Le materie plastiche sono dette anche resine sintetiche. Esse sono per lo più sostanze artificiali costituite da molecole di idrocarburi di grandi dimensioni (macromolecole), dette polimeri.
I polimeri si formano a partire dai monomeri.
I monomeri sono molecole di piccole dimensioni che reagendo tra di loro si legano e formano i polimeri (lunghe catene di monomeri). La reazione che porta dai monomeri ai polimeri si chiama “polimerizzazione”.
I monomeri si ottengono dal petrolio mediante trattamenti termici (riscaldamento). Le reazioni di polimerizzazione avvengono grazie a reagenti chimici “attivatori” in appositi reattori chimici.
Classificazione delle materie plastiche
Le materie plastiche si suddividono in:
- resine sintetiche: sottoposte all’azione del calore e della pressione, si possono modellare in forme che mantengono anche dopo il raffreddamento;
- gomme ed elastomeri: si deformano in seguito a sollecitazioni e poi riprendono la forma e le dimensioni originarie.
Le resine sintetiche, a seconda del comportamento che presentano sotto l’azione del calore, si possono ancora suddividere in:
- resine termoplastiche: possono ritornare allo stato plastico ed essere nuovamente rimodellate in seguito a un nuovo riscaldamento;
- resine termoindurenti: dopo il raffreddamento induriscono in modo irreversibile e non possono più essere rimodellate.
Le gomme si trovano in natura (gomme naturali o caucciù), ma sono anche ottenute per sintesi chimica (gomme sintetiche), partendo da idrocarburi semplici che, per polimerizzazione, si uniscono a formare delle lunghe catene.
Proprietà dei polimeri plastici
Le materie plastiche hanno proprietà diverse a seconda del polimero. Presentano in generale:
- buona resistenza meccanica
- ottima resistenza alla corrosione
- ottima lavorabilità (se riscaldate)
- buon isolamento sia termico sia elettrico (non conducono il calore né la corrente elettrica)
- basso costo di produzione
- basso peso specifico (leggere)
Le materie plastiche sono però soggette a una lenta degradazione dei polimeri che ne può cambiare notevolmente le caratteristiche nel tempo.
Lavorazioni delle materie plastiche
Per poter essere lavorate e trasformate nei diversi prodotti finiti (collanti, pellicole, fogli, laminati, oggetti vari) le materie plastiche devono prima essere ridotte in forma di polveri, granuli o di liquidi viscosi.
Le polveri, i granuli o i liquidi viscosi per poter essere modellate devono essere riscaldate.
Le principali lavorazioni sono le seguenti:
SOFFIATURA
Lo stampaggio per soffiatura avviene insufflando aria compressa nel polimero fuso posizionato all’interno di uno stampo cavo, in modo tale che “gonfiando” l’oggetto prenda la forma delle pareti interne dello stampo. L’oggetto viene quindi raffreddato e lo stampo viene aperto per il prelievo dell’oggetto finito.
STAMPAGGIO PER INIEZIONE O ESTRUSIONE
Lo stampaggio a iniezione è un processo di produzione industriale in cui il materiale plastico viene fuso (plastificato) e iniettato ad elevata pressione all’interno di uno stampo chiuso, che viene aperto dopo la solidificazione del manufatto.
Nell’estrusione il materiale fuso è iniettato nello stampo grazie alla spinta di una vite senza fine (c). Il materiale in granuli è caricato da una tramoggia (d) di carico ed plastificato (fuso) grazie alle pareti calde dell’estrusore (e).
STAMPAGGIO PER COMPRESSIONE
In questo processo di lavorazione il materiale, sotto forma di polvere, è inserito in uno stampo aperto, diviso in due parti. Una delle parti è collegata ad un pistone.
Quando lo stampo riscaldato si chiude, la compressione del pistone fa scorrere lentamente la resina e la costringe ad assumere la forma voluta.
L’oggetto viene quindi raffreddato e lo stampo viene aperto per il prelievo dell’oggetto finito.
LAMINAZIONE O CALANDRATURA
La laminazione o calandratura serve per produrre fogli, film e lamine di materiale plastico.
Il materiale fuso (polimero fuso) viene fatto passare tra cilindri in rotazione(rulli), lisci o sagomati, che esercitano un’azione di schiacciamento e riducono man mano lo spessore del foglio.
Gli ultimi cilindri sono raffreddati in modo da far indurire la plastica.
Clicca qui per un approfondimento sulle lavorazioni delle materie plastiche.
Gli usi della plastica
Grazie alle sue proprietà (leggerezza, resistenza, facile lavorabilità, isolamento elettrico e termico, resistenza alla corrosione, ecc.) e al suo basso costo la plastica è utilizzata in svariati settori:
Imballaggi (anche alimentari)
Elettronica (elettrodomestici, computer, smartphones, ecc.)
Arredamento (da interno ed esterno)
Trasporti (parti di automobili, treni ed aerei)
Edilizia (tubature, porte, finestre, materiali di isolamento e rivestimento)
Salute ed igiene (spazzolini, contenitori sterili, siringhe, protesi, apparecchi, ecc.)
Agricoltura (coperture di serre, teloni, tubazioni di irrigazione, ecc.)
E molti altri usi ancora (Giocattoli, occhiali, materiale per la scuola, ecc.)
All’inizio si cercò di produrre materiali plastici partendo da polimeri di origine naturale, come la cellulosa, che trattata con acido nitrico e poi con canfora portava alla formazione della “celluloide” (fine ‘800). Agli inizi del ‘900 si hanno i primi polimeri sintetici come la resina fenolo-formaldeide (“formica”).
Dopo la I guerra mondiale furono prodotti il polistirolo e PVC e verso gli anni ’40 molti altri polimeri: polietilene, resine epossidiche, poliesteri, siliconi.
Dopo la II guerra mondiale, furono sintetizzati il polipropilene ed i policarbonati ed in questo periodo si pensò ad un utilizzo delle materie plastiche nell’arredamento.
Fin dagli albori della storia, la specie umana ha cercato di sviluppare materiali che offrissero benefici non presenti in natura. Lo sviluppo delle materie plastiche è iniziato con l’uso di materiali naturali che avevano proprietà plastiche intrinseche, come la gommalacca e la gomma. La fase successiva dell’evoluzione delle materie plastiche ha richiesto la modifica chimica di materie naturali come gomma, nitrocellulosa, collagene e galalite. Infine, l’ampia gamma di materiali completamente sintetici che avremmo riconosciuto come materie plastiche moderne ha iniziato a essere sviluppata circa 100 anni fa:
- Uno dei primi esempi è stata l’invenzione della Parkesine da parte di Alexander Parkes nel 1855, oggi conosciuta con il nome di celluloide.
- Il cloruro di polivinile (PVC) è stato polimerizzato tra il 1838 e il 1872.
- Una vera e propria rivoluzione si verificò nel 1907, quando il chimico belga-americano Leo Baekeland creò la Bachelite, la prima vera plastica sintetica prodotta in massa.
Dalla creazione di Baekeland, sono stati realizzati e sviluppati molti nuovi tipi di materie plastiche, caratterizzati da una vasta gamma di proprietà desiderabili, e presenti in ogni casa, ufficio, fabbrica e veicolo. Non possiamo anticipare cosa succederà nei prossimi cento anni, ma siamo sicuri che non esistono limiti per le materie plastiche!
Scopri alcune delle principali invenzioni del passato in questo video della British Plastics Federation (BPF)
Le materie plastiche sono derivati di materiali organici naturali come il petrolio greggio. Il petrolio greggio è una miscela complessa di migliaia di composti che deve essere raffinata prima di poter essere usata. La produzione delle materie plastiche inizia con la distillazione del petrolio greggio in una raffineria. In questo modo il petrolio greggio pesante viene trasformato in tanti prodotti. Ogni prodotto è una miscela di catene di idrocarburi (composti chimici a base di carbonio e idrogeno), che variano a seconda delle dimensioni e della struttura delle loro molecole. Uno di questi prodotti e la virgin nafta che è il composto fondamentale per la produzione delle materie plastiche.
La produzione delle materie plastiche comprende due processi principali, la polimerizzazione e la policondensazione: in un autoclave i monomeri come l’etilene e il propilene sono collegati insieme per formare lunghe catene di polimeri. Ogni polimero ha proprietà, struttura e dimensioni proprie a seconda dei vari tipi di monomeri di base usati.
Esistono molti tipi diversi di materie plastiche che possono essere raggruppati in due famiglie di polimeri principali:
- Termoplastiche (che si ammorbidiscono con il calore e si irrigidiscono nuovamente con il raffreddamento).
- Termoindurenti (che non si ammorbidiscono mai dopo essere state sagomate).
| Esempi di termoplastiche Acrilonitrile butadiene stirene (ABS) Policarbonato (PC) Polietilene (PE) Polietilene tereftalato (PET) Cloruro di polivinile (PVC) Polimetilmetacrilato (PMMA) Polipropilene (PP) Polistirene (PS) Polistirene espanso (EPS) |
Esempi di termoindurenti Epossido (EP) Fenolo-formaldeide (PF) Poliuretano (PUR) Poliltetrafluoroetilene (PTFE) Resine poliestere insature (UP) |