La pianta di canapa costituisce un’ottima fonte di legno e di fibre molto ricche in cellulosa. Il legno viene detto canapulo ed è leggero e molto assorbente mentre le fibre sono estremamente tenaci e resistenti. Entrambi sono estratti dal fusto della pianta che può raggiungere i 5-6 metri d’altezza con una sezione che può variare da pochi millimetri ad alcuni centimetri. Con un ciclo di vita annuale, un impatto positivo sull’ambiente e una resa che può superare le 10 tonnellate di biomassa per ettaro, la canapa si candida come fonte rinnovabile di fibre, legno e cellulosa.

STRUTTURA DELLE FIBRE DI CANAPA 

Le fibre di canapa sono costituite da circa il 70% da cellulosa, il 15% da emicellulosa, l’1-3% da pectina, il 3% da lignina e il resto da proteine, minerali, grassi e cere. Ciascuna fibra possiede una parete primaria sottile circondata da una parete secondaria costituita a sua volta da tre strati. Ogni fibra è caratterizzata da un foro centrale detto lumen che conferisce la caratteristica leggerezza e traspirabilità alle fibre.

Le catene di cellulosa si uniscono tra loro per attrazione chimica, come in una corda formata da fili, costituendo un fascio (micro-fibrilla) in cui circa 40 “fili” di cellulosa si uniscono e raggiungono un diametro di 5 nm; questi fasci si raggruppano ulteriormente in macro-fibrille di circa 20-40 nm di diametro tenute insieme tra loro da una rete di emicellulose; le macro-fibrille si ordinano in fasci ancora più grandi a formare le fibre di cellulosa.

Anche la lignina può trovarsi all’interno di questa rete in forma di grumi isolati oppure di rete a sostituire l’emicellulosa stessa; l’effetto è un aumento del grado di complessità dell’intreccio con una maggior difficoltà nel districarlo, un aumento di rigidità e delle proprietà idrofobiche delle fibre.

LA CELLULOSA

La cellulosa è il più abbondante polimero naturale al mondo ed è un materiale resistente, riciclabile, bio-compatibile e atossico. È la materia prima rinnovabile per eccellenza, metà della biomassa prodotta dagli organismi fotosintetici come piante, alghe e alcuni batteri è costituita da cellulosa e svolge un ruolo fondamentale nel loro sostegno. Si tratta di una risorsa presente su tutto il globo, disponibile in grandi quantità e in continua rigenerazione.

Chimicamente è costituita da uno zucchero, il glucosio, che si ripete migliaia di volte lungo l’intera molecola in maniera lineare (figura 1). Le molecole di glucosio sono legate tra loro (ponte ossigeno trai carboni C1 e C4) ed ognuna contiene tre gruppi ossidrilici (-OH). Questi gruppi hanno la capacità di formare legami all’interno della stessa catena di cellulosa (intra-molecolari) e con altre circostanti (extra-molecolari); le catene tendono a disporsi in parallelo tra loro formando una struttura cristallina semi-regolare.

APPLICAZIONI STORICHE
Gli impieghi delle fibre di canapa hanno radici profonde nel passato: in Europa per molti secoli i tessuti, gli indumenti e i cordami erano ottenuti a partire dalla canapa. Data la vasta gamma di pregi e la diffusa coltivazione, molti settori produttivi si rifornivano di materia prima dai coltivatori di canapa.

Anche la carta era una volta ottenuta da fibre di canapa, esempi storici testimoniano la bontà della pianta in questo settore come la prima Bibbia stampata su carta (Bibbia di Gutenberg, 1453) che fu realizzata impiegando canapa italiana secondo alcune fonti e la Dichiarazione di Indipendenza Americana scritta nel 1776.

All’epoca la maggior parte della carta era ottenuta in maniera naturale a partire da piante come la canapa non disponendo delle tecnologie chimiche per estrarre la cellulosa dagli alberi come facciamo oggi giorno a scapito dell’ambiente, dato che un ettaro di canapa è in grado di produrre tanta carta quanta se ne ricava da 4–10 ettari di alberi in un ciclo di vent’anni.

APPLICAZIONI FUTURE

Le fibre di canapa sono state sostituite nel secolo scorso da cotone e derivati sintetici come nylon, acrilati, poliammidi, poliesteri mentre la carta viene ottenuta quasi esclusivamente dagli alberi con processi molto pesanti per l’ambiente (processo Kraft). Eppure, le fibre di canapa possiedono notevoli vantaggi come nessun effetto allergenico sulla pelle, proprietà antimicrobiche, rapido assorbimento dell’umidità accompagnato da una rapida asciugatura, biodegradabilità e protezione contro i raggi UV.

La canapa e la sua cellulosa viene impiegata forzatamente in nuovi settori, principalmente per applicazioni altamente tecnologiche, e non più nei settori che storicamente l’hanno distinta a causa dei monopoli creati dalle “nuove” materie prime. I cristalli di cellulosa purificati rappresentano un materiale chimicamente molto duttile e vengono impiegati in una molteplicità di applicazioni.

Nel campo medico sono stati utilizzati per lo sviluppo di dispositivi elettronici bio-compatibili come i bio-sensori, in grado di convertire informazioni chimiche e biochimiche in un impulso elettronico, con il potenziale di segnalare la presenza di tossine o la mancanza di nutrimenti ad esempio.

In campo energetico sono state studiate delle bio-batterie capaci di generare energia a partire da flussi biologici come sangue e plasma, in grado di alimentare dispositivi elettrici come pacemaker.

Un’altra applicazione sono i materiali assorbenti equivalenti a delle super-spugne, capaci di assorbire sostanze inquinanti come il petrolio disperso in mare. Le strutture di cellulosa vengono studiate per essere il più porose possibili, inoltre, possono essere modificate in modo da essere selettivi verso specifici inquinanti e ancora avere la capacità di rigenerarsi potendo trattare e smaltire l’inquinante all’interno della struttura stessa.

 

BIBLIOGRAFIA
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Ana Baptista, I. F. (2013). Cellulose-Based Bioelectronic Devices. Cellulose – Medical, Pharmaceutical and Electronic Applications.
Clarke, R. C. (2010). Traditional Fiber Hemp (Cannabis) Production, Processing, Yarn Making, and Weaving Strategies—Functional Constraints and Regional Responses. Journal of Natural Fibers.
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