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Spiego a Pandora la plastica

Dopo aver spiegato a Pandora il bicchiere e grazie alle immagini di avergliene fatto vedere qualcuno , gli dissi – adesso ti spiego cos’ e la plastica e Pandora disse – ok , inizia pure quando vuoi . Dopo aver detto questo iniziai a dire a Pandora tutto quello che c’ era da sapere sulla plastica – Sono dette materie plastiche quei materiali artificiali con struttura macromolecolare che in determinate condizioni di temperatura e pressione subiscono variazioni permanenti di forma. Si dividono in termoplastici, termoindurenti ed elastomeri. Le gomme, pur avendo chimicamente e tecnologicamente molti aspetti in comune con le materie plastiche, non sono normalmente considerate tali.

 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.

 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.

 Elastomeri: la loro caratteristica principale è una grande deformabilità ed elasticità; possono essere sia termoplastici che termoindurenti.

Nella chimica, 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.

Un materiale plastico è in genere composto da molecole polimeriche di diversa lunghezza, per cui è necessario conoscere la distribuzione dei pesi molecolari per determinare le proprietà chimico-fisiche del materiale plastico in esame.

Le materie plastiche si ottengono dalla lavorazione del petrolio.

Sviluppo storico

 Di seguito vengono riportate (in ordine cronologico) alcune tappe dello sviluppo delle materie plastiche.

 1855: il chimico svizzero Georges Audemars produce in laboratorio il rayon.

 1860: lo statunitense John Wesley Hyatt scopre la celluloide.

 1909: il chimico belga-statunitense Leo Hendrik Baekeland produce la bachelite.

 1920: il chimico tedesco Hermann Staudinger ipotizza la struttura macromolecolare delle materie plastiche.

 1926: Waldo Semon della B.F. Goodrich introduce l’uso dei plastificanti per la sintesi del polivinilcloruro (PVC).

 1928: viene sviluppato il polimetilmetacrilato (PMMA).

 intorno agli anni venti e trenta: vengono commercializzate le resine ureiche.

 1935: Wallace Hume Carothers della DuPont sintetizza il nylon.

 1937: vengono messe in commercio le resine polistireniche.

 1938: viene sintetizzato il politetrafluoroetilene (o PTFE, brevettato e commercializzato come Teflon nel 1950).

 1941: viene prodotta la prima fibra poliestere, il Terylene.

 1941: viene sintetizzato il poliuretano da William Hanford e Donald Holmes.

 1953: il chimico tedesco Karl Ziegler sintetizza il polietilene (PE).

 1954: il chimico italiano Giulio Natta produce il polipropilene isotattico (commercializzato con il nome Moplen).

 1963: Ziegler e Natta ottengono il premio Nobel per la chimica come riconoscimento dei loro studi sui polimeri.

Caratteristiche

 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. La plastica si ottiene dalla lavorazione del petrolio.

Lo smaltimento dei rifiuti plastici, quasi tutti non biodegradabili, avviene di solito per riciclaggio o per stoccaggio in discariche: bruciando materiali plastici negli inceneritori infatti si possono generare diossine (solo per quanto riguarda i polimeri che contengono atomi di cloro nella loro molecola, come ad esempio il PVC), una famiglia di composti tossici. Queste difficoltà hanno incentivato negli ultimi anni la diffusione della bioplastica, in cui una piccola percentuale di resina è sostituita da farine vegetali quale quella di mais.

Aggiunta di cariche

Alla base polimerica vengono aggiunte svariate sostanze ausiliarie (“cariche”, additivi e plastificanti) in funzione dell’applicazione cui la materia plastica è destinata. Tali sostanze possono essere plastificanti, coloranti, antiossidanti, lubrificanti ed altri componenti speciali.

Tali sostanze hanno quindi la funzione (tra le altre) di stabilizzare, preservare, fluidificare, colorare, decolorare, proteggere dall’ossidazione il polimero, e in genere modificarne le proprietà reologiche (lavorabilità), aspetto e resistenza in funzione dell’applicazione che se ne intende fare.

 Lavorazioni delle materie plastiche

Molte materie plastiche (nylon, teflon, plexiglas ecc.) si prestano bene a processi di produzione industriale con macchine utensili in modo del tutto analogo ai materiali metallici; per questo vengono spesso prodotte in semilavorati (barre, profilati, lastre eccetera) da cui i prodotti finiti (ad esempio boccole, rulli, anelli, perni, ruote) vengono ricavati con lavorazioni meccaniche.

Tra le lavorazioni a cui vengono sottoposte le materie plastiche, si annoverano:

 stampaggio per compressione

 stampaggio ad iniezione

 stampaggio per trasferimento

 formatura per estrusione

 calandratura

 spalmatura

 colata

 soffiaggio

 termoformatura

 estrusione in bolla

 pultrusione.

Stampaggio per compressione

Lo stampaggio per compressione è un processo di lavorazione impiegato per le materie plastiche termoindurenti (ma talvolta è utilizzato anche per i termoplastici).

Nello stampaggio per compressione il polimero, inizialmente in forma di polvere o pellet (pastiglie),viene sottoposto ad elevate pressioni, e in questa maniera si realizza il processo di reticolazione.

Stampaggio ad iniezione

 La lavorazione più usata per produrre in serie oggetti in plastica è lo stampaggio ad iniezione. Si fa con speciali presse (dette “presse per iniezione termoplastica”), che fondono i granuli di materia plastica e la iniettano ad alta velocità e pressione negli stampi, dove il polimero, raffreddandosi, assume la geometria voluta.

Lo stampaggio per iniezione viene impiegata sia nel caso di materiali termoplastici che termoindurenti.

Stampaggio per trasferimento

Nello stampaggio per trasferimento il polimero viene portato ad una temperatura tale da rammollirsi e al tempo stesso evitando la reticolazione, che viene svolta successivamente, in uno stampo chiuso in cui la massa rammollita viene trasferita (da cui il nome del processo).

Formatura per estrusione

 Nella formatura per estrusione il materiale viene spinto grazie ad una vite attraverso un’apertura. La forma finale del polimero (che fluisce in maniera continua) dipende dalla geometria dell’apertura.

Questo processo si utilizza per i materiali termoplastici e talvolta per quelli termoindurenti. I tubi in plastica vengono prodotti tramite questo processo.

Soffiaggio

Utilizzato per produrre corpi cavi (come bottiglie, fustini, bombole) consiste nel dilatare una certa porzione di resina di forma cilindrica con un getto d’aria sotto pressione, fino a farla aderire alle pareti di uno stampo; la produzione di oggetti cilindrici è realizzata facendo precedere la fase di soffiatura da una fase di estrusione per la realizzazione del tubo di alimentazione alla soffiatura. La formatura per soffiatura viene impiegata anche per la produzione dei gusci di certi tipi di casco.

Termoformatura

Un altro processo che ha una buona applicazione nella produzione di prodotti in plastica è la termoformatura, dove si parte da granuli di polistirolo o polipropilene. Si tratta dell’estrusione di film o di lastre che vengono fatte passare, a temperatura adeguata, in uno stampo nel quale l’oggetto voluto viene forgiato con la pressione dell’aria compressa o dell’aria atmosferica, con attrezzature di produzione molto economiche.

Estrusione in bolla

Un metodo diffuso per ottenere pellicole di polietilene è l’estrusione in bolla. Consiste nel far passare il polimero scaldato dall’estrusore attraverso una filiera circolare posta in posizione orizzontale. Il film ottenuto è raffreddato e fatto passare attraverso una calandra di traino che chiude il sistema. È anche inserita dell’aria per aumentare il volume del sistema, gonfiando ciò che assomiglia molto ad un pallone. In questo modo si produce il film termoretraibile usato per produrre imballaggi.

Pultrusione

La pultrusione è un processo continuo che permette di produrre profilati plastici rinforzati da fibre, come ad esempio la fibra di carbonio e la fibra di vetro.

Polimeri termoplastici

I polimeri termoplastici possono esseri fusi e rimodellati più volte. Hanno una struttura molecolare “a catena aperta”, ovvero presentano un basso grado di reticolazione.

Polietilene

 Esistono varie tipologie di polietilene. Tra queste abbiamo:

 HDPE (polietilene ad alta densità): È resistente agli urti.

 Usi: Cosmetici, contenitori per detersivi, tubi per l’acqua e tubi per gas.

 LDPE (polietilene a bassa densità): È la plastica più leggera. È sensibile al calore ma resiste agli agenti chimici. Ha un buon isolamento elettrico.

 Usi: Sacchetti, imballaggi, pellicole per alimenti.

Polistirene

 PS (polistirene o, più comunemente, polistirolo): Duro e rigido.

 Usi: Scotch per le auto, giocattoli, oggetti d’arredamento.

 Polistirene espanso: Resina polistirenica a forma schiumosa; ha bassissimo peso specifico e conducibilità termica; buona elasticità.

 Usi: Imballaggi, isolamento termico ed elettrico dei muri

Altri polimeri termoplastici

Formula di struttura del polietilene tereftalato

Formula di struttura del polivinilcloruro

 PET (polietilene tereftalato): Consente di ottenere fogli sottili e leggeri. Resistente al calore fino a 250 °C ed impermeabile ai gas.

 Usi: Contenitori per liquidi, vaschette per frigo e forno.

 PVC (polivinilcloruro o cloruro di polivinile): È la plastica più utilizzata. Ha buone proprietà meccaniche.

 Usi: Finestre, serramenti esterni, giocattoli, bottiglie, contenitori, grondaie.

 PP (polipropilene): È resistente al calore ed agli agenti chimici. Ha un buon isolamento elettrico.

 Usi: Nel settore casalingo, parti di elettrodomestici, imballaggi.

 PA – poliammide (nylon): Una fra le prime plastiche scoperte. Resistente all’usura e non infiammabile.

 Usi: Ingranaggi, apparecchi radiotelevisivi, abbigliamento.

 Resine acriliche: Simili al vetro perché sono trasparenti.

 Usi: fusori delle lampade, coperture trasparenti, oggetti d’arredamento.

 nitrato di cellulosa e/o celluloide: La prima plastica in assoluto ad essere scoperta. Simile alla madreperla

 Usi: pettini, tasti, oggetti che imitano l’avorio.

 PLA (acido polilattico): prodotta utilizzando come materia prima il mais, tramite un processo biotecnologico che permette di ottenere capacità produttiva elevata e una gamma di prodotti diversificati;

 Usi: contenitori compostabili.

Polimeri termoindurenti

Possono essere formati una sola volta, perché, se sottoposti al calore una seconda volta, carbonizzano.

Resine termoindurenti

 Resine fenoliche: Le caratteristiche dipendono dai materiali con cui sono mescolate.

 Usi: Settore casalingo, mobili per televisori.

 Resine ureiche: Dure e colorate. Hanno buone proprietà meccaniche e sono facilmente lavorabili.

 Usi: Spine, prese, elettrodomestici, interruttori.

 Resine melamminiche: Buona resistenza alle alte temperature e all’umidità.

 Usi: Laminati, settore casalingo, arredamenti, vernici.

 Resine epossidiche: Eccellente adesività, resistenza al calore e chimica. Inoltre possiedono buone proprietà meccaniche e sono ottimi isolanti elettrici.

 Usi: Vernici, rivestimenti, adesivi e materiali compositi.

 Resine poliesteri insature: Sono leggere, facilmente lavorabili e resistenti agli agenti atmosferici.

 Usi: Piscine, coperture per tetti.

 Resine vilnilestere: Caratteristiche molto simili alle resine poliestere ma dotate di migliori caratteristiche chimiche e meccaniche.

 Usi: Manufatti sportivi (canoe, piccole imbarcazioni), serbatoi per uso alimentare.