CORSO PON
Esperto nella progettazione, caratterizzazione e lavorazione di termoplastici
modulo: CHIMICA DEI POLIMERI
Vincenzo Venditto
argomenti del corso
  concetti fondamentali della Scienza dei Polimeri
•  sintesi, struttura, proprietà e aspetti tecnologici dei polimeri
  relazioni proprietà-struttura nei materiali polimerici
•  la massa molecolare
•  lo stato fisico
  tecniche di analisi microscopica applicata ai polimeri
•  microscopie ottica, elettronica, a sonda
  polimeri di interesse industriale (modulo
polimeri industriali)
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I POLIMERI
Sostanze organiche formate da molecole di grandi dimensioni la cui
struttura deriva dall unione, mediante legami chimici non facilmente
dissociabili, di un gran numero di unità ripetitive dette monomeri
dal greco
stirene
meros = unità, parte
mónos = solo
poly = molte
monomero = una sola unità
polimero = molte unità
polistirene
plastĭca deriva dal greco πλαστική (plastikós) da plássō: formare, modellare
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CLASSIFICAZIONE DEI POLIMERI
in base a:
ORIGINE
  plastiche
POLIMERI SINTETICI
  gomme
POLIMERI SEMI-SINTETICI (artificiali)
POLIMERI NATURALI
OMOPOLIMERI
STRUTTURA
  resine
COPOLIMERI
 
  polisaccaridi
  proteine
  acidi
COMPORTAMENTO
TERMICO
nucleici
  alternato
  random
  a
blocchi
  ad
MECCANISMI DI
POLIMERIZZAZIONE
cellulosici
innesto
POLIMERIZZAZIONE A STADI
POLIMERIZZAZIONE A CATENA
POLIMERI TERMOPLASTICI
POLIMERI TERMOINDURENTI
condensazione
  radicalica
  ionica
  coordinazione
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POLIMERI NATURALI
  POLISACCARDI (cellulosa, amido, chitina…)
PROTEINA
  PROTEINE, POLIPEPTIDI (enzimi, seta...) e ACIDI NUCLEICI
  GOMMA NATURALE
  RESINE NATURALI (ambre)
AMIDO
CHITINA
SETA
fibroina (fibra)
sericina (protezione esterna)
CAUCCIU
gomma naturale, lattice estratto dall Hevea Brasiliensis
poliisoprene 1,4 cis
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POLIMERI ARTIFICIALI (semi-sintetici)
Rayon : tutti i filati prodotti per via chimica dalla cellulosa
distinti per motivi merceologici in:
 rayon di cellulosa rigenerata (p.e. da xantato di cellulosa)
 rayon costituiti da composti di cellulosa (in genere esteri di cellulosa)
Cellulosa rigenerata da Xantato di cellulosa
la cellulosa viene sciolta in soda
caustica e solfuro di carbonio
si ha una soluzione colloidale (viscosa)
dopo l estrusione si rigenera la cellulosa
per trattamento con bagno acido
acetato di cellulosa
Xantato di cellulosa
si tratta la cellulosa con anidride acetica
soprannominato "seta artificiale" (aspetto lucido e simile alla seta)
Nitrocellulosa
nasce nel 1845
cellulosa trattata con una miscela
nitrante (acido nitrico e solforico)
Goodyear 1839
Gomma vulcanizzata
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POLIMERI SINTETICI
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POLIMERI SINTETICI
genericamente detti materie plastiche o resine
NOMENCLATURA
La nomenclatura dei polimeri richiama la struttura molecolare:
al nome del monomero si fa precedere il termine POLI
IL NOME DEL MONOMERO DA LUOGO A QUELLO DEL POLIMERO
SIGLA
PE
PP
PVC
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GRUPPI FUNZIONALI DEI MONOMERI
la reattività di un monomero è dovuta alla presenza di
GRUPPI FUNZIONALI
gruppi atomici che determinano il comportamento chimico della macromolecola
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GLI OMOPOLIMERI
OMOPOLIMERO
polimero costituito da unità monomeriche DI UN SOLO TIPO
condizioni per ottenere un omopolimero:
  monomeri
dello stesso tipo:
…-A-A-A-A-A-A-…
(…-A-…
)
= unità monomerica
  monomeri
di tipo diverso contenenti ciascuno un sol tipo di
gruppo funzionale
…-A-B-A-B-A-B-… (…-A-B-…
= unità monomerica
)
B può legarsi solo con A ed A solo con B
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OMOPOLIMERI
esempi
  monomeri
dello stesso tipo:
  monomeri
diversi contenenti ciascuno lo stesso tipo di funzionalità:
+
+
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COPOLIMERI
COMOPOLIMERO: polimero ottenuto dalla combinazione di due
monomeri diversi con funzionalità mista
esempio:
………-A-B-A-A-A-B-A-A-B-………
B può legarsi sia con A che con B e viceversa
comonomero A
H3C
NH2
CH2
H3C
CH3
N
H
O
comonomero B
O
O
N
H
CH2
5
C OH
+
O
NH2
CH2
5
C OH
entrambi i comonomeri posseggono gruppi funzionali di diverso
tipo che gli permettono di interagire sia con A che con B
La copolimerizzazione consente di ottenere materiali
con proprietà differenti dai corrispondenti omopolimeri
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STRUTTURE DEI COPOLIMERI
 
COPOLIMERO ALTERNATO
i due comonomeri sono prevalentemente alternati lungo la catena
-A-B-A-B-A-A-B-A-B-A-B-
 
COPOLIMERO STATISTICO O RANDOM
i due comonomeri presentano un ordine casuale lungo al catena
-A-A-B-B-A-B-B-A-A-A-B-A-B-B-A-B-
 
COPOLIMERO A BLOCCHI
i comonomeri sono raggruppati in blocchi lungo la catena (unione di 2omopolimeri)
-A-A-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-B-B-B-B-B-
..
..
B
B
B
B
.
...
B
B
...... A - A - A - A - A - A - A - A - A - A - A - A - A ......
B
B
COPOLIMERO AD INNESTO (aggraffato)
catene di uno stesso comonomero innestate sulla catena dell altro comonomero
B
 
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FUNZIONALITA DEL MONOMERO
FUNZIONALITÀ (F) : numero medio di legami che una molecola di monomero
può formare con altri monomeri (dello stesso tipo o diversi)
  Molecole
con legami multipli
  Molecole cicliche
F=2
  Molecole contenenti gruppi reattivi
F=2
F=3
F=4
La funzionalità del
monomero influenza
la struttura finale del
polimero
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POLIMERI LINEARI
catene lineari
gli atomi sono disposti lungo
UNA SOLA CATENA detta catena principale
………-A-A-A-A-A-A-A-………
polimero lineare costituito da unità monomeriche A
I MONOMERI CHE DANNO ORIGINE ALLA
MACROMOLECOLA LINEARE DEVONO ESSERE BIFUNZIONALI
PP
gruppi metilici = gruppi laterali
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POLIMERI RAMIFICATI
catene ramificate
si ha ramificazione nel punto in cui si inserisce un
monomero con una funzionalità superiore a due
I polimeri ramificati presentano catene laterali
di lunghezza comparabile alla catena principale
..
..
A
A
A
A
A
A
A
A
......A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A....
A
A
A
A
..
in presenza di glicerina:
CH2-OH
CH-OH
CH2-OH
PET RAMIFICATO
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RAMIFICAZIONI NEL PE
A seconda dei monomeri usati e delle condizioni di polimerizzazione, il
polietilene essere lineare o ramificato (con diversi gradi di ramificazioni)
LDPE
HDPE
ALTAMENTE
LINEARE
ALTAMENTE
RAMIFICATO
LLDPE
PREVALENTEMENTE LINEARE
CON PICCOLE RAMIFICAZIONI
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16
POLIMERI RETICOLATI
catene reticolate
le estremità della catena e/o le ramificazioni
presenti sono chimicamente connesse con le
catene principali di differenti molecole
MONOMERI CON FUNZIONALITÀ
SUPERIORE A DUE
si forma un reticolo
tridimensionale
Molte gomme, come il poliisoprene ed
il polibutadiene, sono reticolate
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catene reticolate
 
 
resine epossidiche
resine fenoliche
A volte non c'è più nessuna catena principale:
dalle ramificazioni crescono ramificazioni da
cui crescono ramificazioni e così via
questi sistemi si chiamano dendrimeri
dal greco déndronche = albero.
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Caratteristiche Fisiche dei Materiali Polimerici
 
 
 
 
 
 
facilmente formabili (mouldable)
bassa densità (prodotti leggeri)
elevata resistenza a corrosione e ad attacchi chimici
buone caratteristiche di isolamento elettrico e termico
bassa rigidità (stiffness) e resistenza agli sforzi (strengths)
intrinsecamente flessibili
oggetti complessi
fabbricabili
facilmente e senza
successive rifiniture
resistenza alla deformazione per unità di peso (volume)
confrontabile con tipici materiali strutturali
  speciali proprietà delle gomme
ritorno elastico (damping)
  temperatura di esercizio limitata (sia a basse che a alte T)
  proprietà dipendenti dal tempo (mostrano creep )
proprietà
viscoelastiche
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proprietà fisiche dei materiali polimerici influenzate dalle caratteristiche
•  microstrutturali
•  strutturali
•  morfologiche
Chimica Fisica
dei Polimeri
relazioni proprietà-struttura
  Influenza della massa molecolare
proprietà che dipendono dalla massa molecolare
 
 
 
 
temperatura di transizione vetrosa
temperatura di fusione
viscosità
forze intermolecolari
  Influenza dello stato fisico
  stato disordinato
  stato ordinato
  stato intermedio
(amorfo)
(cristallino)
(mesomorfo)
  polimeri reticolati
(resine termoidurenti & gomme)
polimeri semicristallini
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