Stabilizzanti polimerici: classificazione, usi

Gli stabilizzanti polimerici sono sostanze che tendono a preservare le proprietà fisiche e chimiche di un materiale. Il degrado, ovvero i cambiamenti irreversibili nella composizione o nella struttura chimica, è responsabile della compromissione delle caratteristiche dei materiali.

Gli stabilizzanti polimerici sono quindi utilizzati per prolungare la vita utile dei materiali e per mantenere le loro proprietà. L’ossigeno e l’acqua sono i principali agenti di degradazione, ma anche le radiazioni ultraviolette possono avere un effetto significativo secondo il fenomeno della fotodegradazione.

Per impedire la degradazione dei polimeri durante la lavorazione o l’uso, gli stabilizzanti polimerici dei polimeri vengono impiegati in base al meccanismo di degradazione del polimero in questione.

La chiave per prevenire la degradazione ossidativa delle plastiche è terminare la reazione radicale nella fase iniziale della degradazione, terminando così l’autossidazione. Per raggiungere questo obiettivo, almeno uno, e preferibilmente più di uno, dei fattori associati allo schema di degradazione devono essere eliminati.

Questi additivi contribuiscono a mitigare la degradazione termo-ossidativa e a migliorare la stabilità termica e chimica dei polimeri, garantendo prodotti più durevoli e di qualità superiore.

Gli stabilizzanti sono classificati in un inibitore dell’inizio della catena radicale, uno scavenger di radicali e un decompositore di perossido, a seconda della fase di autossidazione in cui la catena radicale è inibita.

Classificazione degli stabilizzanti polimerici

Sono  classificati in:

• inibitori che agiscono quando si formano i radicali
• scavenger di radicali
• sostanze che decompongono i perossidi

A causa delle grandi differenze nei meccanismi di degradazione dei polimeri contenenti cloro e di quelli senza cloro, si dovrebbero scegliere stabilizzatori adatti a ciascun tipo di polimero.

Poiché la reazione di degradazione è complessa, l’eliminazione di uno solo dei fattori responsabili della degradazione non è sufficiente per stabilizzare il polimero. L’eliminazione simultanea di più fattori di degradazione, tuttavia, produce un ampio effetto stabilizzante. Ciò si verifica con una miscelazione di sostanze appropriate.

Ad esempio, nel caso di prodotti in polipropilene per uso esterno, un antiossidante fenolico che funge da scavenger  di radicali e un antiossidante al fosforo  che funge da decompositore del perossido vengono miscelati per agire come stabilizzanti termici durante processi come lo stampaggio,.

Un assorbitore di ultravioletti e stabilizzatori alla luce delle ammine impedite  (HALS) vengono  miscelati per fornire una migliore resistenza agli agenti atmosferici durante l’uso.

Tra gli stabilizzanti polimerici vi sono gli stabilizzanti termici, additivi fondamentali nella lavorazione e nell’utilizzo di numerosi polimeri, che rivestono un ruolo particolarmente cruciale nel caso del cloruro di polivinile (PVC) e dei suoi copolimeri. Questo materiale, largamente impiegato in settori come edilizia, imballaggio, elettronica e automazione, è altamente sensibile al calore.

Usi degli stabilizzanti polimerici

Gli stabilizzanti polimerici sono tipicamente usati per prevenire la degradazione dei polimeri durante la lavorazione o l’uso
A causa delle grandi differenze nei loro meccanismi di degradazione è opportuno scegliere stabilizzanti adatti a ciascun tipo di polimero.

In generale, gli stessi stabilizzanti polimerici sono utilizzati nella maggior parte delle materie plastiche, come polipropilene, polietilene e acrilonitrile butadiene stirene (ABS). La chiave per prevenire la degradazione ossidativa della plastica è terminare la reazione radicalica nella fase iniziale della degradazione, interrompendo così l’autossidazione. Per ottenere ciò, è necessario eliminare almeno uno, e preferibilmente più, dei fattori associati al degrado.

A seconda del tipo di polimero e delle funzioni a cui sono chiamati presentano caratteristiche peculiari quali:

• miglioramento della processabilità
• aumento della durata
• prevenzione dell’ossidazione
• miglioramento della resistenza agli agenti atmosferici

In generale, gli stabilizzanti polimerici comprendono componenti primari e secondari che agiscono in sinergia. Tra i più utilizzati vi sono antiossidanti fenolici impediti e decompositori di idroperossidi, che proteggono il polimero da reazioni dannose, e numerosi altri additivi, come stabilizzanti termici, assorbitori UV, plastificanti e lubrificanti, impiegati per ottimizzare le proprietà del materiale durante la produzione.