Plastica e nuovi
materiali
La presentazione è tratta dal sito http://www.tecno-idea.it/
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Le materie plastiche
• Prodotti di natura organica (contenenti cioè carbonio)
• Assumono consistenza pastosa sotto l’azione del calore o di solventi
• Facilmente plasmabili fino ad assumere la forma voluta, che mantengono al
cessare dell’azione del calore.
• Particolare richiede l’aspetto ecologico: molte materie plastiche non sono
biodegradabili e creano problemi di smaltimento dei rifiuti e di inquinamento.
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La storia della plastica
• Alcuni derivati dal regno vegetale (caucciù), animale (corno) o minerale
(ambra), sono le prime materie plastiche della storia.
1. Le materie plastiche artificiali
Nel 1839 Goodyear scoprì il metodo per conferire alla gomma naturale
proprietà meccaniche notevolissime (vulcanizzazione)
2. Le materie plastiche sintetiche
Nel 1906, il belga Baekeland fabbricò numerosi oggetti con la
bakelite, prima resina sintetica (non ottenuta
da prodotti naturali come la cellulosa): era in grado di imitare materiali
come il legno, il marmo e la giada.
3. Grande diffusione nel XX secolo. Tra le nuove invenzioni
ricordiamo, quella del polipropilene (Moplen) da parte di Giulio
Natta, che vinse il premio Nobel 1963 per la chimica.
4. Le materie plastiche oggi
Le materie plastiche oggi consentono la creazione di
oggetti nuovi con plastiche biodegradabili e quindi
riciclabili.
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Le proprietà delle materie plastiche
Conoscere le proprietà dei vari tipi di materie plastiche è importante
perché ne consente l’uso più appropriato ed efficiente.
Caratteristiche chimico-fisiche
1. Composizione chimica
Sostanze organiche
macromolecolari (polimeri)
2. Peso molecolare (elevato)
3. Peso specifico
(varia da 0,9 a 2,2 g/cm3 circa)
4. Conducibilità elettrica (bassa)
In genere è isolante
5. Comportamento al calore
Resine termoplastiche: si
possono fondere e modellare più
volte.
Resine termoindurenti: solo una
volta.
Proprietà meccaniche
1. Durezza (discreta)
2. Resistenza alle
sollecitazioni (buona)
3. Resilienza
Resistenza agli urti (buona)
4. Elasticità (buona)
Proprietà tecnologiche
1. Plasticità (ottima)
2. Lavorabilità (ottima)
3. Duttilità (ottima)
4. Malleabilità (ottima)
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Tipi di polimeri e loro usi
a. Polimeri termoplastici
- Struttura molecolare lineare
- All’azione del calore fondono
assumendo le forme dello stampo.
- Questo processo si può ripetere
più volte (riciclaggio)
1. PET - Polietilene tereftalato
(bottiglie acqua minerale)
2. HDPE - Polietilene ad alta densità
3. V - Vinile
4. LDPE - Polietilene a bassa densità
5. PP – Polipropilene
b. Polimeri termoindurenti
- Una volta scaldati e formati non
possono tornare a fondersi
1. Resine fenoliche (bakelite)
2. Resine epossidiche (adesivi, isolanti)
3. Poliestere (recipienti – poliuretano)
4. Resine di melamina (giocattoli)
5. Resine di urea-formaldeide (maniglie, appendini)
6. Elastomeri (gomma, elastici, tubi)
(articoli casalinghi)
6. PS – Polistirene
(imballaggi - polistirolo)
7. ALTRI - es. PVC Cloruro di polivinile
(edilizia)
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La polimerizzazione
I Polimeri sono grandi molecole, ottenute per sintesi chimica dal petrolio e sono alla base
di tutte le materie plastiche. Possono essere termoplastici o termoindurenti.
Dalla distillazione frazionata del petrolio, fra le varie sostanze ottenute, si ha
la Virgin Nafta, utilizzata proprio per la produzione della plastica.
La Virgin Nafta viene trasferita nell’impianto dello Steam-Cracking dove
viene surriscaldata con vapori a pressioni elevatissime. Gli atomi delle lunghe
molecole della Virgin Nafta si spezzano in molecole più semplici (monomeri):
si formano l’etilene e il propilene.
I monomeri (etilene e propilene), all’interno di un’autoclave, subiscono il
processo di polimerizzazione, vengono cioè uniti fra loro in molecole più
lunghe e complesse (dette polimeri).
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La polimerizzazione
I monomeri (etilene e propilene), all’interno di un’autoclave, subiscono il
processo di polimerizzazione, vengono cioè uniti fra loro in molecole più
lunghe e complesse (dette polimeri).
E’ in questa fase che si ha la distinzione fra TP e TI:
i polimeri delle resine termoplastiche sono formati da catene libere di scorrere le
une sulle altre;
i polimeri delle resine termoindurenti sono formati da catene tra loro bloccate da
legami indissolubili.
Alle resine sintetiche così ottenute (TP o TI) vengono aggiunte altre sostanze
additive comeriempitivi, indurenti, plastificanti e coloranti. Alla fine di questi
procedimenti le resine si possono presentare o sotto forma di polvere o sotto
forma di granuli, pronte per essere trattate dai diversi tipi di processi di
lavorazione.
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Lavorazione delle materie plastiche
1. ESTRUSIONE
- Processo continuo che permette di formare tubi, barre, lastre,
profilati e film
una grande vite “senza fine” convoglia il materiale da una
tramoggia (una sorta di grosso imbuto) in un cilindro riscaldato,
dove avviene la fusione e l’omogeneizzazione
Il materiale termoplastico fuoriesce dalla filiera, che lo foggia
con continuità nella forma voluta
Il raffreddamento avviene mediante contatto con calibratori
raffreddati a circolazione d’acqua.
2. SOFFIAGGIO
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Si immette aria negli stampi (di alluminio, di resina epossidica o di legno)
La materia prima è in lastra e il prodotto può essere di notevoli dimensioni
La formatura del pezzo avviene per soffi aggio di aria mediante compressore.
3. STAMPAGGIO
Lo stampo è uno strumento che permette di
riprodurre la sua forma in diversi oggetti, tutti
uguali tra loro.
-Il processo di stampaggio delle materie
plastiche avviene per:
- Formatura a mano
- Stampaggio a caldo a compressione
(termoformatura):
- Stampaggio per iniezione
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La plastica e l’ambiente: il riciclaggio
- La materia prima è derivata dal petrolio, un combustibile fossile che, bruciando, produce
gas inquinanti.
- L’eccessiva produzione di plastiche per l’imballaggio riversa nell’ambiente milioni di
tonnellate di rifiuti solidi praticamente indistruttibili.
- Raccolta differenziata, recupero e riciclaggio
Raccolta differenziata
Selezione per tipologia
Compattazione
Prodotti usati
Nuovi prodotti
Triturazione
Semilavorati
Fusione termoplastica
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I nuovi materiali
- Negli ultimi decenni sperimentazione e
commercializzazione di nuove tipologie di
materiali che, rispetto a quelli tradizionali,
mostrano proprietà superiori.
- Ad esempio i materiali compositi, che derivano
dalla combinazione di almeno due componenti
chimicamente diversi, la cui coesistenza genera
proprietà e caratteristiche non riscontrabili nei
singoli componenti.
- Più recenti ancora sono i cosiddetti
nanomateriali, generati dalla manipolazione
della materia fino ad un livello estremamente
fine (con tolleranze inferiori al decimilionesimo
di metro)
- materiali, prodotti, dispositivi caratterizzati da
proprietà nuove e inusuali, ancora tutte da
scoprire.
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I materiali compositi
1. Fibre di carbonio
• ottima resistenza meccanica
• bassa tenacità
• alto modulo elastico
• bassa densità (1.7-2.1 g/cm3)
• alto costo
2. Fibre aramidiche (Kevlar - Nomex)
• ottima resistenza meccanica
• alta tenacità
• modulo elastico medio
• bassa densità (<1.5 g/cm3)
• costo medio
3. Fibre di vetro
• ottima resistenza meccanica
• buona tenacità
• basso modulo elastico
• media densità (2.5-2.8 g/cm3)
• basso costo
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Le nanotecnologie
Nel 1959 il fisico americano Richard Feynman (Premio
Nobel 1965) indicò la strada, profetizzando scenari che
oggi sono in parte divenuti realtà.
Sulla base degli studi di Feynman, l’ingegnere
giapponese, Norio Taniguchi introdusse il
termine nanotecnologia, riferendolo a uno
sviluppo della meccanica di precisione,
con tolleranze dell’ordine del nanometro
(milionesimo di millimetro).
Oggi la nanotecnologia è una realtà che punta a
sviluppare nuovi sistemi (materiali, dispositivi, ecc.)
progettandone direttamente la nanostruttura.
- produzione di dispositivi estremamente
miniaturizzati (con dimensioni massime dell’ordine
di 100 nm) e di materiali innovativi modificando le
caratteristiche macroscopiche e microscopiche dei
materiali.
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Applicazioni delle nanotecnologie
Vetrine antigraffio che
sfruttano l’effetto “loto”
Nanotubi per schermi
notebook
OLED (diodi organici emettitori
di luce) per schermi
Celle a combustibile
forniscono corrente a
veicoli e telefonini
Articolazioni dell’anca
in materiali biocompatibili
Vestiti “intelligenti” misurano
il polso e controllano la
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respirazione