Strutture dei polimeri e loro proprietà

I polimeri possono essere classificati in termoplastici che subiscono reversibilmente processi di fusione e di rammollimento e polimeri termoindurenti quando con l’aumentare della temperatura dapprima fondono, poi induriscono in modo irreversibile a causa di reazioni che portano alla formazione di particolare strutture reticolate. Vi sono poi gli elastomeri, polimeri ad alto peso molecolare che presentano la capacità di subire deformazioni elastiche ovvero possono essere allungati in modo reversibile.

I polimeri termoplastici sono costituiti da lunghe catene lineari unite tra loro da legami di natura elettrostatica ( forze di Van der Waals)

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I polimeri termoindurenti e gli elastomeri presentano lunghe catene polimeriche unite da veri e propri legami chimici trasversali.

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Cristallinità e trasparenza

La trasparenza di un polimero dipende dal suo grado di cristallinità ovvero dalla capacità delle molecole di assumere disposizioni spaziali ordinate. In generale quanto più è elevata è la cristallinità tanto minore è la trasparenza (si ricordi a tal proposito che i vetri che sono amorfi sono trasparenti).

Nei polimeri termoplastici a catene non ramificate come il polietilene , dette catene possono disporsi in maniera ordinata più facilmente di quello che avviene in polimeri con catene ramificate quali ad esempio il polistirene e il policarbonato.

Alla luce di quanto detto tanto più voluminose e ingombranti sono le ramificazioni laterali tanto minore sarà la cristallinità e tanto maggiore la trasparenza.

Comportamento al calore

I polimeri termoplastici rammolliscono quando l’energia termica si avvicina alla forza di Van der Waals che tiene unite le catene polimeriche lineari si verifica la fusione del polimero in quanto le catene, non essendo più unite da tali forze si allontanano. La maggior parte dei polimeri termoplastici e le gomme naturali infragiliscono a basse temperature: infatti in entrambi i casi aumenta la cristallinità.

Nelle gomme naturali o sintetiche il calore rende più elastico il prodotto senza arrivare alla fusione a causa della presenza di legami chimici trasversali. I polimeri termoindurenti, per la presenza di un maggior numero di legami chimici trasversali rispetto agli elastomeri sono stabili al calore e non fondono ed inoltre non sono particolarmente influenzati dalle basse temperature perché i legami trasversali impediscono la cristallizzazione.

Resistenza meccanica

I polimeri termoplastici con catene semplici sono cedevoli e soggetti a stiramento quando sono sottoposti a carico; al contrario in presenza di ramificazioni il polimero risulta più rigido. Nei polimeri termoindurenti le proprietà meccaniche dipendono dal numero di legami trasversali quindi si va da prodotti semiflessibili a prodotti rigidi

Resistenza ai solventi

Il comportamento di un polimero nei confronti di un solvente è assai diverso a seconda della natura del polimero stesso. Nei polimeri termoplastici un idoneo solvente è in grado di allontanare le catene polimeriche tenute unite le une alle altre solo da legami deboli cosicché esso si scioglie.

Negli elastomeri il solvente non è in grado di rompere il legami trasversali ma riesce, comunque a penetrare fra le catene polimeriche provocando rigonfiamenti; se il solvente viene allontanato il polimero riacquista l’aspetto originale. Per i polimeri termoindurenti, caratterizzati da una fitta rete di legami trasversali non esiste solvente in grado di solubilizzarli.

Reazione al fuoco

I polimeri, essendo costituiti in massima parte da carbonio e idrogeno, sono infiammabili e, in particolare, i termoplastici più che i termoindurenti. L’aggiunta di additivi quali composti di fluoro, cloro e bromo durante la lavorazione diminuiscono l’infiammabilità in quanto agiscono come ritardanti di fiamma che  agiscono interferendo con la fase gassosa del processo di combustione o iniziando una reazione chimica che provoca un raffreddamento dell’aria di combustione e la cessazione del fuoco.

Azione degli agenti atmosferici

La luce U.V. in misura maggiore, unitamente all’acqua, agli sbalzi di temperatura ecc. sono tra i fattori di cui bisogna tenere conto: la degradazione delle plastiche assume aspetti differenti in funzione della loro natura: fessurazioni, crepe, superfici gessose, cambiamenti di colore, variazioni delle proprietà elettriche vengono comunemente osservate.

Benché la radiazione U.V. sia solo il 5% dell’energia solare totale che raggiunge la superficie terrestre, molti polimeri assorbono energia nell’intervallo di lunghezza d’onda tra i 290 e i 400 nm tipici della radiazione U.V. provocando la rottura di legami e la formazione di radicali liberi che si propagano attraverso successive reazioni.

In generali i polimeri saturi sono i più resistenti alla luce U.V. rispetto a quelli insaturi. Quando tali radiazioni vengono assorbite solo superficialmente si nota nel polimero una superficie ruvida mentre, quando tali radiazioni penetrano all’interno del materiale la degradazione conseguente si manifesta con fessurazioni e rotture.

Per ridurre tali danni le materie plastiche possono essere caricate con riempitivi in grado di stabilizzarle nei confronti di tali radiazioni: vengono usati antiossidanti, unitamente a stabilizzanti anti-U.V tra cui gli assorbitori di radiazioni U.V. che assorbono tale radiazione restituendola nell’I.R. I più efficaci assorbitori sono pigmenti come il nero di carbonio e l’ossido di ferro.

 

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Author: Chimicamo

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