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IT- Settore Tecnologico- B. Focaccia SalernoPiano dellOfferta Formativa 2011/2012Dai Polimeri di Sintesi alle Plastiche BiodegradabiliPolimeri naturaliProf.ssa Anna Maria MADAIO

Propriet di un polimeroPolimero amorfo: catene polimeriche disposte in modo casuale

Polimero cristallino: catene polimeriche regolarmente allineate

Grado di polimerizzazione :numero di unit monomeriche, variabile da 100 a varie migliaia, con P.M. a partire da 10.000 fino a oltre 200.000

Grado di cristallinit: rapporto (sempre minore di 1) tra la quantit di polimero cristallino e la quantit di polimero totale (cristallino + amorfo)

Polimero termoplastico: catene lineari filiformi, orientabili con la lavorazione (rammollimento termico e risolidificazione reversibile) rammolliscono sotto l'azione del calore. In questa fase possono essere modellate o formate in oggetti finiti che per raffreddamento tornano ad essere rigide.

Polimero termoindurente: costituiti da catene reticolate tra loro per la presenza di legami trasversali (rammollimento termico e risolidificazione definitiva, non reversibile) dopo rammollimento per riscaldamento, induriscono per effetto di reticolazione tridimensionale

Elastomeri: sostanze naturali o sintetiche che hanno le propriet tipiche della gomma naturale, come la capacit di poter essere allungati diverse volte riassumendo la propria dimensione. Vengono modellati nelle forme desiderate tramite estrusione o stampaggio a caldo.

3Parametri di un polimeroTg: temperatura di transizione vetrosaTemperatura alla quale i polimeri a bassa cristallinit passano dallo stato vetroso (rigido e fragile come il vetro) allo stato plastico-gommoso.T m: temperatura di fusioneTemperatura di fusione della fase cristallina del polimero. (I polimeri ad alta cristallinit riscaldati ad una certa temperatura fondono, seguendo un processo del tutto analogo a quello osservato nei cristalli inorganici aventi una determinata temperatura di fusione).

T softening: temperatura di rammollimento Regione di temperatura in cui il polimero diventa progressivamente fluido. La conoscenza del punto di rammollimento utile per determinare le condizioni di processo del materiale: estrusione, pressatura a caldo, etc.Polimeri lineari, ramificati e reticolati

Polimero linearePolimero ramificatoPolimero reticolato5Materiali POLIMERICI di uso comunePE (polietilene) il polimero di pi facile ottenimento e tra i pi comuni. Utilizzato come isolante per cavi elettrici, film e pellicole, borse e buste di plastica, contenitori di vario tipo, tubazioni.. PET (polietilene tereftalato) levoluzione del PE, utilizzato per film e pellicole, anche cinematografiche, tubi, bottiglie, contenitoriPP (polipropilene): usato per molti oggetti di uso comune, dagli zerbini agli scolapasta!PS (polistirene o polistirolo): usato nei pi disparati settori applicativi: domestico, industriale, alimentare (piatti, bicchieri e posate di plastica ). Si sostituito a vetro, alluminio e legno per le sue propriet meccaniche ed elettriche.

6PU (poliuretano) espanso, come schiuma, per materassi e imbottiture, se rigido, per strutture termoisolanti, se elastico, per tubi e guarnizioni elastiche. Utilizzato anche per fibre tessili (Elastam)

PV e PVC (polivinilcloruro) la materia plastica pi versatile: pu essere modellato per stampaggio a caldo nelle forme desiderate. Pu essere ridotto a film oppure disperso in solventi (acqua) con cui vengono spalmati tessuti o rivestite superfici, serbatoi, valvole, rubinetti, vasche e fibre tessili. Le applicazioni pi rilevanti erano la produzione di tubi per edilizia (ad esempio grondaie e tubi per acqua potabile), profili per finestre, pavimenti, film rigido e plastificato per imballi e cartotecnica. Usato anche per uso tessile. Ma il materiale diventa fragile e il monomero cancerogeno..

Sintesi del PU Struttura del PVC

PARENTESI: le fibre tessili ottenute da materie plastiche si dicono sintetiche, mentre se ottenute da cellulosa e derivati si dicono artificiali. Le fibre di lino, canapa, seta, lanasono invece naturali7PMMA (polimetilmetacrilato) nome commerciale: Plexiglas, Perspex, Lucite, Vitroflex, Limacryl e Resartglass. Utilizzato al posto del vetro (data lequivalenza delle propriet ottiche) nella fabbricazione di vetri di sicurezza e articoli similari, nei presidi antinfortunistici, nell'oggettistica d'arredamento o architettonica in genere.

PA (poliammide) I composti pi conosciuti che fanno parte di questa famiglia sono le fibre tessili Nylon e Kevlar. In termini chimici, passando a sistemi naturali, anche le proteine sono sistemi poliammidici poich caratterizzate dal legame tra un gruppo acido e un gruppo amminico.

PMMAFibre di Nylon8Polimeri di ultimissima generazione

PI (poliimmide) Fa parte del tipo "materie plastiche ad alta prestazione" in quanto offre elevate prestazioni in termini di resistenza alle alte temperature, all'usura e basso attrito. utilizzata per produrre boccole, anelli di tenuta e rondelle reggispinta, utilizzati nell'industria automobilistica, aerospaziale, dei semiconduttori e in altri comparti industriali.

PAN (poliacrilonitrile) utilizzato per la produzione di fibre sintetiche resistenti all'invecchiamento, a tarme, ad agenti fisici e chimici e caratterizzate da notevoli propriet meccaniche. Utilizzato anche come precursore per ottenere fibra di carbonio ad alta qualit.

CR39 il trentanovesimo prodotto di una ricerca di una lunga serie di polimeri della Columbia Research; appartenente alla classe dei poliesteri, garantisce propriet ottiche e meccaniche vantaggiose rispetto al vetro, pesante circa la met del vetro con resistenza all'impatto 4 volte superiore. L'utilizzo principale di questo materiale nelle lenti infrangibili ad uso oftalmico (occhiali).

PC(policarbonati): usati nellottica per le lenti degli occhiali, nellelettronica per i computer e per i compact disc, nel campo delle costruzioni per coperture trasparenti, nel settore dei trasporti per i caschi e per le coperture dei fanali. Nel campo medico nelle apparecchiature per la dialisi artificiale e per la cardiochirurgia, per la prima infanzia (biberon, aerosol, incubatrici).

SI (siliconi o poli-silossani), sono polimeri inorganici basati su una catena silicio-ossigeno e gruppi funzionali organici legati agli atomi di silicio. La versatilit dei siliconi li rende utilizzabili nei pi disparati settori, ad esempio:Adesivi, Lubrificanti Polimeri perfluorurati: il TEFLON (PTFE)Isolanti Giocattoli Settore automobilistico Antischiuma Protesi Sigillature Finiture murali

Tassonomia dei Polimeri

TermoplasticiTermoplastici biodegradabiliTermoindurenti

Termoindurenti biodegradabili

Polietilene (PE)Polipropilene (PP)Polibutilene (PB)Polivinilcloruro (PVC)PETAcetato di cellulosaPoliammidi (nylon) e poli-immidi (BMI)Polistirene (PS)

Acido polilattico (PLA)Policaprolattone (PCL)Polibutilsuccinato (PBS)Amido di mais (Mater-Bi) o di patata (Solanyl)

Policarbonato (PC)PoliestereEpossidichePolifenoliTeflon (PTFE)PoliuretaniResine ureiche e melamminicheABS (acrilonitrile-butadiene-stirene)Gomme naturali (poliisoprene 1,4 cis) e sintetiche

Resine oleose (olio di soia, olio di ricino)

Riciclo

Polimeri in naturaPolisaccaridiProteinePoliesteri termoplastici (PHA)Gomma naturaleGommalacca (shellac)Lignina

PolisaccaridiPolisaccaridi: carboidrati che per idrolisi acida forniscono numerose unit di monosaccaridi. Monosaccaridi:

Poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni

Esosi, pentosi(n di solito compreso tra 40 e 3000)Monosaccaridi: D-aldosi

Monosaccaridi: glucosio

D-glucosioa- D-glucosiob- D-glucosioa- D-glucopiranosiob- D-glucopiranosio

Monosaccaridi

b- D-galattopiranosio

a- D-mannopiranosiob- D-arabinofuranosiob- D-xylofuranosio

N-acetil-D-glucosamminaCellulosa

polisaccaride lineare con legami glicosidici b-1,4 tra le unit di glucosio.

n nel legno circa 10000 mentre nel cotone si arriva a 15000.

I gruppi OH di una catena formano legami idrogeno con gli atomi di ossigeno di un'altra, conferendo rigidit ed alta cristallinit (percentuale di cristallinit 50-60% ,Tg 320C)Luomo non possiede sistemi enzimatici in grado di rompere i legami b per cui la cellulosa non pu essere assimilata.Eteri della cellulosametilcellulosa, carbossimetilcellulosa, idrossi-etilcellulosa (industria alimentare, cosmetica, farmaceutica, tessile)

nitrato di cellulosa (vernici, inchiostri)

acetato di cellulosa(tessile, manufatti vari)Emicellulosapolimero di cinque zuccheri differenti.

Questi sono sia zuccheri a cinque atomi di carbonio (solitamente xilosio e arabinosio, i pi abbondanti) che zuccheri a sei atomi di carbonio (galattosio, glucosio e mannosio), che possono essere sostituiti con gruppi laterali acetici. Lemicellulosa amorfa a causa della presenza di ramificazione lungo le catene ed , rispetto alla cellulosa, pi facilmente idrolizzabile fino ad arrivare ai suoi monomeri.

LigninaLa lignina un polimero complesso, altamente ramificato, di monomeri aromatici sostituiti. Struttura amorfa ed eterogenea

alcol sinapilicoalcol coniferilico

alcol cumarilicoLa lignina dei legni morbidi costituita principalmente da alcol coniferilico.La lignina del legno duro contiene unit monomeriche di alcol coniferilico e di alcol sinapilico. La lignina dellerba contiene tutti e tre i monomeri

Composizione del legno

ChitinaLa chitina un polisaccaride strutturale che si trova largamente in natura (diatomee, funghi, esoscheletri di insetti, artropodi e molluschi).E' un polimero lineare costituito da: unit di N-acetil-D-glucosamina unite da legami glicosidici b1-4.

chitosano : chitina deacetilataal di sopra del 50%,AmidoLamido un polimero costituito da numerose unit di glucosio unite da legami glicosidici a -1,4. I legami a rendono il polimero amorfo.

L amido la riserva energetica delle piante. Si trova sotto forma di granuli nelle radici, nei tuberi (patate), nei semi, nel grano e nei cereali (riso, mais).

Gli animali e gli uomini posseggono sistemi enzimatici in grado di rompere i legami a ottenendo il glucosio che pu essere assimilato.

E composto da due polimeri: lamilosio che solubile in acqua (10-20% in peso) e lamilopectina che insolubile (80-90% in peso)Amilosio (p.m. 150000-600000)Lamilosio contiene solo legami glucosidici a-1,4

Assume una struttura secondaria ad elica

solubile in acqua bollente, meno in acqua fredda

Amilopectina (p.m. ca. 1000000)

Ramificazione ogni 20-25 unit contiene sia i legami glicosidici a-1,4 che i legami a-1,6 con rapporto legami a-1,4/legami a-1,6 approssimativamente uguale a 20 Insolubile in acquaAmilosio-amilopectina

Pectinepoli(1,4--D-galatturonide)

Catene di molecole di acido galatturonico unite da legami (1-4).In percentuale variabile i gruppi carbossilici sono esterificati con CH3OH.Le pectine formano colloidi gelatinosi, abbondanti nella parete cellulare della frutta: essi vengono idrolizzati, con la maturazione, da alcuni enzimi come la pectasi e la pectinasi (sono presenti soprattutto nelle mele e nelle pere).

Ogni frutto ha una percentuale di pectina variabile a seconda della specie e della sua et di maturazione. La pectina cementifica lo spazio tra una cellula e l'altra, tenendole unite e dando croccantezza a frutta o verdura. Con il procedere della maturazione questo legame si scioglie e il frutto perde consistenza.ProteinePolimeri di amminoacidi legati in una catena lineare ed uniti mediante legami peptidici tra i gruppi carbossilici ed i gruppi amminici di residui aminoacidici adiacenti

CHH3NCH2COOOH+-COOHHNH2CRcisteinatirosinaisoleucinaacido asparticoPeptidi e struttura primaria

Struttura secondaria proteineDefinita da legami a idrogeno tra il gruppo carbonilico e il gruppo N-H dei legami peptidici che formano la proteina.

elica: lN-H di un legame peptidico forma un legame a idrogeno col gruppo C=O di un altro legame peptidico lungo la stessa catena (uno ogni 3,6 amminoacidi). Struttura rigida a spirale. elica

Struttura secondaria proteinefoglietto-: legami a idrogeno tra catene peptidiche affiancate e parallele

Struttura terziaria e quaternaria proteine

La maggior parte delle proteine un misto delle duestrutture e di altre strutture (es. eliche con leggi diverse)

Struttura della seta(esempio di polimero naturale proteico)La seta del baco da seta (Bombyx mori) costituita da una proteina tessile, detta fibroina, ed una non-strutturale e collosa, detta sericina.

Fibroina: ricca di glicina, alanina e serina nella forma GAGAGS

Sericina: piu ricca di gruppi polari come idrossili, carbossili e gruppi amminici, e nel complesso pi ricca in serina (circa 30% del totale degli amminoacidi presenti).

Poliesteri termoplastici (PHA - poli-idrossialcanoati)

I poliidrossialcanoati (PHA) sono dei poliesteri alifatici prodotti direttamente da microrganismi per fermentazione di sostanze naturali.

Possono essere prodotti come omopolimeri (poliidrossibutirrato) o come copolimeri (poliidrossibutirrato-copoliidrossivalerato).

RnomesiglaidrogenoPoli 3-idrossipropionatoPHPmetilePoli 3-idrossibutirratoPHBetilePoli 3-idrossivaleratoPHVpropilePoli 3-idrossiesanoatoPHEI loro impieghi sono vari; uno di questi molto interessante, la possibilit di sostituire il PET nella produzione delle bottiglie.Poli 3-idrossibutirrato PHB Semicristallino (cristallinit 60-80%) Tm = 170 180 C Tg = 4 C Densit 1.25 g/cm3 Molto simile al polipropilene isotattico

nH2O

PHA - poli-idrossialcanoatiI poli-idrossialcanoati a catena media o corta possono essere sintetizzati per opera di batteri, ad esempio durante il trattamento di grassi ed oli esausti.

Alcuni batteri (Rhodospirillum rubrum, Rhodocyclus gelatinosus e Rhodococcus ruber) sono in grado di sintetizzare PHA, in particolare co-polimeri di 3- idrossibutirrato (3HB), 3-idrossivalerato (3HV), e 3-idrossiesanoato (3HHx) dallesanoato.

Cellule batteriche con sviluppo di PHAProdotto per fermentazione batterica di sorgenti organichecon accumulazioni di granuli nel citoplasma cellulareGomme naturaliLa gomma naturale lisomero cis-1,4-poli-isoprene. Materiale amorfo elastomerico. Caratteristica legataalla conformazione delle catene ed al numero di cross-links.

Lisomero trans la guttaperca. Materiale altamente cristallino e rigido.

(1,4-cis-polyisoprene)Gomme naturaliGomma arabica :essudato vegetale

Catene di D-galattosio e D-galatturonico ramificate + 10% frazione proteica.

Gomma tragacanth : essudato vegetale.

Alto contenuto di D-galatturonico, fortemente ramificate e poco solubili in acqua.