La gomma

CHIMICA

Brevicennistorici

CHIMICA

Primadidareunadescrizionedellecaratteristichemicroscopichedellagommavorreidistinguere

lecaratteristichedellagommanaturaleedellagommasintetica.

Lagommavennescopertaintornoal1600inAmericaLatina,masolonel1700venneimportatain

Europaprelevandoladallapiantadicaucciù.Finoaiprimiannidel1800venivaimpiegatasoloper

cancellarelamatita.

Il primo che cominciò a pensare ad un uso pratico per la gomma fu il chimico scozzese Charles

Macintosh che impiegò il caucciù per ottenere dei tessuti impermeabilizzati; che , però ,

presentaronol’inconvenientediesserefragiliabassetemperatureeappiccicosiallealte.

La soluzione venne trovata dallo studioso americano Charles Goodyear che aggiunse poche

percentuali di zolfo alla gomma e in questo modo riuscì a risolvere quei problemi descritti in

precedenza. Da quel momento se ne intensificò lo sviluppo e si scoprì anche che, ad alte

temperatureeconpercentualimaggioridizolfo,siottenevauncompostoduroemoltoresistente.

Apartiredaiprimidecennidel1900sicercòunasoluzioneperprodurreautonomamente,senza

importaredaAmericalatinaodalsudͲestasiatico,lagomma.Partendodall'acetileneͲilgascol

quale si facevano funzionare un tempo le lampade Ͳ che si ottiene facendo reagire l'acqua e il

carburo di calcio, e attraverso una serie di composti intermedi molto complessi, si arrivò ad un

prodottosimileallatticechefuchiamatobuna.Unaltroprocedimentoimpiegavacomemateria

prima l'alcol, per arrivare a un prodotto quasi analogo alla buna, pur seguendo un processo

completamente diverso di produzione. Oggi per la produzione di gomme viene impiegata una

partedicompostinaturalieunapartedipolimerisintetici.

Gli impieghi sono soprattutto per il settore dei trasporti, ma anche in settori quali l’edilizia,

l’elettronicaepergliimballaggi.

Polimeri

Le gomme sintetiche oggi sono definite con precisione polimeri. Il termine deriva dal greco e

significa molte parti. La gomma, infatti, è una macromolecola costituita da un gran numero di

piccolemolecole,dettimonomeri,ugualioanchediverseuniteacatenamediantelaripetizione

dellostessolegame.

Ipolimerisidividonoperlaformaindueclassi:

x Amorfi=ladisposizionedellecatenenellospazioècasuale,privadiordinetridimensionale.

x Semicristallini =oltre a zone amorfe vi sono zone in cui c’è un ordine nella disposizione

dellecatene.Questeparticolariareesonodettestruttureplanario“lamelle”.

Ipolimeri,asecondadellelorocaratteristiche,sonoutilizzatiperlapreparazioneditrecategorie

fondamentalidimateriali:materieplastiche,elastomeri,fibretessili.Vaprecisatocheunpolimero

raramentevieneimpiegatoallostatopuro.

Nellapratica,perottenereunmaterialecheabbiacaratteristicheprecise,ènecessariopreparare

deiformulati,lacuicomposizionegeneraleèlaseguente:

ͼpolimerodibase,oresina;

ͼadditivi:plastificanti,cariche,coloranti,lubrificanti,solventiestabilizzanti.

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Materieplastiche.Lematerieplastiche(lacuidefinizionetecnicoscientificaèquelladiplastomeri,

cioè polimeri plastici) sono materiali a base polimerica che possono essere lavorati nelle più

svariate forme, di solito a caldo, per laminazione, stampaggio, pressione, trafilatura, estrusione CHIMICA

ecc.Spessovengonoanchechiamateresine,distinguendotraresinesinteticheeresineartificiali,a

seconda che vengano preparate interamente in laboratorio a partire dai loro monomeri o che

derivino dall'elaborazione di materie prime naturali, come la cellulosa (a rigore, il termine di

"resine"dovrebbeessereriservatosoloaimaterialiallostatogrezzooinpolvereoaiprodottiusati

insospensioneperpitture,vernici,adesiviecc.).

Il sistema più usato per la lavorazione delle resine termoindurenti è quello per compressione

medianteimpiegodistampi.Perleresinetermoplastichesifaricorsoaspecialimacchine,dettea

iniezione, nelle quali le polveri di stampaggio, dosate, vengono riscaldate (e quindi rese fluide),

iniettate nello stampo e raffreddate in modo da indurire il manufatto, che viene poi

automaticamenteestratto(operazionedettaestrusione).

Elastomeri. Con il termine generale di elastomeri si indicano i poli meri, naturali o sintetici, che

hanno la caratteristica di potersi allungare sotto sforzo (da 1 a 10 volte e più), con un rapido

laforzachenehaprovocatol'allungamento.

ritornoalledimensioniprimitive,unavoltacessata

Sotto questa denominazione si comprendono la gomma naturale e le gomme sintetiche.

Elenchiamoleprincipaligommesintetiche:

ButadieneͲstirene:E’lapiùimportantedellegommesintetiche,ècopolimerodelbutadieneedello

stirene; fu preparata per la prima volta in Germania nel 1930. Si impiega soprattutto per

pneumatici per autovetture. Tra i numerosi suoi altri impieghi, ricordiamo la produzione di

cinghie,tubi,suoleetappeti.

fu prodotta per la prima volta nel 1935 negli USA mediante polimerizzazione

Poliisoprene:

dell'isoprene. Riproduce quasi perfettamente la struttura della gomma naturale e si impiega in

sostituzionediquesta.

Polibutadiene: polimero del butadiene, ha proprietà meccaniche di poco inferiori a quelle della

gommanaturale.Èlaprimagommasinteticachehapotutoessereutilizzataperlafabbricazionedi

pneumaticiperautocarri. Italianel1956inseguitoaglistudi di

CopolimerietileneͲpropilene:prodottiperlaprimavoltain

Giulio Natta. Si utilizzano per articoli tecnici dove è richiesta resistenza agli agenti ossidanti e

atmosferici(nastritrasportatoriacaldo,guarnizionipercavielettricietubi).

copolimero dell'isobutilene con piccole quantità c isoprene. Possiede un'

Gomma butile:

eccezionaleresistenzaall'invecchiamentoedèimpermeabileaigas.Perquestoèimpiegatanella

fabbricazionedituttelecamered'ariadeipneumatici.

Fibretessili.Sonomaterialicostituitidacatenedipolimeriche,attraversoopportuneoperazioni,

possonoesseretrasformatiinfilicontinui,sottili,tenacieattiaesseretessuti.Sonosuddivisein

fibre naturali che provengono dal regno vegetale e animale e in fibre chimiche, queste ultime

comprendonolefibreartificiali(ottenute,comeilraion,partendodaprodottinaturalieartificiali)

efibresintetichechesiottengonoapartiredavarieclassidipolimeridisintesi.Lesintetichesono

moltotenaci,elasticheeresistenti,risentonopocodell'azionedegliagentiatmosfericienon

vengono intaccate dalle muffe e dalle tarme. Un inconveniente delle fibre sintetiche è quello di

nonassorbirel'umidità,ilchelerendepocoigieniche.Oltrechenelsettoredell'abbigliamento,le

fibresintetichesonolargamenteimpiegateperusitecnici(es.cordeefuni).

Polimerizzazione

Alla base della costruzione di uno pneumatico, come detto, c’è appunto la polimerizzazione,

ovvero la reazione cheporta alla formazione di un polimero in seguito all’unione di molecole di

monomeri. Si distinguono due tipi di reazioni di polimerizzazione: reazioni di poliaddizione e di

policondensazione.

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Poliaddizione.Inquestareazionenumeroseunitàmolecolari,costituitedapiccolemolecolediun

monomero, generalmente insature per un doppio o triplo legame (alcheni o alchini), si

addizionano formando una macromolecola senza che ne risultino prodotti secondari. La

poliaddizioneavvienemedianteunmeccanismodireazioneacatena.Seilmonomerocontieneun CHIMICA

doppio legame C = C, nelle condizioni di reazione si ha la rottura del legame ʋ e formazione, a

secondadeicasi,diradicaliodiioni(fasediinizio).Nelmeccanismoradicalico,nellafasediinizio

interviene di solito un iniziatore della polimerizzazione (per esempio un perossido organico) che

produce radicali liberi R; questi ultimi si sommano a una molecola di monomero provocando la

rotturadellegameʋelaformazionediunnuovoradicaleprontoareagireconun'altramolecola

di monomero. Nella fase di propagazione le catene crescono addizionando molecole di

monomero.Nellafasediterminazionelecatenesubisconoreazionididisattivazione,peresempio

inseguitoallacombinazionedidueradicali.

Unesempiodipolimerizzazioneperaddizioneèquellocheportaallaformazionedipolietilenea

partire dall'etilene. Il polietilene è un prodotto molto resistente e flessibile che ha numerose

applicazioni; viene usato per pellicole per imballaggio e per contenitori. Polimerizzando per

il tetrafluoroetilene (F C = CF,) si ottiene il politetrafluoroetilene, noto con il marchio

addizione 2

Teflon.IlTeflonèunmaterialeincuiilegamiCͲFpresentanounanotevoleresistenzaagliattacchi

chimici,nonèinfiammabileevieneusatocomeisolanteelettricoeperrivestireutensilidacucina.

Altri polimeri che si ottengono per poliaddizione comprendono il cloruro di polivinile o

polivinilcloruro,ilpolipropilene,ilpolistirene,ilpoliacrilonitrileeilpolimetilmetacrilato.

Policondensazione.Unareazionedipolicondensazioneèunprocessodipolimerizzazionenelquale

la formazione del polimero procede per reazioni successive tra due diversi gruppi funzionali

appartenenti a due monomeri. Questo meccanismo è seguito da monomeri che hanno nella

).Nel

propriamolecoladueopiùgruppifunzionalicapacidireagiretraloro(ͲOH,ͲCOOH,ͲNH 2

corsodiognireazionedicondensazionesihalaformazione,accantoalprodottoprincipale,diuna

molecoladiprodottosecondario(peresempioH,O,NH ).

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Unesempiodireazionedicondensazioneèl'esterificazione,cioèlareazionetraacidicarbossilicie

Ocomeprodottosecondario.Per

alcoli,cheportaallaformazionediesteri,coneliminazionediH 2

avereunapolicondensazioneperesterificazioneoccorrepartiredaunacidodicarbossilicoedaun

polialcol(peresempiounglicol)comenelcasoincuisiottieneunpoliestere(XeYsonocatene

idrocarburiche).Unaclassicareazionedipolicondensazioneèquelladiformazionediunpolimero

molto noto, il nailon 6,6 realizzata dal chimico americano Carothers alla fine degli anni ‘20.

Carotherseisuoicollaboratoritrovaronoche,polimerizzandounamisceladiacidoadipicoe1,6Ͳ

diamminoesano,sipotevaprodurreunpolimero,ilnailonappunto,chepotevaesseretrasformato

infilimoltoforti,similiaquellidellaseta.Inquestareazionedicondensazionesihaeliminazionedi

acquafraungruppocarbossilicoeungruppoamminico.

Processodilavorazioneindustrialedelpneumatico

La produzione delle gomme è un procedimento assai complesso e lungo. La prima fase è la

miscelazionedurantelaqualevariequantitàdigommanaturaleesinteticavengonomiscelatecon

nerofumo e altre piccole quantità di additivi chimici. Il nerofumo è un materiale composto da

carboniopolverizzatoderivatodaalcuniidrocarburi.E'principalmenteutilizzatocomerinforzante

nelle mescole di gomma e come pigmento di inchiostri e vernici. Di seguito si ha la

calandratura,durantetalefaseunastrutturadiacciaioecordeintessuto(scheletrodellagomma)

vienerivestitaconunapellicoladigommasuentrambiilati.Sihapoil’estrusionedurantelaquale

vengono realizzati il battistrada e i fianchi del pneumatico come pure le intagliature.

Successivamente la gomma subisce la vulcanizzazione per un tempo di 15’ in una pressa che fa

anche assumere alla gomma il profilo finale. Vi è un’ultima fase, la rifinitura, durante la quale

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viene eliminata la gomma in eccesso dovuta alla vulcanizzazione. Infine ogni pneumatico è

controllatoelettronicamenteperverificarnelaqualitàel’uniformità.

CHIMICA

Ciclodivitadellagomma

Osservando un generico oggetto di gomma in maniera microscopica, con un accurato

ingrandimento,riusciamoaosservarelasuaunitàmolecolare,lasuacatenapolimerica.

Questa catena è formata prevalentemente da atomi di Carbonio, Idrogeno e con possibile

presenzadiOssigeno,Azotoedaltrielementichimici.Laproduzionediquestipolimeripartedal

petrolio greggio, successivamente viene effettuata una prima raffinazione e da questa si ricava

una frazione leggera di petrolio, che verrà poi manipolato per ottenere le molecole che

costituisconounacatenapolimerica.Avviene,infine,lasintesi,cioèlapolimerizzazionecheviene

effettuata in opportuni impianti chimici. Ad essa segue la fase di stabilizzazione per rendere il

polimeroresistentealleavverseediversecondizioniambientali.Comeultimafasesihal’aggiunta

dialcuniadditivi.Ilmaterialepolimericoècosìprontoallavenditadopoesseresottopostoaduna

trasformazionechelisminuzzainpolvereoinpiccoligranuli.Alterminedelsuociclodivitacisarà

ladismissionechepotrebbeessere:smaltimentoindiscaricaoppurel’incenerimentocheconsente