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Plastica

 

Generalità

Con il termine di materie plastiche si comprende un grande numero di sostanze organiche macromolecolari (polimeri) le quali vengono lavorate plasticamente a caldo (termoplastiche) o possono assumere una forma se vengono compresse ad alta temperatura entro stampi (termoindurenti).
Essendo ottenute con i metodi di sintesi, a partire da composti molto semplici, le materie plastiche vengono dette anche “resine sintetiche”.
Le materie plastiche ottenute per polimerizzazione si formano per unione di molecole semplici (monomeri), appartenenti allo stesso composto o a composti di natura chimica molto simile. L’unione delle molecole monomeriche produce delle lunghe catene di atomi, cioè dei composti macromolecolari, ad elevato peso molecolare, nei quali si ripetono con regolarità le unità monomeriche.
I polimeri appartenenti allo stesso composto chimico, si dicono omopolimeri; quelli formati dall’unione di molecole appartenenti a composti simili sono detti copolimeri. Le molecole di alcuni composti di natura chimica differente possono formare delle macromolecole mediante reazioni di policondensazione; queste macromolecole si differenziano da quelle ottenute per polimerizzazione o poliaddizione, in quanto nella reazione di polimerizzazione si formano dei composti semplici (acqua, acido cloridrico, alcool ecc.). Le reazioni di policondensazione, oltre a formare catene lineari, si possono unire fra loro in macromolecole lineari con legami forti covalenti, in modo da produrre delle strutture reticolate, amorfe e rigide, che per riscaldamento non rammolliscono, ma si decompongono.

Resine sintetiche ottenute per polimerizzazione o poliaddizione

  • Polietilene (politene, PE): costituito da una sequenza di gruppi metilenici (- CH2 ); è insolubile a temperatura ambiente nella maggior parte dei solventi, ma è lentamente degradato dall’azione dell’ossigeno atmosferico. Per aumentarne la durata, i manufatti in polietilene vengono additivati con “antiossidanti”, che ritardano l’azione dell’ossigeno. Il polietilene ad alta densità è usato per fabbricare tubi e condotte; quello a bassa densità per produrre teli.
  • Polipropilene (PP): se i gruppi metilici si dispongono disordinatamente il polimero risulta amorfo e viene detto “atattico”, le sue proprietà sono quelle di un materiale piuttosto gommoso; se i gruppi metilici assumono disposizioni regolari, per azione di catalizzatori, il polimero si dice “isotattico” ed è altamente cristallino. Esso presenta elevati valori del punto di rammollimento (180 °C) ed elevate resistenze meccaniche. Come il polietilene, il polipropilene è stabile verso la maggior parte dei reagenti chimici; è adatto per fabbricare contenitori e tubazioni destinati a liquidi aggressivi, per fognature, per film impermeabili e per ottenere fibre resistenti.
  • Cloruro di Polivinile o Polivinilcloruro (PVC): possiede alta stabilità termica, buona resistenza al gelo, buone proprietà meccaniche e buona stabilità verso i reattivi chimici. Essendo, allo stato puro, un materiale rigido, il PVC viene addizionato con dei plastificanti, per ottenere prodotti flessibili e resilienti, come rivestimenti di pavimenti e di pareti (linoleum), film impermeabili, tubi flessibili, pannelli per esterni ecc. I manufatti sono ottenibili sottoponendo il polimero alle lavorazioni di estrusione, stampaggio, calandratura, iniezione ecc. Blocchi e pannelli di PVC espanso sono usati per l’isolamento termico e acustico delle pareti. Essendo sensibile all’azione dei raggi ultravioletti, per conferire al materiale una maggiore stabilità, viene addizionato con sostanze stabilizzanti che ne inibiscono l’alterazione.
  • Polistirene o Polistirolo (PS): a temperatura ambiente è piuttosto rigido, ma diventa plastico già a 80/90°C. Il materiale si presenta sotto forma di un vetro trasparente e incolore, che trasmette circa il 90% della luce; è ottenibile in lastre, che possono sostituire il vetro inorganico; è facilmente scalfibile e ha lo svantaggio di essere infiammabile. Le masse polistireniche possono essere rigonfiate per produrre lastre, pannelli e blocchi porosi, molto leggeri, a cellule chiuse che non lasciano penetrare l’acqua (polistirene espanso); questi materiali sono adatti come isolanti termici e acustici e, in forma granulare, per la preparazione di calcestruzzi leggeri.
  • Acetato di polivinile o Polivinilacetato (PVA): è un materiale incolore e trasparente che si decompone a 150°; è’ usato per fabbricare colle per il legno. I copolimeri del cloruro acetato di polivinile servono per preparare fogli, lastre (linoleum), pannelli protettivi e fibre tessili. I poliacrilati sono polimeri degli esteri dell’acido metacrilico, il più comune dei quali è il metacrilato di metile. Se il numero delle unità monometriche che costituiscono il polimero non è molto grande, il materiale risulta flessibile ed è usato per fabbricare fogli impermeabili e idrofughi. I polimeri a più alto peso molecolare sono rigidi, incolori e formano dei vetri trasparenti che lasciano passare il 99% della luce solare e il 73% delle radiazioni ultraviolette; hanno buone resistenze meccaniche ma si rigano facilmente. Le resine ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene), sono dei terpolimeri tenaci, dotati di buone caratteristiche meccaniche.
  • Politetrafluoroetilene (PTF o teflon): è uno dei materiali organici più resistenti alle alte temperature (300°C) e ai reattivi chimici di vario tipo. Rinforzato con fibre di vetro assume resistenze molto elevate.
  • Poliossimetileni o resine acetaliche: sono polimeri cristallini della formaldeide e hanno un peso molecolare relativamente elevato. Sono materiali con elevate caratteristiche meccaniche e buona resistenza all’usura. Possono sostituire i metalli nelle applicazioni non strutturali e nelle parti soggette ad attrito. Sono adatti anche nella fabbricazione di inferriate, cancelli, parapetti e simili, in ambienti corrosivi (atmosfere marine e industriali).
  • Resine cumaroniche o copolimeri del cumarone e dell’indene: si ricavano dal catrame di carbone fossile o dalla trasformazione di certe frazioni petrolifere. Si usano nella fabbricazione di mastici, adesivi per pannelli e per pitture e vernici, essendo miscelabili con gli oli siccativi
  • Poliuretani: si formano per poliaddizione di polialcoli e di isocianati. Le catene polimeriche sono formate, oltre che da atomi di carbonio, anche da atomi di ossigeno e di azoto. I poliuretani sono materiali con punti di rammollimento bassi e, addizionati a plastificanti, sono lavorabili per estrusione, stampaggio, e laminazione; sono resistenti agli acidi, all’umidità e non diventano fragili alle basse temperature. Scegliendo opportuni reattivi della poliaddizione si possono unire fra loro le catene lineari polimeriche con legami forti covalenti, in modo da ottenere dei poliuretani rigidi. Le masse poliuretaniche possono rigonfiare spontaneamente durante la poliaddizione a formare blocchi e pannelli con porosità chiuse, usati per l’isolamento termico.

Resine sintetiche ottenute per policondensazione

  • Fenoplasti o resine fenolo-formaldeide: i prodotti reticolati a caldo sono dei materiali rigidi (bacheliti), caratterizzati da una buona resistenza chimica e di potere isolante. I manufatti vengono colorati aggiungendo pigmenti inorganici od organici. I principali impieghi riguardanti l’edilizia sono quelli delle lamine usate per pareti divisorie o per guarnizioni di porte, per pavimenti e per la fabbricazione di minuteria elettrica, (quadri di comando, contatori ecc.). Sono anche impiegati come collanti nella fabbricazione dei derivati del legno (compensati, paniforti, stratificati, pannelli di fibre e di particelle, agglomerati lignei); come agglomeranti di fibre (lana di vetro e di roccia) servono a preparare pannelli termoisolanti. Alcuni tipi di composti servono alla preparazione di pitture e vernici e sono compatibili, con molti oli siccativi.
  • Amminoplasti: numerose poliammine e altri composti contenenti gruppi amminici possono condensare con la formaldeide per dare resine amminiche; le più comuni sono le resine urea-formaldeide. La condensazione può essere fermata allo stadio delle catene lineari, oppure può proseguire fino allo stato reticolato, che è quello dei prodotti rigidi e infusibili. Le resine ureiche o melamminiche hanno molteplici applicazioni; mescolate con fibre di cellulosa, farina di legno o di torba, cascami di legno, polvere di ferro possono essere stampate a caldo e trasformate in oggetti e laminati. La policondensazione eseguita in presenza di alcoli da luogo alla formazione di resine solubili negli idrocarburi (resine modificate), adatte per la preparazione di vernici e pitture. Le resine ureiche rinforzate con fibre di vetro o con lana di vetro e di roccia vengono anche trasformate in masse espanse rigide, destinate all’isolamento termico.
  • Resine alchiliche: sono prodotti di policondensazione, formati dalla glicerina e dall’acido ftalico; si usano nella fabbricazione di vernici e pitture e, per tale applicazione, ai prodotti della policondensazione vengono aggiunte sostanze modificanti, come l’olio di lino, acidi resinosi, acido maleico ecc. che fanno aumentare la velocità di essiccazione delle formulazioni vernicianti e rendono il polimero compatibile con altre resine, come le nitrocellulose e le viniliche.
  • Resine poliestere non sature: sono dei poliesteri che si formano per policondensazione di glicoli con acidi bibasici insaturi o loro anidridi; i polimeri lineari sono dei liquidi viscosi a basso peso molecolare, vengono induriti con altri composti non saturi, come il vinilstirene. Prima dell’indurimento i prodotti lineari liquidi possono essere impastati con fibre di vetro o sintetiche, al fine di aumentare la resistenza dei prodotti finali; come riempitivi possono essere usati anche materiali allo stato di polvere (calcare, gesso, cementi ecc.).
  • Resine epossidiche: sono dei collanti assai tenaci e resistenti, usati per collegare numerosi materiali, compresi i metalli e i vetri inorganici, i vetri con i metalli e i metalli con numerose altre sostanze; alcune formulazioni sono usate per pitture e vernici bicomponenti.
  • Siliconi: i polimeri organici del silicio sono costituiti da sequenze macromolecolari, nelle quali si ripetono i legami silicio-ossigeno (-Si-O-Si-O-Si-). In quelli lineari, che sono liquidi o semisolidi (oli e grassi siliconici) o solidi (elastomeri siliconici), agli atomi di silicio sono uniti a gruppi alchilici. Tutti questi prodotti sono caratterizzati da una notevole resistenza al calore (250°C); quelli elastomerici e rigidi sono usati per fabbricare fogli destinati al rivestimento di recipienti o alla impermeabilizzazione di pareti; i rivestimenti siliconici sono adatti anche per proteggere i metalli. Alcuni tipi di siliconi sono usati per la preparazione di mastici ad alta aderenza e resistenza all’acqua. Spesso nei polimeri sono incorporati dei metalli fibrosi (fibre di vetro) o polverulenti (polvere di quarzo, leganti minerali, polveri metalliche), che fanno aumentare ulteriormente la resistenza al calore (500 °C).
  • Poliammidi: prodotti di policondensazione di acidi bibasici con diammine; sono materiali termoplastici, molto adatti per produrre fili resistentissimi per tessuti sintetici (nylon, perlon, ecc.); con esse si fabbricano oggetti stampati e semilavorati (barre, profilati).
  • Policarbonati: si ottengono condensando bisfenoli con carbonati alchilici o arilici; sono polimeri ad alto peso molecolare, a catena lineare e quindi fusibili e termoplastici. Sono materiali pregiati, resilienti e usati nella preparazione di lastre di vetro organico, perfettamente trasparenti alla luce solare e opache ai raggi ultravioletti.
Bibliografia

AA.VV., Atlante delle materie plastiche, Utet, Torino, 2011; Guaita M., Ciardelli F., La Mantia F., Fondamenti di scienza dei polimeri, Roma, 2006; Weissermel K, Arpe H.J., Lindley C.R., Industrial organic chemistry, 4 , Wiley, Hoboken (USA), 2003.

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