Verifica dei Concetti 15.1

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1 Verifica dei Concetti 15.1 Domanda: Per i polimeri semicristallini, quando si cita la duttilità come allungamento percentuale non è necessario specificare la lunghezza utile della provetta, come nel caso dei metalli. Come mai? Risposta: La ragione che non è necessario specificare la lunghezza utile della provetta quando si cita l allungamento percentuale per i polimeri semicristallini è perché, per i polimeri semicristallini che presentano strizione (necking), la strizione normalmente si propaga lungo l intero tratto utile prima che si verifichi la frattura; quindi, non c è strizione localizzata come nei metalli e l entità dell allungamento percentuale è indipendente dalla lunghezza del tratto utile.

2 Verifica dei Concetti 15.2 Domanda: Quale sarà, fra quelli rappresentati nella Figura 15.5, il comportamento di un polistirene amorfo che viene deformato a 120 C,? Risposta: Il polistirene amorfo a 120 C si presenta come un materiale gommoso (Figura 15.8, curva C); pertanto il comportamento allungamento-tempo potrebbe essere quello della Figura 15.5(c).

3 Verifica dei Concetti 15.3 Domanda: Per la seguente coppia di polimeri, fare quanto segue: (1) stabilire se sia o no possibile decidere se un polimero ha maggior modulo a trazione dell altro; (2) se questo è possibile, dire quale ha maggior modulo ed indicare i motivi della scelta; e (3) se non è possibile stabilirne il perché. Polistirene sindiotattico con peso molecolare medio di 400,000 g/mole Polistirene isotattico: con peso molecolare medio di 650,000 g/mole Risposta: No, non è possibile. Entrambi i polistireni sindiotattico ed isotattico hanno tendenza a cristallizzare, e quindi si può ipotizzare che abbiano all incirca la stessa cristallinità. Inoltre, dal momento che il modulo a trazione è virtualmente indipendente dal peso molecolare, ci si potrebbe aspettare che abbiano approssimativamente lo stesso modulo.

4 Verifica dei Concetti 15.4 Domanda: Per la seguente coppia di polimeri, fare quanto segue: (1) stabilire se sia o no possibile decidere se un polimero ha maggior resistenza a trazione dell altro; (2) se questo è possibile, dire quale ha maggior resistenza a trazione ed indicare i motivi della scelta; e (3) se non è possibile stabilirne il perché. Polistirene sindiotattico con peso molecolare medio di 600,000 g/mole Polistirene isotattico con peso molecolare medio di 500,000 g/mole Risposta: Si, è possibile. Il polistirene sindiotattico ha la resistenza a trazione più elevata. Entrambi i polistireni sindiotattico ed isotattico hanno tendenza a cristallizzare, e quindi si può ipotizzare che abbiano all incirca la stessa cristallinità. Tuttavia, la resistenza a trazione cresce con il peso molecolare, ed il PS sindiotattico ha peso molecolare più alto (600,000 g/mole rispetto a 500,000 g/mole per il materiale isotattico).

5 Verifica dei Concetti 15.5 Domanda: Per la seguente coppia di polimeri, disegnare sullo stesso diagramma in modo schematico le curve sforzo-allungamento: Poli(stirene-butadiene), copolimero random con peso molecolare medio di 100,000 g/mole e 10% dei siti disponibili a legami incrociati, testato a 20 C Poli(stirene-butadiene), copolimero random con peso molecolare medio di 120,000 g/mole e 15% dei siti disponibili a legami incrociati, testato a -85 C Suggerimento: I copolimeri poli(stirene-butadiene) possono mostrare comportamento elastomerico. Risposta: Si riportano di seguito le curve sforzo-allungamento per i due copolimeri random poli(stirene-butadiene) Il copolimero testato a 20 C mostra comportamento elastomerico (curva C di figura 15.1) dal momento che è un copolimero random con pochi legami incrociati; inoltre, la temperatura di prova è superiore alla sua temperatura di transizione vetrosa. Nell altro caso, poiché -85 C si trova al di sotto della temperatura di transizione vetrosa del copolimero poli(stirene-butadiene), il comportamento sforzo-allungamento in queste condizioni è dato dalla curva A della Figura 15.1.

6 Verifica dei Concetti 15.6 Domanda: In base alla struttura molecolare, spiegare perché il polimero fenolo-formaldeide (Bakelite) non può essere un elastomero. (La struttura molecolare del polimero fenolo-formaldeide viene riportata nella Tabella 14.3) Risposta: Le molecole degli elastomeri devono essere a catene bidimensionali con pochi legami incrociati e con capacità di avvolgersi e raggomitolarsi in assenza di sforzo. La fenoloformaldeide ha una struttura tridimensionale rigida formata da unità monometriche tridimensionali, che non si sposano con i criteri di conformazione e flessibilità della catena.

7 Verifica dei Concetti 15.7 Domanda: Per ciascuno dei seguenti due polimeri tracciare in modo schematico le curve volume specifico-temperatura (tracciare le curve nello stesso diagramma). Polipropilene sferulitico, con 25% di cristallinità, e con peso molecolare medio di 75,000 g/mole Polistirene sferulitico, con 25% di cristallinità, e con peso molecolare medio di 100,000 g/mole Risposta: Si riportano di seguito le curve volume specifico - temperatura per i materiali polipropilene e polistirene. Poiché entrambi i polimeri hanno 25% di cristallinità, mostrano comportamento simile alla curva B della Figura Il polistirene ha però maggiori temperature di fusione e di transizione vetrosa a causa dei gruppi laterali delle unità strutturali ripetitive più ingombranti, e di conseguenza ha peso molecolare medio più elevato.

8 Verifica dei Concetti 15.8 Domanda: Per i due polimeri seguenti: (1) stabilire se sia o no possibile determinare se un polimero ha maggior temperatura di fusione dell altro; (2) se questo è possibile, dire quale ha maggior temperatura di fusione ed indicare i motivi della scelta; e (3) se non è possibile stabilirne il perché. Polistirene isotattico con densità di 1.12 Mg/m 3 e peso molecolare medio pesato di 150,000 g/mole Polistirene sindiotattico con densità di 1.10 Mg/m 3 e con peso molecolare medio pesato di 125,000 g/mole Risposta: Si, è possibile determinare quale dei due polistireni ha la più alta T m. Il polistirene isotattico ha la più alta temperatura di fusione perché ha la densità più alta (essendo meno ramificato) e anche il più grande peso molecolare medio.

9 Verifica dei Concetti 15.9 Domanda: Nei mesi invernali, la temperatura in alcune zone dell Alaska può scendere al di sotto di -55 C. In queste condizioni, quale elastomero, fra l isoprene naturale, lo stirene-butadiene, l acrilonitrilebutadiene, il cloroprene, e il polisilossano, sarebbe più adatto per pneumatici d automobile? Perché? Risposta: Dalla Tabella 15.4, solo il poliisoprene naturale, il poli(stirene-butadiene, e il polisilossano hanno intervalli di temperatura di impiego che si estendono al di sotto di -55 C. Gli altri elastomeri, elencati in questa tabella, a temperature inferiori a quelle di impiego, diventano fragili, e quindi non sono adatti per pneumatici di automobili.

10 Verifica dei Concetti Domanda: I polimeri siliconici possono essere ottenuti allo stato liquido a temperatura ambiente. Citare le differenze nella struttura molecolare tra questi e gli elastomeri siliconici. Suggerimento: Consultare la Sezione 14.5 e Risposta: I siliconi liquidi hanno basso peso molecolare e molto pochi legami incrociati, gli elastomeri siliconici hanno peso molecolare molto più elevato ed anche legami incrociati.

11 Verifica dei Concetti Domanda: Dire se il peso molecolare di un polimero, sintetizzato per polimerizzazione di addizione, è relativamente alto, medio, o basso per le seguenti situazioni (a) Iniziazione rapida, propagazione lenta, e terminazione rapida. (b) Iniziazione lenta, propagazione rapida, e terminazione lenta. (c) Iniziazione rapida, propagazione rapida, e terminazione lenta. (d) Iniziazione lenta, propagazione lenta, e terminazione rapida. : Risposta: (a) Per iniziazione rapida, propagazione lenta, e terminazione rapida il peso molecolare sarà relativamente basso. (b) Per iniziazione lenta, propagazione rapida, e terminazione lenta il peso molecolare sarà relativamente alto. (c) Per iniziazione rapida, propagazione rapida, e terminazione lenta il peso molecolare sarà medio. (d) Per iniziazione lenta, propagazione lenta, e terminazione rapida il peso molecolare sarà basso o medio.

12 Verifica dei Concetti Domanda: Il nailon 6.6 può essere ottenuto per polimerizzazione di condensazione in cui esametilendiamina [NH 2 (CH 2 ) 6 NH 2 ] e acido adipico reagiscono fra loro con la formazione di acqua come sottoprodotto. Scrivere questa reazione nello stesso modo dell equazione Notare: la struttura dell acido adipico è: Risposta: La reazione fra esametilendiamina e acido adipico che produce nailon 6,6 ed acqua come sottoprodotto è la seguente:

13 Verifica dei Concetti Domanda: (a) Perchè la tensione di vapore di un plasticizzante deve essere relativamente bassa? (b) Come viene influenzata la cristallinità di un polimero dall aggiunta di un plasticizzante? Perché? (c) Come viene influenzata la resistenza a trazione di un polimero dall aggiunta di un plasticizzante? Perché? Risposta: (a) Se la tensione di vapore di un plasticizzante non fosse relativamente bassa, il plasticizzante potrebbe vaporizzare, ed il polimero diventerebbe fragile. (b) La cristallinità di un polimero a cui è stato aggiunto un plasticizzante diminuisce, dal momento che le molecule di plasticizzante si inseriscono fra le molecole polimeriche e ne provocano un cattivo allineamento. (c) La resistenza a trazione di un polimero diminuisce con l aggiunta di un plasticizzante. Le molecole di plasticizzante costringono le molecole della catena polimerica a distanziarsi, ne consegue che l ampiezza dei legami secondari fra le catene viene diminuita, per cui il materiale si indebolisce dal momento che la resistenza è funzione dell ampiezza di questi legami.

14 Verifica dei Concetti Domanda: Un componente gommoso, nella sua forma finale, deve risultare nello stato vulcanizzato. La vulcanizzazione è meglio effettuarla prima o dopo l operazione di formatura? Perché? Suggerimento: Consultare la Sezione Risposta: La vulcanizzazione di un componente gommoso deve essere effettuata a valle della formatura in quanto una volta vulcanizzato, non è più possibile deformarlo plasticamente (e quindi formarlo) a causa della produzione di legami incrociati fra le catene.