Materiali polimerici, compositi e ceramici - Lezione 3

LEZIONE 3

Materiali polimerici

Nomenclatura, classificazione, impieghi e reazione di

polimerizzazione

Una macromolecola è una molecola di altissimo peso molecolare,

costituita dalla ripetizione di un unico gruppo molecolare detto

«unità ripetente».

Alto peso molecolare significa che la molecola è costituita da un

numero molto elevato di atomi. Queste micro molecole sono

regolari ovvero sono frutto della ripetizione della cosiddetta

unità ripetente. Non posso mai dire quante ripetizioni di

monomero ho un per certo polimero.

Il monomero è la molecola di partenza da cui partiamo per

ottenere il polimero. Da questo monomero eseguiamo una serie

di reazioni e otteniamo il polimero.

L’unità ripetente è qualcosa che invece possiamo individuare nel

polimero.

In alcuni contesti come nel polietilene,che nasce dalla reazione

di monomeri dell’etilene, ha come unità ripetente il metile che è

diverso dal monomero (etilene).

Il grado di polimerizzazione è il numero di unità ripetenti che noi

possiamo individuare in una catena polimerica. Varia da qualche

centinaia/migliaia fino a qualche milione. Questo grado di

polimerizzazione influenza tantissimo le caratteristiche del

materiale: ad esempio a parità di unità ripetente gradi di

polimerizzazione diverse possono portare a resistenza ad alte

temperature diverse e caratteristiche meccaniche.

I gruppi terminali sono quei gruppi che si posizionano

all’estremità della molecola, tuttavia non forniscono variazioni

sostanziali nella caratteristiche macroscopiche nel materiale e

non sono quindi di nostro interesse.

All’interno della catena polimerica ho sempre legami forti e

quindi difficili da rompere: in generale sono legami covalenti.

Tra una catena e l’altro i legami sono di natura debole ovvero

forze di van der walls, idrogeno, dipolo-dipolo che consentono

uno scorrimento tra le molecole.

Possiamo avere omopolimeri dove abbiamo una sola unità

ripetente come il polipropilene oppure possiamo avere molecole

più compresse che nascono dalla reazione di due diversi

monomeri dove la ripetizione segue uno schema differente

(copolimero) e segue una ripetizione ad esempio a-b-a-b…

Il metodo più semplice per realizzare un polimero è lavorare per

addizione. Possiamo pensare di sintetizzare la nostra molecola

ripetendo quindi n volte la nostra unità ripetente. Durante la

sintesi di questo polimero ci troviamo di fronte a catene di

lunghezza diversa: non potremo individuare un peso molecolare

fisso poiché all’interno del materiale potremo avere catene di

diversa lunghezza con quindi grado di polimerizzazione diverso.

Dovremo quindi introdurre una serie di concetti legati alla

statistica dei gradi di polimerizzazione. Le reazioni di poli

addizione sono influenzate da una serie di caratteristiche e

fattori che governano la sintesi del polimero: la pressione, la

temperatura, l’utilizzo di un catalizzatore o iniziatore che

permette di abbassare l’energia di attivazione e la

concentrazione del monomero.

Partiamo dal monomero a cui aggiungiamo un centro attivo

(generalmente uno ione) con cui inizia a reagire. L’iniziatore e il

monomero con il centro attivo formano i due terminali (X e Y

visti prima). È generalmente una reazione molto veloce ed

esotermica (emette calore). Per fermare la reazione che

generalmente è spontanea aggiungo un elemento che va a

fermare la mia polimerizzazione (ender). Da subito da la

comparsa di un polimero.

Polimeri lineari -> macromolecole con pesi molecolari

nell’ordine di 105 – 106 in

cui gli atomi sono disposti all’incirca lungo una catena, chiamata

catena

principale (ex: PVC, PS, etc). La catena non è mai perfettamente

lineare

perché devono essere rispettati gli angoli di legame e l’ingombro

sterico degli

atomi che la costituiscono.

Agli atomi della catena principale possono attaccarsi

lateralmente atomi

singoli o gruppi laterali (piccole catene).