Materiali non Metallici Le materie plastiche
SCIENZE - MATERIALI NON METALLICI - LE MATERIE PLASTICHE
PRESENTAZIONE
Le materie plastiche sono sostanze sintetiche che possono essere rese molli e stampate per produrre numerosi oggetti. A temperatura ambiente, possono assumere lo stato solido e sono suscettibili di formatura e modellatura per azione della temperatura e della pressione, in presenza o in assenza di solventi.Le materie plastiche sono formate da molecole a catena lunghissima (macromolecole) che possono contenere molte migliaia di atomi. Le lunghe catene sono formate dall'unione di un numero elevato di molecole minori. Le grandi molecole sono chiamate polimeri (in greco: polys = molto, meros = parte), mentre le molecole semplici da cui esse sono prodotte sono chiamate monomeri (monos = uno solo).
Le materie prime usate per la preparazione delle plastiche sono diverse: oltre a colla, gelatina, resine naturali e sostanze proteiche, che furono i primi prodotti usati industrialmente, si adoperano derivati della cellulosa e resine sintetiche. A seconda della resina che le costituisce, le materie plastiche si possono suddividere in due grandi gruppi: 1) materie plastiche derivate dalla modificazione di altipolimeri naturali: vi appartengono i plastici cellulosi, a base di esteri o di eteri della cellulosa, e i proteinoplasti, derivati dalla condensazione di sostanze proteiche (caseina, ecc.) con formaldeide; 2) materie plastiche sintetiche, il cui componente fondamentale è un altopolimero sintetico.
La sintesi degli altipolimeri si può ottenere per policondensazione, per polimerizzazione propriamente detta e per poliaddizione. In base appunto alla reazione con cui si ottengono, le materie plastiche sintetiche si suddividono in tre sottogruppi: a) policondensati; b) polimerizzati; c) poliaddotti. In base al comportamento nei confronti del calore, le materie plastiche, sia naturali sia sintetiche, si suddividono in due classi: termoplasti e duroplasti. I termoplasti sono quelle sostanze che per effetto di un innalzamento di temperatura passano dallo stato di solidi duri a quello di liquidi viscosi e ritornano allo stato primitivo con l'abbassamento della temperatura; poiché durante il riscaldamento non avviene alcuna reazione chimica, ma solo una trasformazione fisica temporanea (rammollimento), questo ciclo può ripetersi teoricamente un numero infinito di volte. I duroplasti sono invece quelle sostanze che, per effetto di un riscaldamento prolungato a temperature più o meno elevate e, in presenza o in assenza di catalizzatori o di sostanze adatte (indurenti), subiscono una trasformazione chimica irreversibile, per la quale il materiale dallo stato plastico passa allo stato solido insolubile e infusibile. In questi materiali lo stato di plasticità non è dunque riproducibile, poiché l'indurimento, una volta prodotto, è permanente.
ALCUNE MATERIE PLASTICHE
Una delle materie plastiche sintetiche più antiche, e certamente una delle più usate, è senz'altro il polistirolo (detto anche polistirene). Esso è ampiamente usato nella fabbricazione di giocattoli, imballaggi, parti di apparecchi elettrodomestici, ed altro ancora, in sostituzione del legno, dei metalli, del cartone, del vetro ecc. Ha carattere termoplastico, buone proprietà meccaniche ma notevole fragilità, dato che la temperatura di transizione allo stato vetroso è sugli 80° centigradi. Questo difetto viene in parte eliminato nel cosiddetto "polistirolo antiurto" mediante l'aggiunta di particolari sostanze, dette plastificanti.L'etilene è un gas ottenuto dal petrolio greggio e dal gas naturale. Le sue molecole contengono sei atomi e un doppio legame. Quando il gas è compresso a 2000 atmosfere a una temperatura di 200° centigradi, queste piccole molecole si fondono. Attraverso una riorganizzazione dei legami fra gli atomi, si forma una singola molecola a catena molto lunga contenente circa 2000 unità e nota ai chimici come polietilene.
Il polietilene è una materia termoplastica che può essere lavorata facilmente in fogli sottili, tazze, bottiglie o tubi ed è un eccellente isolante elettrico. Un tipo di termoplastica più recente è ottenuto dal propilene, che polimerizza formando polipropilene. È una sostanza più resistente del polietilene ed è usata per la preparazione di sacchi e tappeti. Una forma di etilene è alla base dei fluorocarburi. Quello più noto è il tetrafluoroetilene, in cui gli atomi di idrogeno dell'etilene sono sostituiti da atomi di fluoro. Il pilitetrafluoroetilene è resistente al calore ed è usato in tegami e padelle antiaderenti (il suo nome commerciale è teflon).
In alcuni processi di polimerizzazione, due o più molecole di monomeri diversi si combinano mediante l'eliminazione delle molecole di acqua fra gli atomi leganti; questo processo è designato come condensazione e le materie plastiche formate in questo modo sono di solito composti termoindurenti. La bachelite, una delle prime materie plastiche, fu ottenuta dalla condensazione del fenolo e di molecole di formaldeide. Le lunghe catene sono unite da legami trasversali tridimensionali e sono molto rigide. Un altro tipo di resine termoindurenti sono le resine epossidiche, ottenute condensando cloroepossipropano con fenoli o glicoli. Esse sono usate nella lana di vetro e in adesivi. Un discorso a parte meritano i siliconi, che consistono in lunghe molecole a catena in cui gli atomi di carbonio delle materie plastiche più comuni sono sostituiti da atomi di silicio e di ossigeno alternati. I siliconi sono idrofughi (ossia non lasciano passare l'acqua) e rendono idrofughi i materiali nella produzione dei quali sono impiegati. Vengono usati come lubrificanti per aerei e missili perché conservano le loro proprietà a temperature alte e basse. Sono buoni isolanti elettrici e vengono inseriti fra fogli di lana di vetro per costruire materiali laminati resistenti al calore.
LA GOMMA
Secondo la testimonianza dei primi "conquistadores" spagnoli in America, gli antichi Incas già conoscevano le proprietà del caucciù per rendere impermeabili le stoffe, per riparare le canoe ed anche per l'alimentazione: gli Indios infatti da tempi lontanissimi sono soliti masticare pasticche di caucciù per sentir meno la stanchezza e la fame durante i combattimenti, le marce e la caccia. Benché gli stessi Spagnoli adottassero alcuni di questi usi, il caucciù, lattice ricavato incidendo il tronco di alcune piante come la Hevea, fu quasi del tutto sconosciuto in Occidente fino agli inizi del secolo scorso. Nel 1823 lo scozzese Charles Macintosh realizzò degli impermeabili di gomma, che però esposti al sole diventavano molli ed appiccicosi. Quello che sembrava un difetto irrimediabile del materiale fu risolto grazie ad una scoperta fatta casualmente e brevettata dall'americano Charles Goodyear nel 1844. Questi scopri che, esponendo la gomma a vapori di zolfo (vulcanizzazione), essa, pur conservando la propria elasticità ed impermeabilità, rimaneva compatta anche a temperature moderatamente elevate. In questo modo fu aperta la strada ad un suo impiego commerciale su vasta scala.Attualmente sono largamente usate in tutte le applicazioni "tipiche" della gomma alcune sostanze indicate globalmente come "gomma sintetica". Esse sono molto resistenti a olii e solventi, oltre a sopportare bene il calore. Il combustibile solido per razzi viene ricavato da una gomma sintetica (thiokol) in cui alcuni fra gli atomi di carbonio delle molecole sono sostituiti da atomi di zolfo.
I principali paesi produttori di gomma
Raffigurazione schematica della produzione di gomma elastica naturale
GLI ADESIVI
La necessità di poter incollare fra loro due oggetti si è manifestata sin dai tempi più remoti. Gli antichi Egizi si avvalevano per realizzare i loro manufatti della gomma arabica, estratta dall'acacia, e di alcuni balsami e resine estratti dalle piante; i Romani, per la costruzione delle loro navi, utilizzavano pece, resina di pino e cera d'api; gli stessi fogli di papiro, antenati della carta dei giorni nostri, erano preparati sovrapponendo sottili strati di canna uniti fra loro con della colla di farina. Nel decimo secolo dopo Cristo erano già note e utilizzate le colle animali ricavate dagli zoccoli e dai corni, le colle di pesce e quelle a base di caseina per l'incollaggio del legno. Anche in Oriente, i Mongoli di Gengis Khan nel 1250 d.C. costruivano i loro archi con lamine di legno e di corno tenute insieme da colle di origine animale.Ma la vera formidabile svolta tecnologica in questo campo è registrabile solo alla fine della seconda guerra mondiale, con l'avvento delle resine sintetiche. Avvalendosi di queste, è stato messo a punto uno svariato numero di adesivi in grado, per le loro caratteristiche, di soddisfare ogni tipo di esigenza. Il grande boom degli adesivi ha avuto un particolare riscontro nell'industria: oggi infatti la proporzione fra le parti rivettate e quelle incollate in un moderno aereo è di 4 a 1 a favore di queste ultime.
Anche nell'industria automobilistica si è registrato un forte incremento dell'uso delle colle, tanto che dalla percentuale di parti incollate dello 0,5% nel 1945 si è passati, oggi, a quella del 20%.
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