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ARGENTO, BIOSSIDO DI TITANIO E CERAMICA ANTIBATTERICA: LA PROSPETTIVA DELLA CHIMICA

Il mercato della piastrella è oggi sempre più focalizzato sulla ricerca di superfici in grado di garantire ed enfatizzare le già note caratteristiche della ceramica in fatto d’igiene e pulizia. 

Parole come antibatterico, battericida, batteriostatico e sanitizzante riempiono attualmente le pagine di molte pubblicazioni, non solo di settore.
In campo ceramico, tra le diverse soluzioni sotto indagine, due sono le sostanze che al momento sembrano essere le più accreditate a sviluppare quel potere antibatterico che ormai in molti vanno cercando: argento biossido di titanio.
Proviamo a vederle da più vicino.

 

IONI D'ARGENTO (Ag+)

L’argento è un metallo nobile con una lunga tradizione di utilizzo. Un oligoelemento presente anche nei tessuti degli organismi che, pur in quantità estremamente ridotte, viene assunto dagli esseri umani anche tramite l’alimentazione. Molteplici sono le applicazioni che l’argento trova in campo sia medico che industriale. Una volta che il metallo puro cambia veste mediante l’intervento di specifici processi, esso acquisisce quelle peculiari proprietà che lo rendono adatto ad un uso sanitario. Si può parlare in tal senso di argento ionico argento colloidale.

 


Proviamo - pur nella scivolosità del lessico – a tracciare in termini chimici una macro differenza tra le due sopra citate forme.

► Parlare di argento in forma ionica significa parlare di un tipo di argento (Ag+) che contiene, in questa forma, i cationi monovalenti che sono i promotori dell’azione biocida sui micro organismi. 

► L’argento colloidale si presenta sottoforma di particelle metalliche nanometriche (le particelle possono arrivare a dimensioni pari a poche decine di nanometri): l’argento che si trova allo stato Ag°, rilascia ioni Ag+ con azione biocida nel momento in cui viene a contatto con umidità / acqua

 

Da cosa dipende l’azione antimicrobica dell’argento?
Essa è strettamente legata alla quantità di ioni bioattivi (e dunque di argento ionico con carica positiva) rilasciati e all’interazione che essi intraprendono con le membrane cellulari batteriche e patogene. 

 

Che tipo di azione e impatto producono gli ioni positivi (Ag+)?
L’argento agisce in tutta sostanza per contatto: gli ioni metallici si combinano con i gruppi sulfidrilici presenti nelle proteine dei micro organismi batterici andando a denaturarli sino a danneggiare la loro parete cellulare.

 

► Danneggiano la struttura e le funzionalità delle pareti cellulari batteriche, depositandosi sottoforma di granuli sulla superficie dei microrganismi 

► Inibiscono le principali funzioni fisiologiche delle cellule batteriche, interferendo con i loro enzimi vitali, bloccandone la respirazione e scomponendone le membrane cellulari

► Inibiscono il meccanismo di duplicazione del DNA batterico, fondamentale per la proliferazione dei patogeni

 

1. Gli ioni d'argento penetrano nella membrana cellulare del microbo
2. Procedono la loro azione soffocando la sua respirazione
3. Aggrediscono il DNA del microbo impedendone la riproduzione

 

 

BIOSSIDO DI TITANIO (TiO2)

Il biossido di Titanio, diversamente dagli ioni d’argento, conferisce alla superficie caratteristiche foto catalitiche in presenza di radiazioni UV. Durante il processo foto catalitico promosso dalle radiazioni si sviluppano dei radicali di ossigeno e delle molecole d’ossigeno monoatomiche e triatomiche che si fanno promotrici dell’azione antibatterica.
Il biossido di Titanio è inoltre noto per le proprie caratteristiche idrofile per le quali viene utilizzato in molti campi, compreso quello ceramico. (Si pensi a tale proposito all’effetto di riduzione della presenza di gocce d’acqua sulle superfici all’interno dei box doccia o degli specchietti retrovisori delle auto.)

MISURAZIONE E CATALOGAZIONI

E’ evidente che sul piano teorico la spiegazione è tutto sommato “semplice” ma, in termini concreti, qual è allo stato attuale la reale efficacia dei trattamenti e quali sono le problematiche alle quali la ricerca, e dunque i produttori di ceramica, si trovano oggi a dover fare fronte?
Come abbiamo già visto, sappiamo che per essere dichiarata antibatterica una superficie deve dimostrare la capacità di abbattere il 99.9% dei quattro principali ceppi batterici ma che in taluni casi la soglia sembra non essere così rigida. Per meglio classificare i risultati della funzionalizzazione è stata formulata una casistica che individua e cataloga con maggiore precisione l’efficacia dell’azione antibatterica:

 

► R0: < 90%
► R1: > 90%
► R2: > 99%
► R3: > 99,9%
► R4: > 99,99%
► R5: > 99,999%

 

Aldilà di questa didascalica e pur tuttavia importante categorizzazione, potremmo dire in termini più generali che se da un lato è certo che alcune soluzioni si sono rivelate efficaci è altrettanto vero che, ancora oggi, occorrono nuovi approfondimenti e sviluppi per scavallare diversi punti critici sui quali la ricerca sta correntemente lavorando. 
Vediamo di seguito i più significativi.

 

PRINCIPALI CRITICITÀ AD OGGI INDIVIDUABILI

  1. In primo luogo i principi attivi utilizzati non devono subire modifiche strutturali in applicazione che potrebbero alterare l’efficacia dell’agente antibatterico, vanificandone l’effetto se non addirittura divenendo responsabile di effetti collaterali. Ad esempio il Biossido di Titanio risulta attivo a determinate temperature ma perde totalmente la propria efficacia trasformandosi in Rutilo se sottoposto a temperature più elevate. 
    Il tema delle alte temperature dei cicli di cottura ceramici è in questo senso un tema cruciale. Non è un caso che il comparto ceramico viva un gap temporale rispetto ad altri settori dell’industria (si pensi al settore del tessile, della plastica o all’acciaio) che utilizzano di prassi, e già da diversi anni, applicazioni antibatteriche proprio in funzione dei loro differenti processi produttivi.
     
  2. L’efficacia dell’azione antibatterica è inoltre in stretta relazione con la necessità di avere un’elevata superficie specifica dei principi attivi in uso: occorre parlare dunque di nano polveri. Allo stesso tempo occorre fronteggiare la tendenza aggregativa delle nano polveri: la formazione di aggregati infatti può in qualche modo inficiare o abbassare la loro efficacia antibatterica. In questi casi, specie quelli più problematici, diventa necessario ricorrere all’uso della sonicazione (uso degli ultrasuoni) per velocizzare la dissoluzione dei soluti.
     
  3. La reale efficacia dei principi attivi si sviluppa con massima enfasi solo se essi rimangono in superficie, a contatto con l’aria e la parte più esterna della piastrella: essi pertanto non devono implicitamente affondare nella vetrina dello smalto e/o essere da esso inglobati. Anche questo tema è dunque piuttosto spinoso in quanto apre evidenti spunti di riflessione circa le diverse opzioni applicative con le quali addizionare il principio antibatterico.
     
  4. Un altro tema su cui occorre porre molta attenzione ai fini dell’ottenimento di un buon risultato è certamente l’accuratezza con cui vengono progettati i materiali all’interno dei quali il principio attivo deve essere inglobato. Smalti, inchiostri, prodotti per trattamenti superficiali, etc., non sono in questo senso, e in alcun modo, variabili indipendenti. Fattori come temperatura di rammollimento e fusione, viscosità e densità – per citarne alcuni –interagiscono con i principi attivi di volta in volta accentuandone o, al contrario, riducendone e/o neutralizzandone l’azione.

 

PRODOTTO UNIVERSALE O SINGOLI PROGETTI DECLINABILI SUL CLIENTE?

Stando alle premesse, risulta chiaro come sia difficile poter parlare di un unico prodotto che funzioni trasversalmente sul mercato della piastrella. Molte sono le variabili in campo: dalle materie prime agli assetti delle linee produttive passando attraverso la tipologia di prodotto che s’intende funzionalizzare.  Un prodotto naturale necessiterà di una modalità applicativa differente rispetto ad un prodotto levigato o lappato così come una determinata linea produttiva potrà più facilmente sostenere modalità applicative rispetto ad altre.
Occorre pertanto procedere con valutazioni trasversali in funzione delle esigenze e degli obiettivi di produzione dei diversi interlocutori: una procedura può risolvere determinate problematiche lasciandone scoperte altre. Compito del fornitore di soluzioni è esattamente questo: costruire sul campo, al fianco del cliente, un percorso che tenga conto, nel dettaglio, di specificità, convenienze e opportunità.



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