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Introduzione ai Polimeri: Proprietà, Tipi e Applicazioni, Sbobinature di Scienza e Tecnologia dei Materiali

materiali polimerici, polimeri termoindurenti termoplastici

Tipologia: Sbobinature

2021/2022

Caricato il 20/01/2022

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angela-b-2 🇮🇹

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MATERIALI POLIMERICI
Polimeri (composti da macromolecole e derivati dal petrolio) + additivi = materiali polimerici
Additivi coloranti, plasticizzanti, ritardanti di fiamma… ecc.
I POLIMERI SONO MACROMOLECOLE MOLTO LUNGHE OTTENUTE DALLA COMBINAZIONE DI VARI MONOMERI
Monomero: ETILENE -> polimero: POLIETILENE (PE) a bassa e ad alta densità
Monomero: PROPILENE -> polimero: POLIPROPILENE (PP) – moplen
Monomero: VINILCLORURO -> polimero: POLIVINILCLORURO (PVC)
Monomero: STIRENE -> polimero: POLISTIRENE O POLISTIROLO (PS)
Monomero: TETRAFLUOROETILENE -> polimero: POLITETRAFLUOROETILENE (PTFE) – teflon
Sono polimeri termoplastici e vengono ottenuti attraverso una polimerizzazione di addizione.
La polimerizzazione viene fatta attraverso processi di riscaldamento in presenza di alta pressione e di un radicale R°, si tratta di
una molecola organica molto attiva che presenta un elettrone spaiato.
Nel caso dell’etilene, il doppio legame è formato da un legame s e
di un legame p.
La polimerizzazione inizia dalla specie radicalica che attacca l’etilene,
in modo particolare il suo doppio legame. Il legame psi rompe; dei
due elettroni del legame uno si lega al radicale.
Mentre l’altro elettrone si lega sul carbonio.
A sua volta la restante parte dell’etilene diventa un radicale, incontra
un’altra molecola di etilene e l’elettrone spaiato rompe il legame p
della nuova molecola di etilene.
Si formerà una nuova molecola che a sua volta trovando un altro monomero, attaccherà e romperà il legame p formando una
catena sempre più lunga. Si forma una lunga catena lineare con poche ramificazioni, nel caso del propilene CH3
Essendo i monomeri gassosi, l’elevata pressione è sintomo di questo processo, aiutato dall’alta temperatura e dal radicale.
Ci sono altri tipi di polimeri, i polimeri termoindurenti, sono ottenuti da un altro tipo di polimerizzazione (polimerizzazione per
condensazione). Questi polimeri sono formati da una catena lineare reticolata, legata da forti legami covalenti.
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MATERIALI POLIMERICI

Polimeri (composti da macromolecole e derivati dal petrolio) + additivi = materiali polimerici Additivi coloranti, plasticizzanti, ritardanti di fiamma… ecc. I POLIMERI SONO MACROMOLECOLE MOLTO LUNGHE OTTENUTE DALLA COMBINAZIONE DI VARI MONOMERI Monomero: ETILENE -> polimero: POLIETILENE (PE) a bassa e ad alta densità Monomero: PROPILENE -> polimero: POLIPROPILENE (PP) – moplen Monomero: VINILCLORURO -> polimero: POLIVINILCLORURO (PVC) Monomero: STIRENE -> polimero: POLISTIRENE O POLISTIROLO (PS) Monomero: TETRAFLUOROETILENE -> polimero: POLITETRAFLUOROETILENE (PTFE) – teflon Sono polimeri termoplastici e vengono ottenuti attraverso una polimerizzazione di addizione. La polimerizzazione viene fatta attraverso processi di riscaldamento in presenza di alta pressione e di un radicale R°, si tratta di una molecola organica molto attiva che presenta un elettrone spaiato. Nel caso dell’etilene, il doppio legame è formato da un legame s e di un legame p. La polimerizzazione inizia dalla specie radicalica che attacca l’etilene, in modo particolare il suo doppio legame. Il legame psi rompe; dei due elettroni del legame uno si lega al radicale. Mentre l’altro elettrone si lega sul carbonio. A sua volta la restante parte dell’etilene diventa un radicale, incontra un’altra molecola di etilene e l’elettrone spaiato rompe il legame p della nuova molecola di etilene. Si formerà una nuova molecola che a sua volta trovando un altro monomero, attaccherà e romperà il legame p formando una catena sempre più lunga. Si forma una lunga catena lineare con poche ramificazioni, nel caso del propilene CH Essendo i monomeri gassosi, l’elevata pressione è sintomo di questo processo, aiutato dall’alta temperatura e dal radicale. Ci sono altri tipi di polimeri, i polimeri termoindurenti, sono ottenuti da un altro tipo di polimerizzazione (polimerizzazione per condensazione). Questi polimeri sono formati da una catena lineare reticolata, legata da forti legami covalenti.

STRUTTURA DEI CRISTALLI

La solidificazione può portare a materiali amorfi o cristallini. La cristallinità dipende dalla percentuale in peso del polimero con struttura cristallina e dal peso totale del materiale. Dipende dalla distribuzione delle catene polimeriche, zone dove le catene sono più ordinate saranno zone cristalline, dove invece le catene non sono ordinate ci saranno zone amorfe. Non esistono polimeri al 100% cristallini o amorfi. Le zone cristalline si presentano come delle lamelle (SFERULITI) con un certo grado di ordine. Queste lamelle sono unite fra loro attraverso molecole laccio. Una maggior presenza all’interno del polimero di queste lamelle garantisce una buona resistenza meccanica del materiale plastico TRANSIZIONI DI FASE Il comportamento dei polimeri se sottoposti a riscaldamento dipende dalla loro tendenza ad essere più o meno cristallino o amorfi. Un polimero che tende ad essere quasi tutto amorfo avrà un comportamento diverso rispetto ad un altro polimero che tende ad essere quasi tutto cristallino. Il materiale cristallino sarà caratterizzato da una temperatura di fusione oltre la quale da solido il materiale diventerà liquido Nel materiale amorfo non si osserva un punto di solidificazione, ma un aumento progressivo della viscosità che porta ad un comportamento inizialmente gommoso, che conferisce morbidità e flessibilità al materiale. Successivamente al di sotto della temperatura di transizione vetrosa, il materiale ha il comportamento di un vetro, raggiunge uno stato vetroso, quindi duro e rigido e fragile. ln corrispondenza di questa transizione, si osserva un cambio di pendenza della curva volume/temperatura per i polimeri parzialmente cristallini, invece, al variare della temperatura ci sarà una brusca variazione di volume che sarà tanto maggiore, quando la percentuale di cristallinità è un solido rigido che una volta riscaldato alla temperatura di transizione vetrosa, la sua parte vetrosa diventa gommosa, alla temperatura di fusione la parte gommosa e cristallina diventeranno liquide Polimero cristallino^ Polimero amorfo

influenza della temperatura sull’andamento della curva sforzo deformazione di un polimero. Le proprietà meccaniche variano con la temperatura. Un materiale duttile ad elevate temperature (al di sotto del rammollimento) diventa più duttile, mentre a temperature basse diventa rigido e fragile. in alcuni casi (polistirene), il materiale se soggetto a trazione si formano dei microvuoti che tendono ad aumentare in relazione al carico di trazione. Man mano questi vuoti si propagano fino a creare una frattura (una cricca) rendono fragile e portano la rottura meccanica del provino. Le catene molecolari si orientano nella direzione della sollecitazione

I POLIMERI TERMOINDURENTI invece, a causa delle loro strutture molto reticolate, bloccate da legami covalenti, se

sottoposti ad elevate temperature questi legami si rompono irreversibilmente. Per questo non sono materiali riciclabili. Sono caratterizzati da un’elevata rigidità (modulo di Young elevato), deformabilità plastica nulla e fenomeni di viscoelasticità trascurabili. Hanno inoltre buone caratteristiche meccaniche se sottoposti ad alte temperature.

  • Resine Fenoliche usate come isolanti e come additivi per vernici
  • Resine ipossidiche usate come additivi per vernici e collanti e rivestimenti e impermeabilizzazioni
  • Resine poliuretaniche usate per pitture, collanti, espansi (cuscini), isolamento ELASTOMERI Sono polimeri caratterizzati da grandissime deformazioni in campo elastico e non sono soggetti a deformazioni plastiche. Sono materiali di sintesi che devono avere dei punti di reticolazione, affinché la deformazione possa essere interamente recuperata. Questa polimerizzazione può essere chimica (elastomeri vulcanizzati) o fisica (elastomeri termoplastici). L’elastomero più noto è la gomma naturale la cui struttura è formata da catene macromolecolari e il cui monomero è l’isoprene. Elastomero vulcanizzato: elastomero che nasce dall’utilizzo di zolfo. Ad alte temperature ( 120.180 °C) Lo zolfo rompe alcuni doppi legami e si sostituisce, creando legami covalenti tra le catene di poliisoprene. Si crea una reticolazione Il materiale rimane elastico, ma blocca l’eventuale deformazione plastica, quella permanente Questi polimeri non sono riciclabili, poiché questi processi di reticolazione non sono reversibili Elastomeri termoplastici: è un co-polimero costituito due monomeri differenti, da blocchi di stirene che si trovano all’estremità delle catene mentre il blocca centrale da butadiene. Sono caratterizzati da un forte allungamento. La parte stirenica ha una temperatura di transizione vetrosa molto alta, tende ad essere rigida ed impedisce il movimento delle code di questi polimeri, al contrario la parte butadienica ha una temperatura di transizione vetrosa molto bassa per cui si comporta in maniera gommosa. La deformazione elastica sarà facilitata dal butadiene mentre la deformazione plastica sarà impedita dallo stirene. Questo elastomero sarà riciclabile e si comporta come un polimero termoplastico

FIBRE

Sono polimeri termoplastici costituiti da macromolecole lineari e poco ramificate che possono essere stirate lungo una direzione per formare una struttura fortemente anisotropa, con alte resistenze meccaniche lungo lo sviluppo longitudinale della fibra. Le più importanti fibre sono costituite da poliesteri, poliammidi e acriliche e sono ottenute da polimeri termoplastici MATERIE PLASTICHE IN COMMERCIO Sono manufatti in plastica composti da polimeri con aggiunta di additivi che ne modificano le proprietà L’80% dei polimeri termoplastici è data dai quattro polimeri della fascia di massa (PVC, PE, PP, PS). Sono polimeri che partendo da materie prime di basso costo e con impianti di larga scala hanno un costo contenuto. Esiste poi la fascia intermedi anche rappresenta circa il 15% della produzione totale nella quale sono classificati i polimeri che hanno almeno una proprietà peculiare per particolari applicazioni. Ci sono poi i tecnopolimeri, ovvero polimeri con caratteristiche superiori e i superpolimeri caratterizzati da elevate proprietà meccaniche e termiche DEGRADO POLIMERI

  • Invecchiamento degrado che avviene a causa dell’azione combinata dell’ossigeno dell’aria, del calore e della radiazione ultravioletta della luce Questi fattori vanno a rompere le catene polimeriche che vengono spezzate in alcuni punti. Si formano questi pezzi di molecole, polimeri, nel momento in cui la catena polimerica viene spezzata, cercano di riarrangiarsi (RETICOLARE)., cercano di formare nuovi legami fra di loro per raggiungere delle situazioni dal punto di vista termodinamico più stabile. Aumentando la reticolazione, la materia plastica diventa più resistenti ma più fragili.
  • Degrado da solvente organico (il polistirolo degli imballaggi si scioglie con l’acetone
  • Degrado per combustione ed hanno un elevato potere calorifero Resistenti al degrado biologico, per renderlo il più sostenibile possibile si attua un programma di riutilizzo o riciclaggio In generale le materie plastiche presentano notevoli VANTAGGI rispetto a taluni materiali da costruzione Bassa densità ed elevato rapporto resistenza/massa (per alleggerimento di edifici e prefabbricati Buona trasparenza e alta resistenza all’urto (per misure di sicurezza o a scopo protettivo) Ottima lavorabilità e foggiatura (per manufatti a superficie liscia o lavorata) Buona resistenza ad acidi e basi inorganiche Alta impermeabilità all’acqua e resistenza all’attacco degli agenti atmosferici, hanno caratteristiche idrofobe Manutenzione semplice Possibilità di colorazione e buona stabilità del colore nel tempo Isolamento termico Buona adesività ai materiali da costruzione tradizionali ASPETTI NEGATIVI Resistenza meccanica a compressione, trazione ed abrasione modesta rispetto ad altri materiali da costruzione È possibile migliorarla attraverso resine con prodotti fibrosi oppure sovrapponendole ad un altro materiale Bassa resistenza al fuoco e al calore Alterabilità alle radiazioni del visibile e UV con decadimento caratteristiche, meccaniche e ingiallimento Rapporto costo/massa elevato