plastica

Un excursus di storia delle macromolecole: dai poliesteri al kevlar

di Vincenzo Villani
Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata


Leo Baeckeland
nel 1907 inventò il primo materiale polimerico di sintesi, la resina fenolo-formaldeide battezzata (con molta modestia!) ‘Bachelite’; si tratta di un polimero termoindurente in cui le catene sono legate in una struttura a rete. Tuttavia, ancora non vi era consapevolezza della natura macromolecolare del materiale prodotto: il concetto di macromolecola fu introdotta solo trent’anni dopo grazie all’opera di Hermann Staudinger in Germania e Wallace Carothers in America.
Fino al 1920 per spiegare l’alto peso molecolare dei polimeri naturali e di sintesi era in auge la ‘Teoria micellare’, sviluppata da Graham e Ostwald che ipotizzava l’esistenza dei ‘colloidi’, aggregati di molecole a basso peso molecolare tenute insieme da deboli forze di non-legame (aggregati supramolecolari, diremmo oggi), in modo analogo a come un lungo filo di lana è tenuto assieme dall’aggrovigliamento di fibre corte.
teoria di Harries sulla struttura molecolare della gommaGli alti pesi molecolari stimati mediante le proprietà colligative (abbassamento crioscopico, innalzamento ebulloscopico e pressione osmotica) erano ritenuti una conseguenza di quest’aggregazione.
Anche sulla struttura della gomma naturale il dibattito era molto intenso, veniva stimato un peso molecolare M>100 000 uma (oggi sappiamo che il peso molecolare medio della gomma naturale è di circa 5·105). Continua...

Insieme al polipropilene la rivoluzione della plastica a firma italiana compie 60 anni

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

11 marzo 1954, Giulio Natta e i suoi collaboratori scoprono il polipropilene isotattico: il primo e più importante polimero stereoregolare di sintesi.  Oggi, il polipropilene compie sessanta anni ma…  ne mostra venti, sempre giovane e al centro di un’intensa attività di ricerca.

conformazione della catena di polipropilene isotattico

conformazione della catena di polipropilene isotattico

Come si arrivò alla sua scoperta che apparve sin dall’inizio come rivoluzionaria? Quali furono le intuizioni, gli imprevisti incontrati, la logica seguita e il contesto storico che ne rese possibile ’l’invenzione’?
In Natura, o meglio, tra i viventi, i polimeri stereoregolari sono la norma. Infatti, il requisito di una ben determinata stereochimica è indispensabile affinché le macromolecole biologiche possano svolgere la loro funzione biochimica.  Ecco allora che la gomma naturale (presente nel lattice di innumerevoli piante, con la funzione di antiparassitario) è poliisoprene-1,4-cis (rigorosamente cis…).   La cellulosa è un polisaccaride in cui il glucosio è legato mediante specifici legami 1,4-β-glicosidici (che ce lo rendono non commestibile…). Invece, nell’amilosio il glucosio è concatenato mediante legami 1,4-α-glicosidici (che ce lo rendono appetitoso…). Le stesse proteine soddisfano una rigorosa stereochimica che impone legami peptidici di tipo trans e amminoacidi di tipo L…Tutto ciò è il risultato di una specifica attività enzimatica, patrimonio esclusivo dei viventi. Continua...

Le nuove frontiere applicative delle bioplastiche: dalla nostra tavola al risanamento ambientale

Gabriella Butera e Filippo Luzzu

il pluralismo dei materiali plastici sinteticiNegli ultimi decenni si sono raggiunti traguardi importanti nell’utilizzo di materiali biodegradabili nei più svariati campi di applicazione: dalla realizzazione di piatti e stoviglie monouso a prodotti altamente ingegnerizzati che trovano utilizzo nelle attività di ripristino e risanamento ambientale.

 

I MATERIALI PLASTICI SINTETICI

Ad oggi le sostanze plastiche non biodegradabili più comuni derivano dal petrolio o da processi di sintesi. I prodotti, sviluppati principalmente nel secolo scorso hanno trovato un grandissimo impiego nei più diversi campi applicativi, sostituendo con successo i materiali convenzionali fino ad allora usati. Tali sostanze presentano proprietà quali la leggerezza, la flessibilità, l’elasticità, la facilità di lavorazione, la viscosità allo stato fuso o in soluzione e in generale un basso costo di produzione. Queste proprietà le rendono idonei a molteplici ruoli e per lunghi periodi di tempo. Le sostanze plastiche sono principalmente composte da polimeri costituiti da macromolecole a struttura prevalentemente lineare. Essi mostrano una catena principale formata, nella maggior parte dei casi, da atomi di carbonio e questo è il motivo per cui essi vengono anche definiti polimeri organici.

struttura (unità monomerica) del polietilene

Fig. 2 – Unità monomerica nella struttura molecolare del polietilene

Uno dei polimeri più semplici e comunemente usato, è il polietilene (PE) (-C2H4-)n (Fig. Continua...

dall’orsetto di peluche alla ricerca pura: una e infinite storie di chimica

morespace

Il peluche della tua infanzia. Ricordi ancora i suoi occhi neri e profondi di una plastica senza nome, ed il suo pelo che profuma ancora di ricordi.
Pensavi a lui come a un compagno, un amico fedele: rimembri ancora la sua espressione, il suo aspetto, il suo odore e la sua morbidezza.    Ti ci vuole un certo distacco, la visione disincantata della maturità, orsetto di pelucheper riuscire a vedere in lui quello che “nonostante tutto” egli è pur sempre: un oggetto, fatto di qualcosa.   Non di sogni e polvere di stelle, ma di materia, ovvero sostanze chimiche. Ne più ne meno di noi.
Quando da bambino scopri attraverso un buchino aperto nella cucitura della pancia che il tuo orsetto dentro è imbottito di un materiale misterioso ed alieno, ti senti preso da un misto di incredulità ed orrore.   E ti domandi: oddio, cosè sta roba?

Questo materiale di riempimento può essere composto da gommapiuma: questo è il nome comune (in realtà brevettato) dato al poliuretano espanso: un materiale polimerico sintetico, sostanzialmente una plastica flessibile e ricchissima di pori.    Poco importa se l’azienda che ha confezionato il peluche l’ha comperata in grandi fogli arrotolati e se l’è poi triturata in casa, oppure se l’ha acquistata già sminuzzata in frammenti: qualcun altro, in precedenza e da qualche altra parte, deve avere prodotto questo poliuretano e per produrlo ha fatto ricorso ad una reazione chimica.   Continua...

e l’uomo creò la plastica: alla scoperta della bachelite

lego Creare la plastica è un po’ come giocare con il Lego, con la differenza che i mattoncini non li puoi vedere e quindi devi organizzarti molto bene fin dall’inizio per fare in modo che una volta agitati tutti insieme nella scatola si combinino nel modo che volevamo.

Innanzitutto dobbiamo scegliere i mattoncini, che nel nostro caso sono le molecole: possiamo puntare su mattoncini tutti uguali, per realizzare una costruzione uniforme e regolare che si definisce un “omo-polimero” (es. il polietilene, il positirolo, ecc), oppure su mattoncini diversi, anche solo di due tipi, puntando alla realizzazione di un “co-polimero” (es. la bachelite).
Solitamente i mattoncini utilizzati dal chimico, i cosiddetti “monomeri” (che tradotto significa “una parte”) sono delle sostanze alquanto problematiche: il fatto stesso che riescano così bene ad organizzarsi fra loro, legandosi tramite una reazione complessa detta appunto “di polimerizzazione”, le rende molto reattive, ed il fatto che una sostanza chimica sia molto reattiva non è mai un beneficio per la salute di chi la vuole utilizzare.    Questi monomeri allo stato libero sono solitamente liquidi, a volte addirittura gassosi e solo con la polimerizzazione formano una struttura più grande, complessa, liquida o più spesso solida, quella che tutti noi chiamiamo plastica ma che, nel ricordo del polimero dal quale eravamo partiti, potremo chiamare anche polimero. Continua...

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