Materiali polimerici

MATERIALI POLIMERICI

SONO MATERIALI COMPOSTI DA CATENE MOLECOLARI LUNGHISSIME, sono sostanze formate da tante piccole parti (unità ripetitive) cioè i monomeri che si ripetono innumerevoli volte all'interno della catena molecolare, possono essere sia naturali che ottenuti artificialmente..

Quelli naturali sono più diffusi di quanto non si pensa: il legno la gomma per non dire tutta la grande famiglia delle proteine..

I polimeri semi-sintetici provengono dai naturali ma con una opportuna trasformazione chimica

I polimeri sintetici derivano invece da creazione artificiale e derivano tutti dal petrolio..

Un esempio è il pvc

Ormai sono cosi diffusi da essere entrati anche nell'edilizia.

essi non sono biodegradabili quindi non possono essere buttatiti nelle discariche.. ma andrebbero riportati alle industrie che li riciclano

I polimeri si dividono in tre famiglie:

Termoplastici sono le materie plastiche: poli-etilene, poli-propilene, poli vinil cloruro (PVC), nylon. Richiedono calore per essere formati e dopo il raffreddamento mantengono la forma in cui sono stati modellati. Rammolliscono alle alte temperature quindi possono essere riscaldati e rimodellati in nuove forme.

Termoindurenti sono le resine: le resine epossidiche e quelle poliestere. Vengono miscelati e una volta modellati in una forma, vengono reticolati ed induriti attraverso una reazione chimica attivata dall'aumento della temperatura. Essendo un processo chimico irreversibile, non è possibile scaldarli nuovamente per rimodellarli perché questo provoca il loro degrado

Elastomeri sono le gomme, caratterizzate dal fatto di poter subire grandi deformazioni elastiche e  quando rimuoviamo il carico il materiale torna alle sue condizioni originali. sono usati per guarnizioni ma soprattutto nei pneumatici per le auto, per realizzare i cuscinetti in neoprene per fare isolamenti sismici.

CAMPI DÌ APPLICAZIONE

. come  tubazioni (pvc), perché non temono corrosione,

. come fibre, soprattutto come materiali compositi per il rinforzo degli edifici

. come espansi, con proprietà isolanti rispetto all'elettricità e al rumore

. base per vernici, lacche, impermeabilizzanti, compositi, ecc.

VANTAGGI

. Leggerezza

. inezia chimica (sia in ambiente acido che basico)

. costi relativamente bassi

. prodotti con velocità

SVANTAGGI

. modeste proprietà meccaniche

. scarsa resistenza al fuoco (degradano o rammolliscono perdendo la forma)

. tossicità dei prodotti di combustione)

. ridotta resistenza a solventi organici, quindi non possono essere usati per fognature) ..

questo perché gli stessi polimeri sono material organici.

COME SONO COSTITUITI A LIVELLO MICROSCOPICO?

Da macromolecole formate da una successione di tanti MONOMERI che attraverso le reazioni di polimerizzazione diventano polimeri. se le unità ripetenti sono uguali si parla di OMOPOLIMERO, altrimenti si parla di PLIPOLIMERI.

I COPOLIMERI sono formati da catene polimeriche costituite da due o più unità ripetitive chimicamente differenti disposte con sequenze differenti;

si possono ottenere mescolando vari monomeri e il mescolamento può essere casuale, o regolare (più elevate resistenze meccaniche) oppure ad innesto.

Queste reazioni di polimerizzazione possono essere di 4 tipi:

POLIADDIZIONI. È la somma di tanti monomeri. Per esempio l'etilene , che se subisce una poliaddizione, otteniamo il polietilene

POLICONDENSAZIONI. Ci sono due sostanze che reagiscono fra loro che per dare luogo al prodotto finale liberano un sottoprodotto, che di solito è una molecola d'acqua. Esempi di materiali prodotti così è il nylon.

MECCANISMI A STADI. Un monomero reagisce con un altro per fare un dimero che può reagire con un altro e così via.. man mano che procede, la velocità della reazione diminuisce, perché si forma un groviglio.

POLIMERIZZAZIONE A CATEANA per addizione di vari monomeri, la velocità di propagazione rimane costante.

Capiamo che a seconda di quanto dura la reazione le catene verranno più o meno lunghe e questo è importante perché più è alto il un numero di monomeri concatenati e più le proprietà meccaniche sono elevate. si dice grado di polimerizzazione il numero di molecole del monomero che costituisce il polimero. si parla di polimero a bassa densità o alta densità (migliore).

All'interno di un polimero è importante che tutte le catene molecolari hanno la stessa lunghezza, ma si parla in genere di distribuzione statistica del peso molecolare, in quanto la struttura dei polimeri è formata da molte catene di lunghezza differente e quindi di peso molecolare differente.

È importante perché una distribuzione più ampia mi dice che il materiale è poco omogeneo, una campana stretta mi dice che le proprietà fisiche e meccaniche sono più omogenee.

Però più è alto il peso molecolare e più difficile è anche lavorarlo..

STRUTTURA DELLE MACROMOLECOLE

A seconda di come vengono disposti i monomeri noi abbiamo disposizioni:

LINEARI

RAMIFICATE, ramificazioni lunghe e ramificazioni corte, dove i legami sono deboli (bassa resistenza meccanica). I legami che saltano sono sempre quelli più deboli quindi riscaldando nuovamente saremo in grado di ripristinare le catene

RETICOLATE, la rottura del legame può avvenire in qualsiasi punto quindi non è possibile rilegarli

Altra variante è, a livello conformazionale, la cristallinità dei polimeri che dipende dalla disposizione delle singole catene e dall'ordine delle catene tra loro., quello che succede è che gli andamenti delle catene saranno fatte ad elica o a catena ripiegata o semplicemente in un gomitolo statistico per il quale il materiale risulta prettamente amorfo

Più il polimero è cristallino e migliori sono le qualità meccaniche ma è più difficile da produrre

Abbiamo poi anche una situazione intermedia detta a frange dove ci sono piccole zone cristalline immerse in zone amorfe..

COMPORTAMENTO MECCANICO

Altra particolarità dei polimeri è che hanno un comportamento viscoelastico come quello del legno, se c'è un o sforzo costante per un dato istante, avremo una deformazione elastica istantanea e poi una deformazione viscosa che evolve nel tempo, il recupero della deformazione istantanea è totale, più lento è quello della deformazione viscosa che si recupera dopo un po' di tempo ma si recupera tutta.

Quindi se sottopongo un polimero a trazione le fibre tendono ad allungarsi e poi quando scarico le fibre tornano ad aggrovigliarsi ma ci vuole un po' di tempo.

Il comportamento meccanico è fortemente influenzato dalla temperatura, quindi è importante  anche la temperatura a cui lavoro, bastano una decina di gradi di differenza e le proprietà meccaniche del materiale cambiano

I tre tipici comportamenti dei materiali polimerici sottoposti a trazione sono:

fragile rompe a elevate forze ma non deforma

duttile comportamento dei polimeri gommosi. Superato lo snervamento avviene una strizione della sezione, le molecole si allineano lungo la direzione del carico però a quel punto ho un'impennata della resistenza, perché le varie molecole si sono disposte lungo la direzione preferenziale

elastomero le deformazioni prima di arrivare a rottura sono enormi.

PRODUZIONE

Per i termoplastici, si parte da gas naturale petrolio e carbone per ottenere materie plastiche che vengono propriamente lavorate. Questi materiali vengono scaldati formati e raffreddati con un processo reversibile..

Per i termoindurenti, i vari indurenti vengono miscelati, poi da soli sono in grado di dar luogo alla reticolazione dei legami duri covalenti. Prendono la forma dei recipienti dove la metto e poi solidificano. Essendo un processo chimico e non fisico è irreversibile.

STAMPAGGIO PER INIEZIONE

STAMPAGGIO PER ESTRUSIONE (per pezzi tipo tubi)

STAMPAGGIO PER SOFFIATURA (per le bottiglie)