polimerizzazione

Adesivi e sigillanti: una classe eclettica di sostanze per usi e applicazioni quotidiane

di Silvia Barra

In questo articolo scoprirete la composizione e le funzioni di adesivi e sigillanti, categorie di sostanze che trovano molte applicazioni nella nostra vita quotidiana.

Adesivi e sigillanti sono due categorie merceologiche che si trovano spesso accoppiate. Entrambe le categorie sono costituite da polimeri comuni.  Ciò che rende le due categorie – e i vari prodotti all’interno di ogni categoria – diversi, sono in realtà gli additivi che vengono aggiunti ai polimeri. Inoltre, in base ai polimeri di base utilizzati, si ha un’ampia gamma di prestazioni diverse, e per questo motivo adesivi e sigillanti trovano impiego in numerosi settori, dall’imballaggio al settore dell’edilizia, dalle calzature alla fabbricazione di mobili.  I produttori di adesivi offrono attualmente oltre 250.000 prodotti differenti destinati alle più svariate applicazioni e questi prodotti sono personalizzabili, potenzialmente per qualsiasi utilizzo.

Nella preparazione degli adesivi e dei sigillanti sono coinvolti più di 40 polimeri diversi, che possono essere raggruppati in cinque classi.
1) adesivi naturali, comprendenti materiali di origine animale o vegetale (amido, destrina, proteine, colle animali e di pesce, caseina, colofonia, gomma lacca), in pratica i primi adesivi conosciuti nella storia;
2) adesivi termoplastici, comprendenti resine naturali e sintetiche;
3) adesivi termoindurenti, comprendenti solo resine sintetiche;
4) adesivi elastomerici, comprendenti materiali di tipo gommoso di origine naturale o sintetica;
5) adesivi bipolimerici, generalmente costituiti da elementi delle categorie (2), (3) e (4). Continua...

Breve storia della gomma: da Faraday a Natta

di Vincenzo Villani

Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata

La gomma è utilizzata dall’Uomo dalle epoche più remote: abbiamo prove che gli Indios d’America ne facevano manufatti già 4000 anni fa! E’ nota agli europei dal 1496, importata durante il secondo viaggio di Cristoforo Colombo. Tuttavia, in questo excursus ci occuperemo dell’evoluzione propriamente chimica della gomma a partire dall’800.
cis-1,4-polisopreneLa gomma naturale si ottiene dall’Hevea brasiliensis (albero della gomma) sotto forma di un lattice ricco di cis-1,4-poliisoprene.

Si deve al genio di Michael Faraday nel 1826 la determinazione della sua formula minima, C5H8. Faraday era consapevole che anche C10H16, C15H24, … potevano essere le formule molecolari tuttavia, mai avrebbe pensato che la formula corretta era del tipo C50000H80000 (infatti, la gomma ha un peso molecolare medio di circa 5 x 105), l’idea di macromolecola non era ancora stata scoperta!
struttura molecolare della gomma vulcanizzata, con evidenziati i ponti disolfuroNel 1839 Charles Goodyear scoprì la reazione di vulcanizzazione, in cui la gomma naturale trattata con zolfo, biacca (carbonato basico di piombo, 2PbCO3·Pb(OH)2) e calore è trasformata in un materiale elastico e tenace, resistente all’invecchiamento. Si tratta di una reazione di reticolazione in cui le catene macromolecolari sono unite da forti legami disolfuro (detti cross-link) mediante un accelerante ad alta temperatura:

Fino al 1920 per spiegare l’alto peso molecolare dei polimeri naturali o di sintesi era in auge la ‘Teoria micellare’, sviluppata a partire dagli studi di Graham del 1861. Continua...

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...

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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