Acrilonitrile butadiene stirene: copolimeri

Il copolimero acrilonitrile butadiene stirene noto come ABS è  un polimero termoplastico amorfo costituito mediamente dal 15% di acrilonitrile, 40% di 1,3-butadiene e 45% di stirene.  

I copolimeri stirene acrilonitrile erano disponibili sin dagli anni ’40 e, sebbene la loro maggiore tenacità rispetto allo stirene li rendesse adatti a molte applicazioni, i loro limiti hanno portato all’introduzione del butadiene come terzo monomero e quindi è nata la gamma di materiali comunemente indicati come plastica ABS.

Questi sono diventati disponibili negli anni ’50 e la variabilità di questi copolimeri e la facilità di lavorazione hanno portato l’ABS a diventare il più popolare dei polimeri .

I tre monomeri che costituiscono il copolimero sono indicati in figura

Ha formula (C₄H₆)_y·(C₃H₃N)_x ·(C₈H₈)_z e struttura:

Ogni monomero contribuisce alle caratteristiche del copolimero. In particolare l’acrilonitrile contribuisce alla resistenza al calore, chimica e alla durezza superficiale del sistema. L’1,3- butadiene contribuisce a tenacità e resistenza agli urti, mentre lo stirene contribuisce alla lavorabilità, rigidità e resistenza.

Le resine  ABS sono sistemi a due fasi: lo stirene-acrilonitrile costituisce la fase della matrice continua. La seconda fase è composta da particelle di polibutadiene disperse, sulla cui superficie è innestato uno strato di stirene-acrilonitrile

La polimerizzazione può avvenire in massa continua o per emulsione.

L’acrilonitrile butadiene stirene viene prodotto in due modi:

Nel primo metodo, i copolimeri di stirene/acrilonitrile (SAN) vengono miscelati con gomma acrilonitrile/butadiene (NBR). Normalmente, la fase di gomma viene suddivisa e uniformemente dispersa in piccole particelle come fase discontinua nella fase continua SAN.

Il secondo approccio di produzione, utilizzato nella maggior parte delle operazioni odierne, offre maggiore versatilità e capacità di progettare profili di proprietà specifici personalizzati. L’acrilonitrile è innestato (legato chimicamente) su una struttura portante di butadiene o copolimero di butadiene stirene .

Proprietà

L’acrilonitrile butadiene stirene è un materiale ideale per varie applicazioni, grazie alle sue numerose proprietà fisiche come:

• elevata rigidità
• buona resistenza agli urti, anche a basse temperature
• elevata resistenza meccanica
• buone proprietà isolanti
• elevata brillantezza superficiale
• buona saldabilità
• buona resistenza all’abrasione e alla deformazione
• elevata brillantezza superficiale

Mostra proprietà chimiche come

• ottima resistenza agli acidi e agli alcali diluiti
• moderata resistenza agli idrocarburi alifatici
• scarsa resistenza agli idrocarburi aromatici, agli idrocarburi alogenati e agli alcoli

Le sue proprietà dipendono dal rapporto tra acrilonitrile, butadiene e monomeri di stirene e da come questi componenti vengono polimerizzati e formulati. Per una buona resistenza chimica, resistenza al calore e stabilità termica a lungo termine , la formulazione deve essere ricca di acrilonitrile. Le formulazioni ad alto contenuto di stirene hanno una buona lucentezza, un’eccellente modellabilità e una buona resistenza e rigidità , mentre il butadiene contribuisce all’impatto a bassa temperatura e al mantenimento delle proprietà generali.

Svantaggi

A scapito di molte proprietà che rendono il polimero largamente utilizzato vi sono alcuni svantaggi come:

• scarsa resistenza agli agenti atmosferici
• facilità al graffio
• scarsa resistenza ai solventi, particolarmente aromatici, chetoni ed esteri
• bassa rigidità dielettrica
• combustibilità

Per superare alcune di queste limitazioni, l’ABS può essere facilmente miscelato o legato con altri polimeri per migliorarne le prestazioni.  Inoltre, alla miscela possono essere aggiunti additivi per migliorare, ad esempio, la stabilità ai raggi UV e all’ossidazione e agenti di rinforzo come fibre di vetro e cariche minerali per migliorare la resistenza e la rigidità.

Usi

Oltre ai suoi usi nei componenti della tastiera del computer e nei mattoncini LEGO, è usato anche nel campo automobilistico. Nel settore edile, l’ acrilonitrile butadiene stirene è usato nella produzione di tubazioni plastiche e strutture in plastica ondulata. È utile anche nella produzione di copricapi protettivi come elmetti e caschi. Altri usi comuni dell’ABS includono stampanti, aspirapolvere, utensili da cucina, fax, strumenti musicali e giocattoli di plastica.

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