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Orsola Barbato
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1 CORSO PON Esperto nella progettazione, caratterizzazione e lavorazione di termoplastici modulo: CHIMIC 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) 1

2 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 meros = unità, parte mónos = solo poly = molte monomero = una sola unità polimero = molte unità stirene polistirene plastĭca deriva dal greco πλαστική (plastikós) da plássō: formare, modellare 2

3 CLSSIFICZIONE DEI POLIMERI in base a: ORIGINE POLIMERI SINTETICI POLIMERI SEMI-SINTETICI (artificiali) plastiche resine gomme cellulosici POLIMERI NTURLI polisaccaridi proteine STRUTTUR OMOPOLIMERI COPOLIMERI acidi nucleici alternato random a blocchi ad innesto MECCNISMI DI POLIMERIZZZIONE COMPORTMENTO TERMICO POLIMERIZZZIONE STDI POLIMERIZZZIONE CTEN POLIMERI TERMOPLSTICI POLIMERI TERMOINDURENTI condensazione radicalica ionica coordinazione 3

4 POLIMERI NTURLI POLISCCRDI (cellulosa, amido, chitina ) PROTEINE, POLIPEPTIDI (enzimi, seta...) e CIDI NUCLEICI PROTEIN GOMM NTURLE RESINE NTURLI (ambre) MIDO CHITIN SET fibroina (fibra) sericina (protezione esterna) CUCCIU gomma naturale, lattice estratto dall Hevea Brasiliensis poliisoprene 1,4 cis 4

5 POLIMERI RTIFICILI (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 Xantato di cellulosa acetato di cellulosa si tratta la cellulosa con anidride acetica soprannominato "seta artificiale" (aspetto lucido e simile alla seta) nasce nel 1845 Nitrocellulosa cellulosa trattata con una miscela nitrante (acido nitrico e solforico) Goodyear 1839 Gomma vulcanizzata 5

6 POLIMERI SINTETICI 6

7 POLIMERI SINTETICI genericamente detti materie plastiche o resine NOMENCLTUR La nomenclatura dei polimeri richiama la struttura molecolare: al nome del monomero si fa precedere il termine POLI IL NOME DEL MONOMERO D LUOGO QUELLO DEL POLIMERO SIGL PE PP PVC 7

8 GRUPPI FUNZIONLI DEI MONOMERI la reattività di un monomero è dovuta alla presenza di GRUPPI FUNZIONLI gruppi atomici che determinano il comportamento chimico della macromolecola 8

9 GLI OMOPOLIMERI OMOPOLIMERO polimero costituito da unità monomeriche DI UN SOLO TIPO condizioni per ottenere un omopolimero: monomeri dello stesso tipo: ( -- = unità monomerica) monomeri di tipo diverso contenenti ciascuno un sol tipo di gruppo funzionale --B--B--B- ( --B- = unità monomerica) B può legarsi solo con ed solo con B 9

10 OMOPOLIMERI esempi monomeri dello stesso tipo: monomeri diversi contenenti ciascuno lo stesso tipo di funzionalità:

11 COPOLIMERI esempio: COMOPOLIMERO: polimero ottenuto dalla combinazione di due monomeri diversi con funzionalità mista --B----B---B- B può legarsi sia con che con B e viceversa comonomero comonomero B NH 2 H 3 C C H 3 O O O CH 2 CH N 2 N 5 C OH H 3 + C H H NH 2 O CH 2 5 C OH entrambi i comonomeri posseggono gruppi funzionali di diverso tipo che gli permettono di interagire sia con che con B La copolimerizzazione consente di ottenere materiali con proprietà differenti dai corrispondenti omopolimeri 11

12 STRUTTURE DEI COPOLIMERI COPOLIMERO LTERNTO i due comonomeri sono prevalentemente alternati lungo la catena --B--B---B--B--B- COPOLIMERO STTISTICO O RNDOM i due comonomeri presentano un ordine casuale lungo al catena ---B-B--B-B----B--B-B--B- COPOLIMERO BLOCCHI i comonomeri sono raggruppati in blocchi lungo la catena (unione di 2omopolimeri) B-B-B-B-B-B-B-B-B-B- COPOLIMERO D INNESTO (aggraffato) catene di uno stesso comonomero innestate sulla catena dell altro comonomero. B B B B B B B B B. 12

13 FUNZIONLIT DEL MONOMERO FUNZIONLITÀ (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=4 F=3 La funzionalità del monomero influenza la struttura finale del polimero 13

14 POLIMERI LINERI catene lineari gli atomi sono disposti lungo UN SOL CTEN detta catena principale polimero lineare costituito da unità monomeriche I MONOMERI CHE DNNO ORIGINE LL MCROMOLECOL LINERE DEVONO ESSERE BIFUNZIONLI PP gruppi metilici = gruppi laterali 14

15 POLIMERI RMIFICTI catene ramificate I polimeri ramificati presentano catene laterali di lunghezza comparabile alla catena principale in presenza di glicerina: si ha ramificazione nel punto in cui si inserisce un monomero con una funzionalità superiore a due CH 2 -OH CH-OH CH 2 -OH PET RMIFICTO 15

16 RMIFICZIONI NEL PE seconda dei monomeri usati e delle condizioni di polimerizzazione, il polietilene essere lineare o ramificato (con diversi gradi di ramificazioni) HDPE LDPE LLDPE LTMENTE LINERE LTMENTE RMIFICTO PREVLENTEMENTE LINERE CON PICCOLE RMIFICZIONI 16

17 POLIMERI RETICOLTI catene reticolate le estremità della catena e/o le ramificazioni presenti sono chimicamente connesse con le catene principali di differenti molecole MONOMERI CON FUNZIONLITÀ SUPERIORE DUE si forma un reticolo tridimensionale Molte gomme, come il poliisoprene ed il polibutadiene, sono reticolate 17

18 catene reticolate resine epossidiche resine fenoliche 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. 18

19 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 19

20 proprietà fisiche dei materiali polimerici influenzate dalle caratteristiche microstrutturali strutturali morfologiche relazioni proprietà-struttura Chimica Fisica dei Polimeri 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 semicristallini polimeri reticolati (resine termoidurenti & gomme) 20

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