofobiche. Tuttavia, i metodi di estrazione di lignina da biomasse erbacee prevedono l’utilizzo di processi chimici inquinanti. Questo lavoro propone un approccio circolare di super-idrofobicizzazione di un materiale sostenibile alternativo al cuoio, ottimizzando un processo efficace e sostenibile di estrazione della lignina. La lignina, utilizzata in blend con la cera d’api per produrre un coating idrofobico, è stata estratta con metodo organosolv da residui di tè esausto. Tale sottoprodotto è derivato dalla fermentazione del tè Kombucha, sfruttato per la bio-sintesi della cellulosa batterica, presente nel materiale alternativo al cuoio da idrofobicizzare. Il materiale rivestito con il coating di cera d’api e lignina ha mostrato un angolo di contatto statico di 158°, rientrando nel range di super-idrofobicità e mantenuto stabile anche dopo 60 s. Depositando solo cera d’api, l’angolo di contatto ha mostrato valori inferiori nel range di idrofobicità (115°). A seguito del test di resistenza al flusso d’acqua il comportamento idrofobico del coating a base di lignina ha confermato la sua resistenza e stabilità. Le prove meccaniche hanno evidenziato che l’applicazione del rivestimento a base di lignina possiede un’elevata resistenza all’umidità. Infatti, la resistenza dello sforzo a trazione del materiale rivestito con cera d’api e lignina, in condizioni umide, ha avuto una diminuzione di circa il 15%. Tale valore è risultato essere significativamente minore rispetto a quello del materiale rivestito con sola cera d’api (49%). Questo progetto dimostra la possibilità di ottenere un materiale completamente bio-based e a circolarità chiusa, con proprietà super-idrofobiche stabili e prestazioni meccaniche comparabili al cuoio, contribuendo allo sviluppo di soluzioni sostenibili per l’industria della moda.