Influenza dei tassi di crescita, delle proprietà microstrutturali e della composizione biochimica sulla stabilità termica dei funghi miceli

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15105 (2022) Citare questo articolo

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Le specie fungine del micelio presentano caratteristiche ignifughe. L’influenza dei mezzi di crescita sui tassi di crescita dei funghi, sulla composizione biochimica e sulle caratteristiche microstrutturali e la loro relazione con le proprietà termiche è poco conosciuta. In questo articolo, dimostriamo che la melassa può supportare la crescita di specie fungine del phylum Basidiomycota non patogene producendo materiali bio-derivati ​​con potenziali caratteristiche di ritardo del fuoco. La microscopia elettronica a scansione e la spettrometria infrarossa a trasformata di Fourier (FTIR) sono state utilizzate per indagare le proprietà microstrutturali e biochimiche delle specie di micelio coltivate nella melassa. La decomposizione termica dei miceli alimentati con melassa è stata valutata tramite analisi termogravimetrica interfacciata con FTIR per l'analisi del gas evoluto in tempo reale. Sono state inoltre valutate le caratteristiche morfologiche e microstrutturali del carbone residuo post-esposizione termica. La caratterizzazione del materiale ha consentito di stabilire una relazione tra le proprietà microstrutturali, biochimiche e termiche dei miceli alimentati con melassa. Questo articolo presenta un'esplorazione completa dei meccanismi che governano la degradazione termica di tre specie miceliali coltivate nella melassa. Questi risultati della ricerca fanno avanzare la conoscenza dei parametri critici che controllano i tassi di crescita e le rese dei funghi, nonché il modo in cui le proprietà microstrutturali e biochimiche influenzano la risposta termica del micelio.

L'uso di compositi polimerici strutturalmente efficienti nei veicoli adibiti al trasporto passeggeri e nelle abitazioni è vincolato da rigorosi codici antincendio (ad esempio, proprietà di combustibilità e infiammabilità del materiale)1. I compositi polimerici si infiammano e bruciano con una combustione prolungata se esposti a temperature elevate e ambienti ossidanti2. La combustione dei compositi polimerici genera calore che può compromettere l'integrità delle strutture ingegneristiche attraverso l'ammorbidimento e la decomposizione della matrice, la rottura per delaminazione e il danneggiamento delle fibre3. Inoltre, la combustione dei polimeri produce gas e fumi tossici come monossido di carbonio e idrocarburi parzialmente decomposti (ovvero fuliggine di carbonio) che sono responsabili della maggior parte dei decessi legati agli incendi4. L’incendio della Grenfell Tower del 2017, attribuito all’uso di pannelli di rivestimento compositi in alluminio incorporato in polietilene che non soddisfacevano gli standard di sicurezza antincendio, ha provocato 72 morti, per lo più causati dall’inalazione di fumo5. Allo stesso modo, il fumo denso, tossico e irritante proveniente dai materiali della cabina in fiamme causò 48 dei 55 morti nel disastro dell'aeroporto di Manchester del 1985 in cui l'aereo British Airtours Flight 28 M prese fuoco a causa di un guasto al motore durante il decollo6. L’incendio della Grenfell Tower e il disastro dell’aeroporto di Manchester sono solo due esempi delle numerose tragedie degli incendi che evidenziano la criticità della comprensione delle proprietà di reazione al fuoco dei polimeri.

L'integrazione di ritardanti di fiamma (FR) nei compositi polimerici mitiga efficacemente le reazioni di combustione della fiamma e riduce il volume di gas e fumi tossici7,8. Esistono diversi metodi per integrare gli FR nei compositi polimerici, tra cui la modifica della matrice polimerica utilizzando particelle FR di dimensioni nano e micro9, l'applicazione di rivestimenti superficiali protettivi termici10 e l'uso di polimeri intrinsecamente ritardanti di fiamma come le resine fenoliche11. Per molti anni, i composti alogenati sono stati gli FR preferiti per la maggior parte dei sistemi polimerici grazie ai loro meccanismi di ritardo della fiamma in fase gassosa altamente efficienti8,12. Sfortunatamente, i ritardanti di fiamma alogenati rilasciano gas corrosivi e dannosi per l’ozono, limitandone l’uso o comportandone la rimozione in alcune giurisdizioni12,13. La corsa per sostituire gli FR alogenati è stata finora dominata da composti contenenti fosforo e azoto, sia organici che inorganici, tra cui polifosfato di ammonio14, fosfato di melammina15, pentaeritritolo16, composti intumescenti17, nanomateriali a base di carbonio (ad esempio CNT, grafene)18, sali metallici19 e idrossidi20. Sebbene i FR privi di alogeni siano efficaci, la loro adozione diffusa è messa in discussione da processi di produzione dannosi per l’ambiente, salute e sicurezza sul lavoro relative alla lavorazione e manipolazione di materiali pericolosi (ad esempio, nanomateriali a base di carbonio) e possibili danni ambientali dovuti alla lisciviazione di metalli pesanti. Al contrario, i FR bioderivati ​​come il micelio mostrano il potenziale per FR benigni dal punto di vista ambientale che soddisfano sia i requisiti di resistenza al fuoco che quelli di produzione sostenibile. Tuttavia, l’efficacia del micelio nel rallentamento del fuoco e i corrispondenti meccanismi di ritardo del fuoco non sono ancora del tutto chiari per consentire un’applicazione su larga scala. Quando si coltiva il micelio, è fondamentale mantenere un ambiente sterile per prevenire la contaminazione da parte di altre specie patogene. Mantenere un ambiente di crescita sterile su scala industriale può essere difficile. Inoltre, la garanzia della qualità del prodotto sarà messa a dura prova dalla variabilità dei lotti dovuta ai diversi modelli di crescita.