Polimeri

PLASTICA, LE FAMIGLIE E I MATERIALI

LE MATERIE PLASTICHE

Chimicamente, le materie plastiche sono generalmente il risultato della polimerizzazione di una quantità di molecole base ( monomeri ) per formare catene anche molto lunghe. Si parla di omopolimeri se il monomero è unico, copolimeri se il polimero è ottenuto da due o più monomeri diversi, e di leghe polimeriche se il materiale è il risultato della miscelazione di due monomeri che polimerizzano senza combinarsi chimicamente.

A tale base polimerica vengono poi aggiunte svariate sostanze (dette "cariche") in funzione dell'applicazione cui la materia plastica è destinata. Tali sostanze possono essere plastificanti , coloranti , antiossidanti , lubrificanti ed altri componenti speciali atti a conferire alla materia plastica finita le desiderate proprietà di lavorabilità, aspetto e resistenza.

Le caratteristiche vantaggiose delle materie plastiche rispetto ai materiali metallici e non metallici sono la grande facilità di lavorazione, l'economicità, la colorabilità, l'isolamento acustico, termico, elettrico, meccanico (vibrazioni), la resistenza alla corrosione e l'inerzia chimica, nonché l'idrorepellenza e l'inattaccabilità da parte di muffe, funghi e batteri.

TERMOPLASTICHE

Sono dette termoplastiche quelle materie plastiche che acquistano malleabilità, cioè rammolliscono, sotto l'azione del calore.

In questa fase possono essere modellate o formate in oggetti finiti e quindi per raffreddamento tornano ad essere rigide. Questo processo, teoricamente, può essere ripetuto più volte in base alle qualità delle diverse materie plastiche
 

ACRILONITRILE-BUTADIENE-STIRENE – ABS

Ottenuto per copolimerizzazione di acrilonitrile, butadiene e stirene.

Utilizzato per la produzione di manufatti particolarmente resistenti all'urto quali valige, piccoli e grandi elettrodomestici, chassis per apparecchiature elettrico/elettroniche, telefoni, accessori nel settore automobilistico. Viene anche miscelato con PVC

POLIACETALI – POM

Ottenuti per polimerizzazione di aldeide formica. Utilizzato prevalentemente nella produzione della meccanica fine.

POLIAMMIDI – PA

Ottenuti dalla reazione fra diammine e acidi bibasici o fra lattami e amminoacidi. Utilizzato per la produzione di fibre sintetiche (nylon), per masse da stampaggio nell'industria meccanica, nella produzione di film per l'imballaggio flessibile di prodotti alimentari.

POLIBUTILENTEREFTALATO – PBT

Ottenuto per condensazione dell'acido tereftalico con butilenglicole. E' utilizzato nelle costruzioni meccaniche ed elettrotecniche, rinforzato con fibre di vetro.

POLICARBONATO – PC

Ottenuto per reazione di bisfenolo e fosgene. Utilizzato per manufatti trasparenti, caschi protettivi, componenti per auto.

POLIFENILENOSSIDO – PPO

E' un polimero di policondensazione di tipo polietere aromatico del 2,6 metilfenolo. Resiste alla temperatura di esercizio di 175°C e conserva le sue caratteristiche meccaniche tra –40 e + 120°C . Utilizzato in una serie di settori tecnici dove sono richieste elevate caratteristiche meccaniche a temperatura elevata: elettrico, elettronico, medicale, trasporti, elettrodomestico, industriale.

POLIETILENE o POLITENE – PE

Scoperto da Gibson e Fawcett nel 1935 e ottenuto per polimerizzazione dell'etilene. Differenziando il processo di polimerizzazione si può ottenere: LDPE (PE a bassa densità) per la produzione di film, casalinghi, giocattoli, contenitori, tubazioni; LLDPE (PE lineare a bassa densità) per la produzione di film; HDPE (PE ad alta densità) per la produzione di cassette e cassoni industriali, flaconi, contenitori per liquidi, serbatoi per carburanti e tubazioni per il trasporto di gas ed acqua a pressione.

POLIFENILENSOLFURO – PPS

Ottenuto trattando il paradicloro-benzene con il solfuro di sodio in presenza di solventi. Resiste alla temperatura di 190°C in continuo, con punte di 230/260°C. E' caratterizzato da elevate inerzia chimica e rigidità. Utilizzato in numerose applicazioni tecniche in campo elettrico, elettronico, fotografico, aereonautico, meccanico e nella fabbricazione di particolari elettrodomestici.

POLIETILENTEREFTALATO – PET

Ottenuto per condensazione dell'acido tereftalico con glicoletilenico. Utilizzato per la produzione di contenitori per liquidi, supporti per pellicole fotografiche, tappeti, buste multistrato per cibi precotti, nastri per audio e video cassette.

POLIISOBUTILENE – PIB

Il poliisobutilene è un polimero saturo termoplastico. E' caratterizzato da eccellenti proprietà dielettriche. E' resistente agli acidi, alle basi ed è insolubile negli alcoli, nei chetoni e negli eteri. I tipi oleosi vengono impiegati nel settore degli adesivi, come olio per condensatori e trasformatori e come regolatore della viscosità negli oli per motori. I tipi semisolidi vengono utilizzati come impermeabilizzanti di supporti in tessuto. Le lastre di PIB servono come rivestimenti di serbatoi.

POLIVINILIDENCLORURO – PVDC

Ottenuto per polimerizzazione del cloruro di polivinilidene (policloruro di vinilidene). Viene utilizzato prevalentemente sotto forma di soluzione e di emulsione acquosa per il rivestimento barriera a vapore d'acqua, gas ed aromi, di film da imballaggio di varia composizione.

POLIMETILMETACRILATO – PMMA

Ottenuto per polimerizzazione dell'acido metacrilico. Viene utilizzato per la produzione di lastre trasparenti, lastre per coperture, insegne luminose e per apparecchiature ottiche.

POLIVINILIDENCLORURO CLORURATO – CPVDC

Ottenuto per clorurazione del cloruro di polivinile. E' caratterizzato da una termoresistenza superiore a quella del PVC di circa 30°C . Utilizzato nella produzione di lastre, tubi, raccordi, parti di pompe ed altri articoli tecnici. Trova impiego anche nel settore tessile e in quello degli adesivi.

POLIPROPILENE – PP

Ottenuto per polimerizzazione del propilene. Utilizzato per la produzione di componenti per auto, tubazioni, arredamento, casalinghi, film per imballaggi, tubi termoidraulici per impianti di riscaldamento.

POLIVINILIDENFLUORURO – PVDF

Ottenuto per polimerizzazione del fluoruro di vinilidene, è caratterizzato da un'elevata inerzia chimica accompagnata da eccellenti doti di rigidità e termoresistenza. E' utilizzato nell'industria chimica con temperature di esercizio fino a 120°C . Per le sue caratteristiche piezoelettriche trova applicazione nei settori elettrico ed elettronico.

POLISOLFONI – PSU

Ottenuti per reazione fra difenileteri e difenilsolfoni. Utilizzato per apparecchiature che devono subire trattamenti a temperature superiori a 150/180°C, fino a 250°C per un tipo particolare.

POLISTIRENE o POLISTIROLO – PS

Ottenuto dalla polimerizzazione dello stirene. Nelle versioni cristallo o antiurto viene largamente usato nella produzione di imballaggi, articoli per uso domestico, grandi e piccoli elettrodomestici, giocattoli, elettronica di consumo.

POLISTIRENE ESPANSO – EPS

Ottenuto dalla polimerizzazione dello stirene in presenza di un agente espandente. Una volta espanso si presenta come materiale molto leggero, utilizzato prevalentemente nell'imballaggio, nell'isolamento e alleggerimento di strutture nell'edilizia, nella produzione di calotte interne per caschi di protezione.

TERPOLIMERO ACRILONITRILE - STIRENE - ESTERE ACRILICO – ASA

Ottenuto per polimerizzazione e innesto: un elastomero acrilico disciolto in stirene e acrilonitrile viene polimerizzato in presenza di perossidi. Utilizzato per la produzione di lampade stradali, insegne, targhe, mobili da giardino, parti di biciclette e moto e piccoli elettrodomestici.

POLIVINILACETATI – PVA

Ottenuti per polimerizzazione dell'acetato di vinile. Utilizzati per la produzione di adesivi, idropitture e inchiostri.

TERPOLIMERO METILMETACRILATO BUTADIENE STIRENE – MBS

Ottenuto per polimerizzazione e innesto di metilmetacrilato, sul copolimero butadiene stirene o polibutadiene e stirene in presenza di catalizzatori. Utilizzato nella produzione di giocattoli, parti di frigoriferi, penne, batterie, articoli tecnici e decorativi, articoli sportivi.

POLIVINILCLORURO – PVC

Ottenuto per polimerizzazione del cloruro di vinile. Prodotto industrialmente, dal 1930, il PVC, grazie alla sua versatilità, alla sua resistenza all'usura, agli agenti chimici ed atmosferici e al fuoco, si presta alle più svariate applicazioni nei settori edilizia e costruzioni (tubi, profili per finestre), imballaggio alimentare e farmaceutico (vaschette per alimenti, blister, etc.) cavi, trasporti, sport e tempo libero, arredamento, abbigliamento, casalinghi e prodotti medicali (sacche per plasma sanguigno, tende ossigeno, etc.)


ACETATO DI CELLULOSA – CA

Ottenuto per reazione di cellulosa con anidride acetica in presenza di solventi e catalizzatori. Caratterizzato da aspetto lucente, elevata trasparenza e tatto gradevole. Viene utilizzato in una svariata quantità di manufatti per molti settori di consumo: dai pettini alle montature per occhiali, dai facciali per caschi ai tasti per macchine da scrivere, dalle scatole trasparenti agli spazzolini da denti.

COPOLIMERO STIRENE-ACRILONITRILE – SAN

Ottenuto per copolimerizzazione di stirene ed acrilonitrile. Viene utilizzato in numerosissime applicazioni tecniche in diversi settori, dai casalinghi all'autotrasporto, dall'imballaggio alle lastre, dai piccoli elettrodomestici alla cosmetica, dagli articoli per cancelleria a quelli per l'elettronica.

ETILENVINIL ACETATO – EVA

Ottenuto per co-polimerizzazione dell'etilene con acetato di vinile. Le caratteristiche variano in funzione del tenore in acetato di vinile. Viene utilizzato generalmente nella produzione di film coestrusi, in campo elettrico, medicale, nel settore calzaturiero ed in quello dei giocattoli.

TERMOINDURENTI

Sono un gruppo di materie plastiche che, dopo una fase iniziale di rammollimento dovute al riscaldamento, induriscono per effetto di reticolazione tridimensionale; nella fase di rammollimento per effetto combinato di calore e pressione risultano formabili.

Se questi materiali vengono riscaldati dopo l'indurimento non ritornano più a rammollire, ma si decompongono carbonizzandosi. Il calore, pertanto, modifica in modo irreversibile la loro struttura chimica e quindi non possono essere più rammollite.

POLIESTERI INSATURI – UP

Le resine poliestere insature si ottengono per esterificazione di una miscela di un acido bibasico saturo e di un acido alifatico con glicoli alifatici. Vengono messe in opera mediante diverse tecnologie applicative. Mediante colata si producono bottoni, fibbie, parti elettriche, mattonelle, lastre in finto marmo. Mediante stampaggio di resina prepolimerizzata con cariche e fibra di vetro si ottengono manufatti per l'industria elettrica, elettronica e chimica. Vengono inoltre fabbricate lastre piane ondulate utilizzate in edilizia. Un settore di rilievo è quello della nautica, dove le resine poliestere trovano applicazione nella fabbricazione di scafi e di intere imbarcazioni. Trovano applicazione inoltre nel settore dei trasporti, dei grandi contenitori e in una serie di applicazioni che vanno da parti di aerei ed elicotteri a schermi radar, articoli sportivi, ecc.

POLIURETANI – PU

Ottenuti per reazione tra divisocianati e polioli. Esistono diverse composizioni in funzione dell'applicazione finale. Utilizzati nella fabbricazione di finte pelli, suole e tacchi da scarpe, film per isolamento elettrico, articoli per lo sport, per uso tecnico e nel settore medicale.

RESINE ALCHIDICHE

Ottenute per esterificazione di trioli (glicerina) e acidi bicarbossidici saturi e insaturi. Possono contenere anche monomeri vinilici. Utilizzati nel settore delle pitture e vernici , come resine da stampaggio, e anche dove siano richieste caratteristiche elettriche, resistenza meccanica, al calore ed alla fiamma. I settori applicativi sono apparecchi RTV, parti elettriche di motori a scoppio e motori elettrici.

RESINE ALLILICHE – DAP

Ottenute mediante esterificazione dell'alcool insaturo allilico con acidi ftalici. Utilizzate come masse da stampaggio per l'impregnazione di tessuti o fibre di vetro. Vengono fabbricati isolatori elettrici, articoli tecnici per calcolatori, circuiti stampati, parti per avionica ed aerospaziale, lastre rinforzate, tubi, parti di missili.

RESINE EPOSSIDICHE – EP

Ottenute per condensazione di bisfenolo e epicloridrina. Utilizzata nella produzione di vernici, adesivi, laminati, isolatori elettronici. Si usa anche rinforzata con fibre di vetro, di carbonio e aramidiche.

RESINE FENOLICHE - FENOPLASTI – PF

Ottenute per condensazione di fenolo e formaldeide. Utilizzata nella produzione di laminati, adesivi, componenti elettrici e motoristici.

RESINE FURANICHE

Ottenute per condensazione dell'aldeide furfurilica (furfurolo) e dell'alcool furfurilico con fenolo. Sono caratterizzate da buona resistenza al calore, agli acidi ed alle basi e, alcune di esse, ai solventi. Utilizzate come rivestimenti anticorrosivi nell'industria chimica anche sotto forma di laminati impregnati, per la preparazione di mastici e stucchi, in fonderia come leganti di sabbia nella preparazione di stampi, e nel settore degli adesivi.

RESINE MELAMINICHE – MF

Ottenuta per condensazione di melamina e aldeide. Per la sua buona resistenza meccanica é utilizzata per la produzione di laminati, di stoviglie e negli isolanti elettrici.

RESINE UREICHE – UR

Ottenuta per condensazione di urea e formaldeide. Utilizzata per la produzione di pannelli truciolari.

POLITETRAFLUOROETILENE - PTFE (Teflon)

Ottenuto per polimerizzazione del tetrafluoroetilene. Utilizzato per rivestimenti antiaderenti resistenti ad alte temperature, per isolamento elettrico, per protezione dagli agenti acidi.

 

I PROCESSI DI TRASFORMAZIONE

I polimeri possono essere in polvere, granuli, liquidi o in soluzioni.I principali procedimenti che li trasformano in prodotti finali, utilizzando pressione e calore, sono:


CALANDRATURA
Consiste nel distendere e comprimere con una macchina, costituita da cilindri riscaldati, il polimero riscaldato e reso plastico, ottenendo fogli di spessore desiderato.

 

ESTRUSIONE
Consiste nella trasformazione in continuo di materiale plastico riscaldato e spinto da una vite senza fine, attraverso un ugello che dà al materiale la sagoma richiesta e che per raffreddamento assume la sua forma stabile. E' il procedimento più diffuso nella lavorazione delle materie plastiche.

SOFFIAGGIO
Il polimero fuso viene sottoposto a soffiaggio con aria o vapore, in modo da assumere la forma dello stampo in cui è alimentato.

STAMPAGGIO
Tecnica che vede il polimero fuso alimentare uno stampo di cui, per compressione e raffreddamento, assume la forma desiderata. Lo stampaggio può essere di quattro tipi:

  • a compressione, per ottenere manufatti con caratteristiche meccaniche migliori e omogenee (come per oggetti di forma complessa, quali prese e spine elettriche);
  • per stratificazione, per realizzare prodotti anche di grandi dimensioni, come gli scafi da barca;
  • a iniezione, per fare ad esempio contenitori, calzature, ruote dentate;
  • rotazionale, che viene usato per manufatti come serbatoi, fusti, contenitori larghi e cavi.


Nel processo di trasformazione, le materie plastiche possono essere integrate da fibre arammidiche, di carbonio o di vetro, per consentire prestazioni particolari: nascono così i compositi, utilizzati per imbarcazioni, caschi, auto, ecc.

La temperatura di impiego delle materie plastiche, per la produzione di manufatti, varia in funzione della materia prima utilizzata: è fra 150° e 170° C per i termoplastici più usati (PE, PET, PP, PS, PVC); temperature superiori a 220° C sono necessarie per la lavorazione di alcuni polimeri speciali.

 

 

PLASTICA, SETTORI DI APPLICAZIONE

IMBALLAGGI
Assorbono in Italia il 47% di tutta la produzione di materie plastiche (43% in Europa).
In Europa, circa il 50% di tutto l'imballaggio alimentare è in plastica: il 60% di questo tipo di confezioni pesa meno di 10 grammi .

In 20 anni il packaging si è alleggerito dell'80%, migliorando le prestazioni.
Le caratteristiche che rendono la plastica preferibile sono versatilità, leggerezza, robustezza, inerzia chimica, affidabilità, economicità.

IMBALLAGGI IN MATERIE PLASTICHE

EDILIZIA
L'edilizia assorbe in Italia il 14% della produzione di materie plastiche (20% in Europa), soprattutto in termini di serramenti, impiantistica, rivestimenti, tubature, isolamento termico ed acustico.

Ogni anno in Europa vengono utilizzate in questo settore quasi 8 milioni di tonnellate di plastica e si prevede che giungeranno a circa 9 milioni entro il 2010.

Questo sviluppo si deve principalmente alle peculiari caratteristiche della plastica in termini di leggerezza, durata, isolamento, economia, facilità d'uso.

I principali impieghi in edilizia riguardano tubi a pressione, tubi a gravità, profili per finestre, pavimenti, rivestimenti murali, membrane per impermeabilizzazione di coperture, cavi elettrici e guaine per isolamento.


MOBILE E ARREDAMENTO
L'arredamento assorbe in Italia il 4% della domanda complessiva di materie plastiche.
Le caratteristiche che rendono la plastica preferibile sono robustezza, leggerezza, durata, isolamento, economia, facilità di uso.


TRASPORTI
L'industria dei trasporti assorbe in Italia il 4% della produzione di materie plastiche (8% in Europa), utilizzate in numerosissimi componenti (circa 1700 su 5000), molte delle quali rese possibili proprio dalla plastica, come air bag, cinture di sicurezza.

Il contenuto medio di materie plastiche in un'auto europea è passato da circa 20 chili negli anni 60 (2% del peso) ai circa 105 chili di oggi (in media circa il 10% del peso totale dell'auto), raggiunti utilizzando 14 differenti tipi di polimeri. Il solo abitacolo è formato per il 60% di materiale plastico.

Le caratteristiche che rendono la plastica preferibile sono affidabilità, bassa manutenzione, isolamento, sicurezza.


APPARECCHIATURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE (INCLUSI ELETTRODOMESTICI)
In Italia assorbono il 9% della produzione di materie plastiche (7% in Europa).
Fibre ottiche, microchip, computer, compact disk, telefoni cellulari, ma anche televisori, lavatrici, lavastoviglie, frigoriferi e numerosi altri apparecchi elettrici ed elettronici sono fatti prevalentemente di plastica.

La caratteristica, che rende la plastica preferibile, è la possibilità di raggiungere degli standard e delle prestazioni altrimenti impossibili.
 

AGRICOLTURA
Il settore agricolo assorbe in Italia il 3% delle materie plastiche prodotte in Italia.
La possibilità, ad esempio, di avere primizie fresche tutto l'anno si deve proprio alla plastica: sono, infatti, di questo materiale i teloni che ricoprono le piantagioni, le proteggono, le stimolano, fino ad anticipare la maturazione e raddoppiare i raccolti, promuovendo così un settore spesso in difficoltà. Le serre con coperture di plastica rendono di più e hanno bisogno di meno energia per venire riscaldate.

Anche nell'irrigazione dei campi, le strutture e i tubi in plastica hanno dimostrato versatilità ed efficacia. Grazie a tubazioni in PVC, ad esempio, si è riusciti ad irrigare zone in cui la natura dei terreni o la particolarità delle acque compromettevano la durata di tubi in cemento o metallo.
 
SALUTE
Le materie plastiche consentono all'uomo di oggi di avere una vita pienamente fruibile, migliore, più lunga.

Basti pensare ai farmaci protetti da speciali imballaggi alveolati (blister pack) termoformati; oppure ai numerosissimi oggetti e attrezzature impiegate in medicina e chirurgia: dalle tende ad ossigeno, ai guanti sterili, fino ai presidi salvavita, come il cuore artificiale o le sacche per il trasporto di sangue e plasma, le sacche per la dialisi, i tubicini per le trasfusioni.
La plastica contribuisce inoltre alla salute, in senso lato, salvando vite umane anche in situazioni di emergenza e spesso risolte grazie a gommoni e canotti di salvataggio, a tende, teloni, strutture gonfiabili e tantissimi altri manufatti.

Le caratteristiche che rendono la plastica preferibile sono l'affidabilità e la capacità di consentire soluzioni tecnologiche altrimenti impossibili.


SPORT E TEMPO LIBERO
La sicurezza e le performance che la plastica rende possibili hanno consentito a moltissimi sport di avere uno sviluppo veramente notevole.

Questi alcuni esempi.

Nel ciclismo , i materiali plastici compositi con cui è stata costruita la monoscocca singola della bicicletta di Chris Boardman hanno determinato una eccezionale leggerezza e la più elevata aerodinamicità: che hanno fatto vincere a Boardman la medaglia d'oro di velocità su pista nei 4000 metri alle Olimpiadi di Barcellona del '92.

Nell'atletica , le scarpette in plastica che pesavano 150 grammi – più di mezz'etto in meno rispetto a 40 anni fa – hanno dato lo slancio giusto a Linford Christie, che ai mondiali di atletica di Stoccarda del 1993 ha vinto la medaglia d'oro nei 100 metri . Le suole prodotte in poliuretano sono fino al 50% più leggere di quelle in materiali tradizionali.

Le scarpe da competizione di Carl Lewis sono un esempio delle performance rese possibili dalla plastica: pesano 115 grammi ciascuna, 55 grammi in meno di quelle cui Carl Lewis era abituato. Si tratta del peso più basso mai raggiunto per questo tipo di prodotti.

Nella nautica , le materie plastiche hanno sostituito una serie di componenti in altri materiali, diminuendo di quasi il 50% il peso di una imbarcazione, rendendola così molto più veloce. Si prevede che nel giro di pochi anni le materie plastiche costituiranno il 75% del peso di una barca.
Nel tennis , con i nuovi materiali compositi plastici, l'impatto della palla è ridotto del 40% e le vibrazioni vengono attutite di oltre il 20%: il che significa meno fatica, più sicurezza, maggior dinamismo agonistico.
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