MATERIALI POLIMERICI

24/01/2018 1Paola Massini - IIS Iris Versari

MATERIALI POLIMERICIVasto gruppo di sostanze chimiche importanti dalpunti di vista sia commerciale che industriale perchcostituiscono le materie plastiche, le fibre tessiliartificiali e sintetiche, le gomme elastiche e, inoltre,le vernici sintetiche, gli adesivi e gli scambiatori diioni.

Questa classificazione in base alle propriet ealluso a cui sono destinate.

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MATERIALI POLIMERICI

I polimeri sintetici trovano largo impiego motivatoprincipalmente da:

Basso costo, disponibilit dei monomeri, facilit disintesi Facilit di lavorazione, plasticit ed elasticit(propriet meccaniche)

Filmabilit Bassa densit Inerzia chimicaAlta resistenza elettrica

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FATTORI CHE INFLUENZANO LE PROPRIETA DEI MATERIALI

POLIMERICI

1. Struttura

2. Meccanismi di polimerizzazione

3. Polidispersivit

4. Configurazione

5. Cristallinit

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DEFINIZIONE DI POLIMERI

Sostanze organiche formate da molecole di grandidimensioni ad alto peso molecolare, dettemacromolecole, la cui struttura deriva dallunione,mediante legami chimici covalenti, di un grannumero di unit ripetitive dette monomeri.

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CLASSIFICAZIONE DEI POLIMERI

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ORIGINE

POLIMERI NATURALI

POLIMERI SINTETICI

POLIMERI ARTIFICIALI

PolisaccaridiProteineAcidi Nucleici

Cellulosici

Materie plasticheElastomeriFibre

DEFINIZIONE DI MATERIALE POLIMERICO

Un materiale polimerico costituito da una misceladi macromolecole di diversa lunghezza ottenutedalla ripetizione regolare di un motivo strutturale(unit ripetitiva) derivato da una o pi molecolepiccole (monomeri) che sono il materiale dipartenza.

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DEFINIZIONE DI MATERIALE POLIMERICO

Un materiale polimerico costituito da una misceladi macromolecole di diversa lunghezza ottenutedalla ripetizione regolare di un motivo strutturale(unit ripetitiva) derivato da una o pi molecolepiccole (monomeri) che sono il materiale dipartenza.

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CLASSIFICAZIONE DEI POLIMERI

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STRUTTURA

OMOPOLIMERI

COPOLIMERI

LineariRamificati

AlternatiStatisticoA blocchiReticolati

CLASSIFICAZIONE DEI POLIMERI

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MECCANISMI DIPOLIMARIZZAZIONE

POLICONDENSAZIONE

POLIADDIZIONE

i monomericontengono ungruppo funzionaleche pu essereperso

il monomerocontiene almeno undoppio legame

POLIMERIZZAZIONE Ogni catena reagendo si accresce in lunghezza in modoindipendente dalle altre e le masse molari non sono tutteuguali

Le catene sono tenute insieme da forze di coesione ditipo Van der Waals o London

Le propriet del materiale dipendono sia dalla lunghezzamedia delle catene che dalla dispersione statistica dellemasse molari cio dal fatto che la lunghezza sia poco omolto variabile intorno a un valore medio

Le propriet meccaniche dipendono dal peso molecolare,migliorano allaumentare del peso molecolare

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POLIDISPERSIVITA

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Quando si sintetizza un polimero si ottengono catene dilunghezza diversa.

Il peso molecolare medio di un polimero sar quindi una mediadi tutti i pesi delle diverse catene (pu essere misuratosperimentalmente)

media numerica Mn = i Ni Mi dove Mi massa singola catenai Ni

media ponderale Mw = i gi Mi = i Ni Mi2 dove gi massa di tutte

i gi i Ni Mi le catene Ni aventimassa Mi

Il rapporto Mn/Mw lindice di dispersione ovvero della larghezzadella curva di distribuzione delle masse molari ed maggiore di 1.

CONFIGURAZIONE DELLE CATENE

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Un polimero si dice stereoregolare quando le unitmonomeriche si succedono lungo la catena con configurazionisteriche (o spaziali) ordinate secondo una regola detta tassa

ATATTICA: il sostituente R in stereocentrisuccessivi distribuito in maniera casuale

ISOTATTICA: tutti i sostituenti R sono situati dalla stessa parte del piano contenente la catena

SINDIOTATTICA: i sostituenti R si alternano dalle due parti del piano contenente la catena

CRISTALLINITA DEI POLIMERI una compattazione delle catene con una distribuzioneatomica ordinata.

Le strutture cristalline sono descritte in termini di celleunitarie, spesso molto complesse.

A differenza delle sostanze con molecole piccole (acqua,metano,) che di norma sono o cristalline ocompletamente amorfe, i polimeri, per le loro dimensioni ecomplessit, sono parzialmente cristallini dettisemicristallini, con regioni cristalline disperse in una massaamorfa.

Il grado di cristallinit varia da zero (amorfo) a circa 95%(quasi completamente cristallino).

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CRISTALLINITA DEI POLIMERIA parit di peso molecolare, la densit di un polimero cristallino maggiore del corrispondente amorfo.Pertanto il grado di cristallinit pu essere determinatosperimentalmente mediante misure di densit.

Il grado di cristallinit dipende:

dalla composizione chimica dalla configurazione delle catene dalla velocit di raffreddamento durante la solidificazione dal processo di lavorazione

I polimeri ad alta cristallinit hanno in genere proprietmeccaniche migliori.

I polimeri amorfi sono spesso trasparenti poich sono omogeneie non assorbono le radiazioni di luce visibile

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CRISTALLINITA DEI POLIMERI

Polimeri che cristallizzano facilmente

Polimeri che cristallizzano difficilmente

Unit ripetitive chimicamente semplici (es.

polietilene, politetrafluoroetilene)

Unit ripetitive chimicamente complesse (es.

Poliisoprene)

Polimeri lineari Polimeri ramificati, a legami

incrociati, reticolati

Sindiotattici e isotattici Atattici

Copolimeri alternati e a blocchi

Copolimeri casuali e ad innesto

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PROPRIETA MECCANICHEQuando una barra di un materiale sottoposto allazionedi una forza progressivamente crescente tende adeformarsi.

La curva sforzo-deformazione serve per descrivere ilcomportamento meccanico di un materiale e possiamoricavare informazioni sul carico di rottura, lo snervamentoe il modulo di elasticit.

Nella maggior parte dei casi sono fortemente influenzatedalla velocit di deformazione, dalla temperatura e dallanatura chimica dellambiente circostante.

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COMPORTAMENTO DEI POLIMERI

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(A) polimero fragile: si rompe puressendo ancora in campo elastico

(B) polimero plastico: inizialmentesi ha deformazione elastica, seguitada snervamento e da una regione acomportamento plastico

(C) polimero elastico: si hadeformazione completamenteelastica di tipo gommoso(elastomeri)

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLE PROPRIETA MECCANICHE

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TERMOPLASTICHE

Le catene di questi polimeri hanno una strutturalineare e ramificata ma non sono unite tra loro dalegami trasversali

Possono essere cristallini o amorfi

Acquistano plasticit e modellabilit sottolazione del calore e della pressione; possonoquindi essere forgiate e mantengono la forma seraffreddate (propriet reversibile)

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLE PROPRIETA MECCANICHE

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ELASTOMERI

Materiali totalmente amorfi le cui catene sonolineari ma legate tra loro da alcuni legamiponte.

Tali legami permettono lo scorrimento dellecatene luna sullaltra durante lallungamentoe ne permettono il ritorno alla situazioneiniziale senza deformazioni permanenti(gomma vulcanizzata)

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLE PROPRIETA MECCANICHE

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TERMOINDURENTI

Materiali che per effetto del calore rammollisconoe successivamente induriscono in modoirreversibile

Sono costituiti da catene lineari che, sotto lazionedel calore, reticolano conferendo alla strutturauna certa rigidit e inderformabilit

Solo a temperature molto elevate si possonospezzare i legami e distruggere il polimero.

Sono in genere pi duri e pi resistenti deitermoplastici.

CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLE PROPRIETA MECCANICHE

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FIBRE

Sono costituite da catene lineari,stereoregolari e cristalline che presentanounelevata tenacit meccanica e resistenza allatrazione

Le catene non possono scorrere luna sullaltraa causa di forze di tipo Van der Waals o legamia idrogeno

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Polietilene PE (-CH2-CH2-)n Il LDPE un materiale termoplastico, ramificato, con

una cristallinit compresa tra il 40 e il 55%

HDPE un materiale termoplastico con una cristallinitcompresa tra il 60 e il 80%, pu essere miscelato con ilLDPE e pu essere rinforzato con fibre di vetro.

I vari tipi di PE non assorbono acqua, sono resistentiagli agenti chimici e sotto i 60 C sono insolubili in tuttii solventi

E adatto per il contatto con generi alimentari

USI: tubi, raccordi, film, buste, giocattoli, rivestimenti dicavi, parti per lindustria meccanica

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Polipropilene PP

I polimeri isotattici sono termoplastici con cristallinitdel 60 - 70%, non assorbono lacqua, resistenti adagenti chimici e ai solventi ma sensibili agli ossidanti

I polimeri atattici sono amorfi e sono prodotti inmodeste quantit.

Il polipropilene viene variamente colorato, rinforzatocon farina di legno, fibre di vetro.

E adatto per il contatto con generi alimentari

USI: isolanti elettrici, tubi, valigie, fibre, film, pratiartificiali

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Polistirene (polistirolo)

E un materiale termoplastico amorfo, rigido,fragile a temperatura ambiente, abbastanzatrasparente e basso assorbimento di acqua.

E solubile in molti solventi organici ma infiammabile

Raramente viene rinforzato.

USI: imballaggi e contenitori trasparenti, siringhemonouso, giocattoli, posate monouso, righelli

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Copolimeri di Polistirene

Stirene-butadiene SB: materiale antiurto, perparti di mobili, corpi di elettrodomestici, radioe televisioni

Acrilonitrile-butadiene-stirene o resine ASB:termoplastica amorfa, rigida ma tenace,rinforzabile con fibre e parti metalliche usataper sedie, parti di elettrodomestici, caschi,scafi e valigie.

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Polivinilcloruro PVC

I vari tipi di PVC sono polimeri termoplastici, amorfi,con caratteristiche meccaniche e di stabilit termicamigliori nei prodotti ad alto grado di polimerizzazione

PVC non plastificato: addizionato di stabilizzanti, duro,rigido, resistente, scarsamente infiammabile.USI: tubi in pressione, bottiglie, tapparelle, grondaie,dischi, CD

PVC plastificato: flessibile ed elastico a seconda del tipodi plastificante e della percentuale.USI: guarnizioni, film flessibili, finta pelle, palloni, preseelettriche

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Polimetilmetacrilato PMMA

E un materiale termoplastico amorfo, rigido atemperatura ambiente, assorbe lacqua e deveessere essiccato prima delle lavorazioni

E resistente ai solventi non polari ma infiammabile

USI: vetri, lenti per occhiali, penne, manici, tubi,pettini, giocattoli

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Poliammidi PA (Nylon)

La poliammide 6 il polimero del caprolattame mentre lealtre PA sono prodotti di condensazione lineare di acidibicarbossilici e diammine.

Sono prodotti parzialmente cristallini (60%) concaratterisitiche meccaniche che dipendono dallacomposizione chimica

Poco adatte per il contatto con alimenti acquosi

Lo stiramento (fibre) aumenta notevolmente la durezza e laresistenza

USI: parti di macchine (ingranaggi, cuscinetti, guarnizioni),materiale isolante elettrico, maniglie, rubinetti, fibre, corde,setole per spazzole.

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Polietilentereftalato PET

Prodotto di policondensazione, lineare,termoplastico, pu essere amorfo o parzialmentecristallino.

Il polimero amorfo meno rigido e pidifficilmente lavorabile

Il polimero cristallino si lavora meglio e ha pialte caratteristiche meccaniche e buona tenacit

USI: parti di macchine, valvole, cerniere, maniglie,bottiglie, interruttori, fibre.

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Policarbonati PC

Polimero termoplastico, amorfo, con ottimecaratteristiche meccaniche e resistenzachimica.

E trasparente, con buon isolamento elettrico,basso assorbimento di acqua e pu essereusato a contatto con gli alimenti

USI: vetri, stoviglie, elettrodomestici, elmi ecaschi, penne a sfera, valvole, ventole, film

PRINCIPALI MATERIE PLASTICHE

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Politetrafluoroetilene PTFE

Polimero termoplastico, lineare, molto cristallino concaratteristiche meccaniche che dipendono dal grado dicristallinit e dagli additivi aggiunti

E molto resistente agli agenti chimici e ai solventi, nonassorbe lacqua, ha un buon potere isolante elettrico,buona resistenza alle alte temperature.

Non incollabile ed difficile da saldare

USI: tubi rigidi e flessibili, guarnizioni, cuscinetti, padelleantiaderenti, materiali a contatto con sostanze aggressive