Chimica e tecnologia dei materiali - materiali polimerici

Materiali polimerici

I polimeri sono sostanze composte da macromolecole, ovvero da molecole molto grandi formate dalla ripetizione di un gruppo molecolare (unità ripetente). La catena macromolecolare è formata da monomeri. Più monomeri formano un polimero, attraverso la reazione di polimerizzazione. Questa può avvenire in vari modi; ad esempio per addizione, come l'etilene (CH₂=CH₂) che polimerizza per dare il polietilene, aprendo il doppio legame per aggiungere altre due molecole di etilene e così via.

n(CH₂=CH₂) → [-CH₂-CH₂-]_n; dove n diventa il grado di polimerizzazione (numero totale di unità monometriche concatenate).

Quindi, le macromolecole hanno diverso grado di polimerizzazione, cioè diversa lunghezza e, quindi, diverso peso molecolare. Nel polimero, però, vi sono macromolecole che hanno diversi gradi di polimerizzazione e, quindi, peso molecolare diverso. Per questo si fa riferimento a:

• Peso molecolare medio numerale (M_n): esprime la media numerica; cioè M_n = ∑N_iM_i/∑N_i
• Peso molecolare medio ponderale (M_w): esprime la media pesata rispetto alla massa delle macromolecole presenti; cioè M_w = ∑N_iM_i²/∑N_iM_i dove N_i è il numero di macromolecole presenti che hanno massa M_i.

Il polimero prende il nome dal monomero da cui deriva, preceduto dal termine poli. Le unità ripetenti possono provenire da un solo monomero, si parla allora di omopolimero, oppure da più monomeri, dando origine a copolimeri. La solidificazione dei polimeri può portare a prodotti amorfi (struttura disordinata) o cristallini (da una struttura disordinata, in un punto si ordinano).

Polimeri termoplastici

• Polietilene (PE): T_f 110 – 140 °C. In base alla densità il polietilene si distingue in:
  • Polietilene a bassa densità (LDPE), che è fortemente ramificato ed ha una bassa percentuale di cristallinità. Esso è utilizzato per imballaggi, pellicole, contenitori e come isolante elettrico.
  • Polietilene ad alta densità (HDPE), che ha macromolecole lineari ed è altamente cristallino. Tale cristallinità aumenta la densità e le proprietà meccaniche. Viene utilizzato per tubazioni, per manufatti che richiedono discreta resistenza.
  • Polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMWPE), che è lineare, con cristallinità maggiore del 45% e peso molecolare maggiore. Ha ottime resistenza meccanica e stabilità chimica, ma è difficile da lavorare.