Post on 07-Mar-2020
Prof. Giovanni Cutolo
Anno scolastico 2018/2019
Corso di Scienza dei Materiali Dentali
STORIA, PRODUZIONE E SETTORI DI
IMPIEGO DEI POLIMERI
IPSIS GASLINI-MEUCCI di Genova
Indirizzo Odontotecnico
Monomeri e PolimeriIl termine "polimero (dal greco poly, molte e meros, parte) vuol dire una molecola fatta di molte parti.
I polimeri vinilici soni quei polimeri fatti con i monomeri vinilici,
piccole molecole contenenti un doppio legame carbonio-carbonio.
monomero polimeroetilene polietilene PE
H2C=CH2
stirenepolistirene
CopolimeriSi parla di copolimero quando le unità strutturali di un polimero
derivano da due o più monomeri differenti
Copolimeri
statistici
Copolimeri
a blocchi
Copolimeri
ad innesto
Classificazione dei polimeri(sulla base delle proprietà generali)
Termoplastici (rammolliscono ad alta temperatura)
polimeri lineari
Fibre
polimeri lineari cristallini altamente orientati
Termoindurenti (si irrigidiscono ad alta temperatura)
polimeri reticolati rigidi
Elastomeri (Gomme)
polimeri reticolati flessibili
Classificazione dei polimeri(sulla base del tipo di intervento umano)
- naturali, che l’uomo ha utilizzato per
secoli per coprirsi e proteggersi
- artificiali, da modifiche chimiche di polimeri naturali
- sintetici, da concatenamento (polimerizzazione)
di molecole di bassa massa molecolari
1839 Charles Goodyear discoveredvulcanization,
varying amounts of sulfur
to control the toughness and elasticity of natural rubber
(1,4-cis-polyisoprene)
Manufacturers used polymers as bases for new materials in
the nineteenth century
1846 Frederick Schoenbein (Switzerland) prepares the first
artificial polymer (cellulose nitrate) from cellulose :
1870 John Hyatt (U.S.A.) marketed celluloid:
cellulose nitrate combined with camphor
shaped and hardened by the application of heat and pressure
1905 cellulose acetate marketingbegins.
It is obtained by reaction of cellulose with CH3COOH
Polimeri completamente sintetici
• 1909 Leo Baekeland
(Belgio)
Resina Termoindurente:
fenolo + formaldeide
Bakelite
Gomme Sintetiche
1930 In Germania furono sviluppate le prime gomme
sintetiche che presero il nome di:
gomme Bu-na (butadiene + Na or sodium):
Si tratta soprattutto di copolimeri statistici:
butadiene - stirene
CH2=CH-CH=CH2 CH2=CH-Ph
Produzione USA di gomme sintetiche:
1942:
1945:
2001:
20,000 tons
600,000 tons
1,165,000 tons (SBR)
Termoplastici Sintetici
1930-'40 Low density polyethylene (LDPE)
CH2CH2 —> -(-CH2-CH2-)n-
Polivinilcloruro (PVC)
Polistirene (PS)
Fibre Sintetiche
Wallace Carothers (U.S.A.) sintetizzò :
poliesteri and poliammidi (nylon)
1939 Inizia la produzione of Nylon 6,6
Nobel Lecture
Hermann Staudinger (1953)
III. Synthetic materialsPlastics formed by
polymerization -polycondensation -polyaddition -
buna, polystyrene, poiymethacrylic ester. bakelite, nylon, Perlon, Terylene. polyurethane.
Table I. Classification of macromolecular substances.
I. Substances occurring in nature1. Hydrocarbons - rubber, guttapercha, balata.2. Polysaccharides - celluloses, starches, glycogens, mannans…3. Polynucleotides (nucleic acids).4. Proteins and enzymes.5. Lignins and tans (transition from low- to macromolecular substances).
II. Cowersion products of natural substancesVulcanized rubber, rayon, cellophane, cellulose nitrate, leather etc.
Chimica dal Carbone
Chimica dal Petrolio
Disponiblità di idrocarburi alifatici:
etilene, propene, butene, butadiene
Dopo la seconda guerra mondiale
Polimerizzazione di Monomeri Idrocarburici
Catalizzata da Metalli di Transizione
HDPE, LLDPE
i-PP, s-PP, i-PB
Polybutadiene, Polyisoprene
EPR, EPDM
• Polietilene non ramificato
• Poliolefine Stereoregolari
• Polidieni Stereoregolari
•Copolimeri Etilene/Propene
•Poliacetylene
Omopolimerizzazione dell!etilene
di Ziegler
Catalizzatori HDPE
(1955)
Polimerizzazione
radicalica
LDPE
(1939)
Conferenza Nobel di Giulio Natta (1963)
Modelli di catene di polimeri vinilici supposti arbitrariamente
essere stirati in un piano
Isotactic
Syndiotactic
Atactic
Rappresentazione spaziale di un!elica di
polipropilene isotattico (i-PP)
G.Natta, P.Corradini
Acc.Naz.dei Lincei, Mem 1955,4,73.
Punti di forza del PP
- densità molto bassa
- buona rigidità e resistenza a trazione
-inerzia verso acidi, basi e solventi
- costi molto bassi
- facile lavorabilità
Particolarmente idoneo per mercati
di largo volume ed attenti al costo e al peso
(ad es., mercato automobilistico)
PP uses
Chemical Profiles of Chemical Market Reporter, (2001)
Injection molding, 31%
fiber and filament, 30%
compounders, 23%
film and sheet, 11%blow molding, 2%
PP applicazioni nell’automobile
Contenitori Batterie
Para-urti
Carrozzeria esterna
Carrozzeria interna
Contenitori di carburante
Pannelli Strumentazione
Cablaggio
1700 componenti su 5000
Sono fatti con materie plastiche
10% in peso wt.
60% in peso degli interni
PP Formatura per iniezione
Apparecchiature elettriche
Casse acustiche
Contenitori per cibi
PP Formatura per iniezione
Mobilio da
esterni
PP Fibre
-tappeti(moquette)
- funi
- tessuti “non-tessuti)(filtri, imbottiture, materiali
assorbenti usa e getta)
PP Film
-Imballaggio
- Rivestimenti di altri
materiali (ad es., carta)
Per renderla brillante o
resistente all’acqua
Produzioni USA (1960-2000)
(migliaia di tonnellate)
anno 1960 1970 1980 1990 2000
LDPE 560 1923 3307 5069 7042
HDPE 70 728 1998 3780 6333
PP - 468 1655 3773 7139
PS 450 1075 1597 2273 3104
PVC 590 1413 2481 4122 6551
Totali: 1700 5600 11000 19000 30100
Conferenza Nobel di Giulio Natta (1963)
conformazioni di catena dei quattro polibutadieni stereoregulari :
1,4trans
1,4 1,2 1,2cis syndio iso
Viste laterali
Viste dall!alto
Gomme Etilene-Propilene
USIAutomobilistici 44%
Pavimentazione di terrazzi 18%
Additivi per oli 10%
Cavi 8%
Other(Guarnizioni,
impermeabilizzazione di tessuti
Calzature,
Tappetini) 20%.
Gomme Etilene-Propilene
Elevata crescitaSoprattutto nei settori
Automobilistico
Impermeabilizzazione
Gomme Sintetiche produzione USA 2000
(migliaia di tonnellate)
Gomme Stirene-Butadiene 798
Polibutadiene 580
EP 320
crescita della produzione per anno (dal 1995)
EP
Altre gomme sintetiche
6.0%
2.0%
Cis e trans poliacetilene
CH _= CH acetilene
cis-poliacetilene(color rame)
trans-poliacetilene(color argento)
"..polyacetylene film through un unforeseeable
experimental failure… The catalyst concentration of a
thousand-fold higher than I had planned ..#
"The initial purpose of this study was to determine the
polymerization mechanism of polyacetylene using the
Ziegler-Natta catalysts#
autobiografia di Shirakawa
Premio Nobel in Chimica 2000
Valore % dei prodotti chimici sul costo totale delle materie prime
PRODOTTI FINALI
% CHIMICA SU
TOTALE MATERIE
PRIMEPRODOTTI FINALI
% CHIMICA SU
TOTALE MATERIE
PRIME
ADESIVI E SIGILLANTI 100
AEROPLANI 10
CUCINE
VALIGERIA
10
30
BARCHE 15
CALZATURE SPORTIVE 80
TAPPETI E MOQUETTES 60
MATERASSI 30
FARMACI
AUTOMOBILE
100
15
ABITI 35 VERNICI 100
COMPACT DISC E CASSETTE 100
COMPUTERS
LENTI E OCCHIALI
15
40
MOBILI
PESTICIDI
FOTOGRAFIA
25
100
80
IMBALLAGGIO ALIMENTARE 60 BOTTIGLIE DI PLASTICA 100
30
35
BENZINE 5
UTENSILERIA 15
TUBI 40
FRIGORIFERI
PICCOLI
ELETTRODOMESTICI
ATTREZZI SPORTIVI 25
PNEUMATICI 80
contenuto prevalente di materiali polimerici
settori di impiego dei materiali plastici
EdiliziaPVC: infissi, tubi, impermeabilizzanti
PC, PMMA: vetrate infrangibili
PE, PS, PUs: isolamento termico-acustico
ImballaggioPET: bottiglie x bibite
PE, iPP, PS antiurto: packeging alimentare e non
fabbisogno energetico per la produzione e trasformazione di materiali