Considerando le numerose e sostanziali trasformazioni che la pelle subisce durante il processo produttivo conciario, unitamente alla complessità connessa all’anisotropia della matrice di origine naturale e al crescente utilizzo di un’ampia gamma di nuovi sistemi di concia alternativi a quelli tradizionali, risulta evidente che il controllo di prodotto e processo conciario rappresenta un tema cruciale e sfidante.
Tema che necessita pertanto di essere affrontato mettendo in campo tecnologie costantemente adeguate ai mutevoli scenari produttivi.
In tal senso, data la complessità dei sistemi oggetto di studio, un valido supporto è offerto dall’impiego di approcci multi-diagnostici, in grado di fornire informazioni cruciali sulle caratteristiche di qualità dei prodotti intermedi e finiti, oltre che sui parametri di processo; molti di tali approcci, prevedono il ricorso a tecniche di caratterizzazione, come tecniche cromatografiche, spettroscopiche e di microscopia ottica ed elettronica che, pur soddisfacendo l’esigenza di acquisire informazioni puntuali su prodotti e processo, presentano lo svantaggio di prevedere tempi di esecuzione mediamente lunghi.
Le soluzioni più attuali comprendono, d’altra parte, approcci automatizzati che consentano e di monitorare in maniera ottimale l’efficacia dei processi e la qualità dei prodotti, attraverso strumenti in grado di fornire risposte veloci, in modo da poter operare in abbiente di lavoro, con conseguente possibilità di risparmiare risorse. A questi vantaggi si aggiunge la possibilità di agire in maniera preventiva e predittiva attraverso l’impiego crescente di tecnologie NDT (Non Distruttive Testing) per il controllo in linea delle produzioni: come risulta da recenti studi svolti dalla SSIP in collaborazione con il suo partenariato, le tecniche ottiche interferometriche, e più in generale le tecniche di visione artificiale, sono risultate adatte per ispezioni veloci e si sono rivelate coerenti con le tendenze future delle tecnologie NDT, che vedranno lo sviluppo dei controlli non distruttivi automatizzati nei prossimi anni grazie all’uso sempre più diffuso di intelligenza artificiale (deep learning) e robot. Molto promettente risulta anche l’impiego di nuovi approcci di sensoristica basati su spettroscopia NIR (Near Infrared Spectroscopy) per il controllo (anche da remoto) della qualità dei prodotti intermedi e finiti in conceria, laddove l’industria conciaria e la filiera potranno sicuramente beneficiare di questi sviluppi tecnologici per raggiungere standard sempre più elevati di qualità e funzionalità dei prodotti che utilizzano la pelle.
La spettroscopia NIR è una tecnica consolidata per analisi e controlli di prodotto, che permette di indagare le proprietà chimico-fisiche dei campioni attraverso l’uso della regione infrarossa dello spettro elettromagnetico, nel range 12500–4000 cm−1; 800–2500 nm; conosciuta nei principi già a partire dal 1800, si è progressivamente diffusa solo dagli anni ’90, trovando applicazioni prevalentemente nei settori farmaceutico, alimentare, agricoltura, laddove sono stati riscontrati i principali vantaggi della tecnica in termini di: velocità di esecuzione di analisi e di risposta; possibilità di effettuare controlli non distruttivi; possibilità di impiego di fibre ottiche e di telecamere per il controllo online; facilità di utilizzo e limitata manutenzione richiesta; elevata sostenibilità (non prevedendo l’uso di solventi chimici o reagenti) e costi progressivamente più contenuti.
Riguardo all’efficacia della tecnica negli aspetti di caratterizzazione chimica, le bande di assorbimento più significative sono attribuite agli overtone e alle combinazioni di vibrazioni fondamentali, relative particolarmente ai gruppi funzionali, come –CH, –NH, –OH, –SH, con la conseguente possibilità di impiegare la tecnica per la qualificazione e caratterizzazione di numerose molecole e macromolecole di diversa natura; in ambito conciario, particolarmente promettente è la possibilità di impiegare la tecnica per evidenziare cambiamenti nella risposta di gruppi funzionali del collagene, in relazione alle condizioni operative sperimentate nella concia. La spettroscopia NIR è infatti stata impiegata per studiare ad esempio, le influenze del pH sulle interazioni di legame della fibra di collagene (CF) con i sali inorganici; nello specifico, la spettroscopia NIR ha mostrato avere un’elevata sensibilità ai lievi cambiamenti nel 1° picco armonico N-H dei gruppi amminici (-NH2) e nel 1° picco armonico OH dei gruppi carbossilici (-COOH) nel collagene dopo la concia, fornendo preziose informazioni riguardo all’efficacia dei trattamenti impiegati. Altre applicazioni in ambito conciario possono riguardare il monitoraggio della composizione dei chemicals, sia tradizionali che innovativi, e sia per il wet che per la rifinizione, oltre al possibile impiego per verificare l’esaurimento dei bagni di concia, al fine di testare l’efficacia del processo e gestire in maniera ottimale le risorse (in figura 1, a scopo esemplificativo, è riportata la sovrapposizione di spettri ottenuti dall’esame di acque di concia, nell’ambito di attività di ricerca svolte dalla SSIP con il suo partenariato, finalizzate in questo caso a monitorare l’efficacia del processo nelle fasi a umido).
Risulta pertanto evidente la possibilità di poter impiegare la tecnica con successo nel controllo di prodotto e processo in ambito conciario. Va tuttavia nel contempo evidenziato che il ricorso a tale approccio necessità di avviare investimenti, non soltanto sul piano tecnologico, ma anche sul piano della conoscenza, per garantire un livello di cultura scientifica adeguato alla gestione, elaborazione ed interpretazione delle informazioni ottenute dalle attività sperimentali. Per ottenere risultati utilizzabili, la spettroscopia NIR deve essere difatti inizialmente supportata dall’uso di metodi chemiometrici e analisi statistica multivariata dei dati; attraverso questo abbinamento di tecniche e adeguate calibrature operate da personale esperto, sarà possibile confrontare ed analizzare i dati ottenuti dagli spettri NIR abbinati al campione e generare modelli comparativi e database di riferimento. In altri termini, al fine di ottimizzare il segnale NIR, vengono comunemente applicate trasformazioni matematiche laddove, solo applicando metodi statistici multivariati, quali l’analisi delle componenti principali (PCA), è possibile apprezzare ed individuare raggruppamenti o trend nei dati acquisiti e, in definitiva, a seguito di adeguate operazioni di addestramento dei dati, riconoscere categorie di prodotti e materiali.
La Stazione Sperimentale, congiuntamente al suo partenariato di ricerca, ha avviato in tal senso attività scientifiche ed investimenti, sia sul piano tecnologico che delle conoscenze, volti a valutare il potenziale applicativo della tecnica a beneficio del settore.
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A cura di Claudia Florio, Coordinatore Dipartimento Biotecnologie Conciarie