La plastica fa parte della nostra quotidianità, a volte nemmeno ci rendiamo conto di quanto sia radicata nelle nostre vite. Ma perché questo materiale è così importante?
Appunti
La plastica fa parte della nostra quotidianità, a volte nemmeno ci rendiamo conto di quanto sia radicata nelle nostre vite. La utilizziamo per lavarci i denti, per spazzolarci i capelli, è nei contenitori all’interno dei nostri frigoriferi, nelle nostre scarpe, la indossiamo nei vestiti. Utilizziamo la plastica persino per proteggere il nostro amato smartphone dalle temute cadute.
Ma perché questo materiale è così importante? Proviamo a capirlo studiandone le caratteristiche.
Contenuti di questa lezione su: I materiali polimerici: la plastica
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Caratteristiche e proprietà delle plastiche
Le plastiche sono materiali sintetici (ovvero creati dall’uomo) e organici (ovvero che contengono principalmente atomi di carbonio), composti da polimeri puri o miscelati con additivi. I polimeri sono lunghe catene di monomeri legati da legami covalenti.
Il termine Plastica deriva dal greco “plastikos”, derivato di "plassein", che significa plasmare o adatto per essere modellato. Durante la sua produzione infatti questo materiale può assumere infinite forme.
La plastica nasce da risorse naturali tra cui carbone, sale comune, gas e petrolio ai quali vengono aggiunte altre sostanze quali additivi, coloranti, antiossidanti, espandenti che servono a modificarne le proprietà in base alle esigenze.
Elenchiamo di seguito le principali proprietà dei materiali polimerici:
CHIMICO-FISICHE: hanno bassa conducibilità quindi sono ottimi isolanti elettrici e termici. Sono modellabili a caldo e più precisamente le termoplastiche si possono scaldare e rimodellare più volte mentre le termoindurenti si possono scaldare e modellare una volta sola.
MECCANICHE: hanno buona resistenza meccanica alle forze d’urto, ottima lavorabilità e una buona durezza (ovvero resistenza all’abrasione). Sono però soggette ad una lenta degradazione dei polimeri che cambia le loro caratteristiche nel tempo.
TECNOLOGICHE: hanno buone proprietà di plasticità, duttilità e malleabilità. Questo significa che se vengono deformate mantengono le nuove forme, si possono ridurre in fili e lamine sottili.
Strutture dei materiali polimerici
I materiali polimerici possono essere di diverso tipo. Classificandoli in base alla loro struttura li possiamo suddividere in:
TERMOPLASTICI: se scaldati assumono una consistenza morbida o addirittura liquida. Ad esempio possiamo citare Polietilene tereftalato (PET), Polipropilene (PP), Polistirene (PS), Polivinilcloruro (PVC), Poliammidi (PA), Nylon, Polimetilmetacrilato (PMMA), Policarbonato (PC), Acetato di cellulosa (CA);
TERMOINDURENTI: dopo il raffreddamento si induriscono in modo irreversibile e non possono più essere rimodellate. Ad esempio possiamo citare Resine epossidiche (EP), poliuretani (PU), Resine fenoliche (PF), Poliestere (PL).
Catene di polimeri
I polimeri sono lunghe catene di monomeri legati da legami covalenti. Queste catene possono essere:
Catene di polimeri LINEARI: in cui le unità monomeriche si ripetono tutte uguali tra loro;
Catene di polimeri RAMIFICATI: in cui raggi secondari si distaccano dalla catena principale;
Catene di polimeri RETICOLATI: le catene non sono libere, ma legate tra loro da un legame covalente.
Il peso molecolare
Un fattore importante per definire le sostanze polimeriche, oltre alla natura chimica dei legami, è il peso molecolare.
Il peso molecolare è un parametro che governa una serie di caratteristiche importanti e il tipo di produzione.
Infatti se aumenta il numero di monomeri che compongono un polimero allora aumenta anche il peso molecolare e per rendere il materiale fluido bisogna aumentare sempre di più la temperatura.
È possibile controllare il grado di concatenazione e quindi il peso molecolare, ma sono pochissime le molecole con la stessa lunghezza. Quindi se necessito di una specifica tipologia di polimero devo specificare il peso molecolare a seconda del tipo di impiego che ne devo fare.
Classi di materie plastiche
Tutti i polimeri termoplastici o termoindurenti possono essere classificati anche come:
ELASTOMERI: polimeri allo stato gommoso capaci di subire grandi deformazioni per effetto di piccole forme. Cessata la causa deformante riprendono rapidamente la loro forma iniziale. È importante la loro capacità di convertire l’energia termica in energia cinetica. Sono elastomeri le gomme;
FIBRE: materiali che possono essere intrecciati e filati in tessuti. Se sottoposti a trazione si allungano poco. Ad esempio Poliammidi (nylon) e poliesteri;
VERNICI: sono prodotti in grado di formare un film solido, continuo e aderente alle superfici su cui vengono applicati. Sono in forma liquida o in polvere. Ad esempio resine viniliche, acriliche e alchidiche;
ADESIVI: Sostanze capaci di legare fra loro materiali uguali o diversi tramite contatto superficiale. Ad esempio le resine epossidiche
ESPANSI: Materiali con struttura cellulare di bassa densità. Sono materiali coibentanti, di assorbimento acustico e d’urto. Ad esempio poliuretano e polistirolo.
Usi della plastica
Vediamo ora di stilare un elenco di materie plastiche che utilizziamo nella vita di tutti i giorni per poterle classificare: lo trovi nella tabella.
Produzione della plastica
Esistono due tipi di processi di produzione della plastica che avvengono con l’aiuto di catalizzatori:
POLIMERIZZAZIONE: monomeri come l’etilene e il propilene vengono legati tra loro rimanendo intatti;
POLICONDENSAZIONE: i monomeri non vengono sommati, ma “condensati” eliminando molecole di acqua o metano.
Lavorazione dei materiali polimerici
La materie plastiche per poter essere lavorate vengono riscaldate e ridotte prima di tutto in polveri, granuli o liquidi viscosi. Le principali lavorazioni che seguono questo processo sono:
SOFFIATURA: il polimero fuso viene immesso in uno stampo e insufflando aria compressa ne prende la forma;
STAMPAGGIO a iniezione: il polimero fuso viene messo a pressione in uno stampo che viene aperto in seguito alla solidificazione;
STAMPAGGIO a compressione: il polimero sotto forma di polvere viene inserito in uno stampo aperto che una volta scaldato si chiude e crea l’oggetto desiderato;
LAMINAZIONE: il polimero fuso viene fatto passare attraverso dei cilindri in rotazione che lo schiacciano riducendolo in fogli. I cilindri inizialmente sono caldi e man mano si raffreddano per far indurire la plastica.
Giulio Natta Premio Nobel
Giulio Natta è stato un ingegnere chimico e accademico italiano che nel 1963 fu insignito del premio Nobel per la chimica insieme a Karl Ziegler per "le loro scoperte nel campo della chimica e della tecnologia dei polimeri". Fu proprio lui a sintetizzare per la prima volta un polimero chiamato polipropilene isotattico (PP) che viene utilizzato per la produzione di una moltitudine di prodotti, ad esempio tubi o paraurti.
Storia della plastica
Le prime materie plastiche furono inventate intorno alla metà dell’ottocento e nacquero dall’esigenza di sostituire materiali presenti in natura come vetro, legno e metallo.
Il loro utilizzo si diffuse velocemente e ampiamente grazie alla loro versatilità e alla loro economicità.
Ripercorriamo velocemente alcune tappe importanti riguardanti le principali scoperte dei materiali polimerici:
1839 vulcanizzazione della gomma naturale scoperta da Charles Goodyear. Consiste nel riscaldamento della gomma che viene legata poi chimicamente allo zolfo;
1868 John Wesley Hyatt brevetta negli Usa la celluloide che scopre nel tentativo di sostituire l’avorio utilizzato per costruire le palle da biliardo;
1910 Leo Baekeland crea la bakelite, una resina termoindurente che si ottiene per condensazione tra fenolo e formaldeide. Per molti anni fu la materia plastica più utilizzata;
1912 Fritz Klatte scopre il processo per la produzione del PVC (polivinilcloruro);
1913 Jacques Edwin Brandenberger inventa il Cellophane prodotto in fogli sottili e flessibili;
Nel 1935 Wallace Carothers sintetizza per primo il nylon (poliammide) per l’ industria tessile;
1941 Rex Whinfield e James Tennant Dickson brevettano il PET (polietilene tereftalato);
1954 Giulio Natta scopre il Polipropilene isotattico. Per questo meriterà il premio Nobel nell’anno 1963;
1973 Nathaniel Wyeth brevettò la bottiglia in PET come contenitore per le bevande gassate.
Da qui in poi con lo sviluppo delle tecnologie si creano i tecnopolimeri che hanno caratteristiche di resistenza termica e meccanica ancora in fase di studio e che sostituiscono i materiali più resistenti quali metalli speciali o ceramiche.
