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PROGRAMMA DEL CORSO 1) L'Evoluzione dei Materiali nello Sport (panoramica generale) 2) L'Impatto dei Materiali sulle Prestazioni Sportive (salto con l'asta, corsa, lancio del giavellotto, nuoto, tennis, …) 3) I Materiali Polimerici (“Le Plastiche”) 4) I Materiali Metallici 5) I Materiali a Base di Carbonio 6) I Materiali Compositi 7) Le Proprietà Meccaniche dei Materiali 8) Materiali per Corsa, Ciclismo e Sci

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PROGRAMMA DEL CORSO

1) L'Evoluzione dei Materiali nello Sport

(panoramica generale)

2) L'Impatto dei Materiali sulle Prestazioni Sportive

(salto con l'asta, corsa, lancio del giavellotto, nuoto, tennis, …)

3) I Materiali Polimerici (“Le Plastiche”)

4) I Materiali Metallici

5) I Materiali a Base di Carbonio

6) I Materiali Compositi

7) Le Proprietà Meccaniche dei Materiali

8) Materiali per Corsa, Ciclismo e Sci

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LE MATERIE PLASTICHE SONO TANTE…

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PLASTICA E RICICLOAbbiamo tutti esperienza pressochè quotidiana di una varietà di prodotti plasticiquando ci occupiamo di differenziare i rifiuti:

Questi sono solo una piccola parte dei materiali plastici esistenti.

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PLASTICA E RICICLOAbbiamo tutti esperienza pressochè quotidiana di una varietà di prodotti plasticiquando ci occupiamo di differenziare i rifiuti:

Questi sono solo una piccola parte dei materiali plastici esistenti.

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MATERIE PLASTICHE NELLO SPORT

Un pallone da basket ha un parte esterna di pelle, chepossiamo considerare un polimero naturale. Per farein modo che possa contenere l'aria in pressione,contiene una camera d'aria di gomma in un materialechiamato poli-isobutilene.

I guanti da baseball sono fatti di pelle, ela pelle è cucita con un filo ottenuto confibre polimeriche (sia naturali chesintetiche), come cotone, nylon epoliestere.

La struttura di una racchetta da tennis è in fibra di carbonio. Lecorde sono fatte di nylon e l’impugnatura in pelle.

I materiali plastici trovano vaste applicazioni nello sport. Ne elenchiamo soloalcune:

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Una scarpa da atletica ha molte parti inpolimero. La suola è fatta con un co-polimero ablocchi denominato poli(stirene-butadiene-stirene). L'imbottitura è di gomma naturale epoliuretano. Pelle e nylon sono usate pertomaia e fianchi, e i lacci sono normalmente dicotone.

Vi sono vari tipi di polimero in una pallada baseball: l'esterno è fatto di pelle,cucito con filo di cotone. Dentro c'èaltro cotone e anche gomma naturale.

MATERIE PLASTICHE NELLO SPORT

I pantaloncini da ciclismo sono fatti con un interessante co-polimero a blocchi chiamato spandex, che permette aipantaloncini di estendersi.

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Le palline da golf sono costituite quasi interamente damateriale plastico.

Il metodo di costruzione e il materiale influisconosignificativamente nella distanza che la pallapercorrerà, nella traiettoria e nello spin. Materiali piùduri, come il Surlyn (resina ionomerica termoplastica),garantiscono maggiori distanze, mentre coperture piùmorbide, come il poliuretano, generano più spin e diconseguenza una maggiore forza d'arresto, necessariaa fermare la palla vicino al punto d'atterraggio.

MATERIE PLASTICHE NELLO SPORT

La maggior parte delle componenti esterne deipattini a rotelle sono fatte di polietilene.

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Le palline da golf possono essere a due pezzi, a tre pezzi o multistrato ma al lorointerno si trova sempre della gomma e del materiale elastico:

MATERIE PLASTICHE NELLO SPORT

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COME E' FATTO UN POLIMERO?Un polimero (dal greco “molte parti”) è una macromolecola, ovvero unamolecola dall'elevato peso molecolare (dell’ordine di alcune migliaia e più),costituita da un gran numero di piccole molecole (i monomeri) unite acatena mediante la ripetizione dello stesso tipo di legame.

Agli atomi della catena principale (A) si attaccano lateralmente atomisingoli o piccole catene (gruppi laterali, B). Le catene laterali di normahanno pochi atomi, mentre la catena principale è costituita da centinaia dimigliaia di atomi.

Gli atomi A formano la catena principale

Gli atomi B rappresentano i gruppi laterali

A A A A A A A

A A

B

A A

B

A A

B

A

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A parte le dimensioni, i polimeri non differiscono tanto dalle altre molecoleorganiche dal punto di vista chimico. La chimica dei polimeri è dettata dai gruppifunzionali presenti nella catena.

Ad esempio, questa è la struttura a catena del polipropilene:

Guardandone bene la struttura si nota che è costituita dalla ripetizione periodica di una stessa piccola unità ricorsiva:

dove n rappresenta il numero di unità ripetitive della catena.

CH2 CH

CH3

CH2 CH

CH3

CH2 CH

CH3

CH2 CH

CH3

* *n

COME E' FATTO UN POLIMERO?

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Sin qui abbiamo introdotto una rappresentazione schematica “piatta” (2D)della struttura delle catene polimeriche. In realtà le catene si articolanonello spazio 3D.

I legami di una singola catena sono in grado di ruotare e flettersinello spazio. Gli atomi di carbonio possono collocarsi in ciascun punto diun cono di rivoluzione che mantenga costante l’angolo di apertura (a), dando così origine a conformazioni lineari (b), o a catene inclinate eritorte (c).

COME E' FATTO UN POLIMERO?

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Una singola catena, composta da moltissimi atomi, può dunque assumeretutta una serie di piegamenti, contorcimenti e cappi. In tal caso si osservacome la distanza inizio-fine della catena sia tipicamente molto minore dellalunghezza totale della catena.

Rappresentazione della struttura a gomitolo di una macromolecola.

COME E' FATTO UN POLIMERO?

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CLASSIFICAZIONI DEI POLIMERI

SINTETICI

NATURALI

ARTIFICIALI

La maggior parte dei polimeri usati industrialmente

Polimeri e acidi nucleici alla base dei sistemi biologici;Caucciù e cellulosa sono usati anche industrialmente.

La base di partenza è un polimero naturale, che vienemodificato chimicamente (es. rayon, modifica dellacellulosa).

ORIGINE

I materiali polimerici possono essere classificati in base a diversi fattori.

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STRUTTURADELLA

CATENA

LINEARI

RAMIFICATI

RETICOLATI

Due polimeri aventi la stessa struttura chimica elo stesso peso molecolare, ma forma diversa,presentano proprietà diverse.

CLASSIFICAZIONI DEI POLIMERI

I materiali polimerici possono essere classificati in base a diversi fattori.

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POLIMERI LINEARI E RAMIFICATI

Le unità monomeriche sono unite da unestremo all’altro in una singola catena. Questelunghe catene sono flessibili e possono essereimmaginate come una massa di spaghetti. Trai polimeri di maggior impiego comune chepresentano strutture lineari vi sono il PE, ilPVC, il PS, il PMMA (poli-metilmetacrilato), ilnylon ed i fluoro-carburi.

I rami sono generati da reazioni laterali cheavvengono durante la sintesi del polimero.Con la formazione delle ramificazioni siriducono le capacità di impacchettamentodella catena, per cui la densità delpolimero diminuisce. Gli stessi polimeriche formano strutture lineari possonoanche essere polimeri ramificati.

Polimeri lineari

Polimeri ramificati

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CLASSIFICAZIONI DEI POLIMERI

COMPOSIZIONE

OMOPOLIMERI

COPOLIMERI

Prodotti di polimerizzazione diun solo monomero

Prodotti di polimerizzazione didue o più monomeri diversi.

Copolimero statistico (o random)

Copolimero a blocchi

Copolimero a innesto (o graft)

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COPOLIMERI

COPOLIMERO STATISTICO

COPOLIMERO A BLOCCHI

I monomeri di un tipo sono raggruppati assieme. Un copolimero a blocchi puòessere visto come l'unione di due omopolimeri per le estremità terminali. Uncopolimero a blocchi che si usa tutti i giorni è la gomma SBS (stirene-butadiene-stirene). Viene utilizzata per le suole delle scarpe e per i battistrada dei pneumatici.

I due monomeri si presentano in ordine casuale.

Dalla copolimerizzazione di miscele di monomeri si ottengono spesso polimeri conproprietà diverse da quelle dei corrispondenti omopolimeri, offrendo una grandeflessibilità di progettazione di nuovi materiali.

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COPOLIMERO A INNESTO

COPOLIMERI

Un tipo di copolimero innestato è il polistirene-antiurto, abbreviato come HIPS(High Impact Polystyrene). E' costituito da una catena principale di polistirene sucui sono innestate delle catene di polibutadiene. Il polistirene conferisceresistenza al materiale, mentre la gomma polibutadienica ne aumenta la resilienzadiminuendone la fragilità.

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CLASSIFICAZIONI DEI POLIMERI

AMORFI

CRISTALLINI

STRUTTURACRISTALLINA

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I solidi cristallini presentano unadisposizione ordinata e periodicadelle particelle che li costituiscono(atomi, molecole, ioni) che siripetono periodicamente nellospazio costituendo un reticolotridimensionale.

In un solido amorfo vi è unadisposizione disordinata delleparticelle che lo costituiscono. Lostato amorfo è paragonabile a quellodi un solido bloccato nella strutturadisordinata del liquido.

MATERIALI CRISTALLINI VS. AMORFI

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I solidi cristallini presentano unadisposizione ordinata e periodicadelle particelle che li costituiscono(atomi, molecole, ioni) che siripetono periodicamente nellospazio costituendo un reticolotridimensionale.

In un solido amorfo vi è unadisposizione disordinata delleparticelle che lo costituiscono. Lostato amorfo è paragonabile a quellodi un solido bloccato nella strutturadisordinata del liquido.

MATERIALI CRISTALLINI VS. AMORFI

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I solidi cristallini presentano unadisposizione ordinata e periodicadelle particelle che li costituiscono(atomi, molecole, ioni) che siripetono periodicamente nellospazio costituendo un reticolotridimensionale.

In un solido amorfo vi è unadisposizione disordinata delleparticelle che lo costituiscono. Lostato amorfo è paragonabile a quellodi un solido bloccato nella strutturadisordinata del liquido.

MATERIALI CRISTALLINI VS. AMORFI

I materiali metallici e quelli ceramici sono normalmente cristallini, mentre vetroe materiali polimerici sono generalmente amorfi.

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POLIMERI AMORFILa maggior parte delle volte le catene polimeriche non sono rigide e diritte, maflessibili. Le catene tendono a torcersi e ad avvilupparsi una intorno all'altra, inmodo che tutte le molecole di polimero formino un’enorme massa aggrovigliata(gomitolo statistico) .

Le forze intermolecolari più importanti, che definiscono la struttura del polimero e lesue proprietà fisiche, sono quelle deboli di dispersione o di van der Waals,dovute alle forze attrattive tra dipoli istantanei di molecole adiacenti, e sonoidentiche a quelle agenti tra molecole di piccole dimensioni e in soluzione. Poichétali forze agiscono solamente a breve distanza, esse risultano più intense neipolimeri lineari nei quali le catene polimeriche possono disporsi in modo regolare ecompatto.

Repulsione sterica vs. Interazioni intermolecolari

Interazioni chimiche vs. Interazioni fisiche

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POLIMERI CRISTALLINIIn alcuni casi le catene polimeriche si possono presentare disposte in manieraordinata anziché a gomitolo, e in questo caso il polimero è detto cristallino.

Quasi tutti i polimeri possono stendersi per brevi tratti prima di ripiegarsi su lorostessi.

Pochi polimeri possono stendersi completamente, e questi sono il polietilene adaltissimo peso molecolare e le aramidi, come il Kevlar ed il Nomex. Per ilpolietilene la lunghezza delle catene può arrivare fino a 100 Å prima che le catenesi ripieghino.

Le catene ripiegate formano le cosiddette lamelle. Ciascuna lamella è costituita daun certo numero di molecole, ma la lunghezza media di ciascuna catena è moltopiù grande dello spessore di una lamella.

lamella

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LA SCALA DELLE GRANDEZZEE LA MICROSCOPIA

Il microscopio è uno strumento che consente di ingrandire oggetti di piccoledimensioni per permetterne l'osservazione diretta o indiretta tramite ottica, fotografiae sistemi elettronici.

Microscopio ottico(interazione luce-materia)

Microscopio elettronico a trasmissione, TEM(interazione elettroni-materia)

Microscopio a forza atomica, AFM(interazione materia-materia)

Microscopio elettronico a scansione, SEM(interazione elettroni-materia)

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LA SCALA DELLE GRANDEZZEE LA MICROSCOPIA

Il microscopio è uno strumento che consente di ingrandire oggetti di piccoledimensioni per permetterne l'osservazione diretta o indiretta tramite ottica, fotografiae sistemi elettronici.

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10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 m

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POLIMERI CRISTALLINI

Struttura cristallina del PE

I cristalli di PE presentano forma regolare, sottili placchette (o lamelle)approssimativamente dello spessore di 10-20 nm e lunghe circa 10 μm.Frequentemente queste lamelle formano strutture multistrato.

Immagine SEM della disposizione a strati delle lamelle

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POLIMERI CRISTALLINIIn realtà, nessun polimero è totalmente cristallino. Le parti di catene che non sononei cristalli non sono ordinate. Un polimero cristallino, quindi, ha sempre duecomponenti: una frazione cristallina (nelle lamelle) e una frazione amorfa (all’esterno delle lamelle). Questa morfologia è rappresentata dal modello a micellefrangiate.

La cristallinità rende il materiale resistente, ma lo rende anche fragile. Un polimerocompletamente cristallino sarebbe troppo fragile per essere utilizzato come materiaplastica. Le regioni amorfe danno al polimero tenacità ossia la capacità di piegarsisenza rompersi.

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GLI SFERULITILe lamelle tendono a cresce e disporsi in tre direzioni formando una sorta di sfera,che viene chiamata sferulita. In un solido di polimero ci sono miliardi di sferuliti.

Una singola catena polimerica può essere in partenella lamella cristallina e in parte nello stato amorfo.Alcune catene a volte iniziano in una lamella,attraversano la regione amorfa e si uniscono adun'altra lamella. Queste catene sono dettemolecole di collegamento.

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GLI SFERULITIQuando il processo di cristallizzazione di una struttura sferulitica giunge alcompletamento, le estremità di sferuliti adiacenti cominciano ad urtarsi formandoconfini più o meno piani; prima di questo momento esse mantengono però la loroconfigurazione sferica.

20μm

Gli sferuliti dei polimeri possono essere consideratiin analogia con i grani cristallini nelle strutturemetalliche e ceramiche. Tuttavia ciascuno sferulitaè in realtà composto da molti cristalli lamellari emateriale amorfo.

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POLIMERI CRISTALLINI E AMORFI

PolipropilenePolistirene sindiotattico

NylonKevlar

PolimetacrilatoPolistirene atattico

PolicarbonatiPoliisoprene

CRISTALLINI AMORFI

Molti polimeri sono un insieme di regioni cristalline ed amorfe, ma alcuni sonoestremamente cristallini ed altri sono estremamente amorfi. Si riportano qui alcunidei polimeri che tendono verso gli estremi opposti:

Lo si deve alla loro struttura polimerica (lineare, ramificata, etc.) ed alle interazionichimiche specifiche del polimero.

Perché alcuni polimeri sono altamente cristallini e altri altamente amorfi?

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STRUTTURA POLIMERICA E CRISTALLINITA’

Se la struttura della catena è regolare ed ordinata formerà facilmente cristalli; senon lo è non lo farà.

Il caso del polietilene

Il polietilene lineare è praticamente cristallino al 100%.

Il polietilene ramificato non può formare blocchi cristallini come il materiale lineare,ed è altamente amorfo.

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STRUTTURA POLIMERICA E CRISTALLINITA’

POLISTIRENE ATATTICO

POLISTIRENE SINDIOTATTICO

I gruppi fenilici sono disposti in modoperfettamente alternato sulla catena.Può formare facilmente blocchi dicristalli.

I gruppi fenilici sono disposti senza unordine preciso, e non possono formareblocchi ordinati. Il polistirene atattico èmolto amorfo.

Il caso del polistirene: regolarità sterica

Altri polimeri atattici come il polimetilmetacrilato (PMMA) ed il polivinilcloruro (PVC)sono anch'essi amorfi. Polimeri stereoregolari come il polipropilene isotattico sonoaltamente cristallini.

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STRUTTURA POLIMERICA E FORZE INTERMOLECOLARI Le forze intermolecolari possono essere di grande aiuto per un polimero se vuoleformare cristalli.

Un buon esempio è il nylon. I gruppi ammidici polari nella catena principale delnylon 6,6 sono fortemente attratti l'uno dall'altro, e formano legami idrogeno moltoforti. Questi forti legami tengono insieme i cristalli.

Il caso del nylon 6,6

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IL LEGAME A IDROGENOIl legame a idrogeno è considerato un’interazione debole, anche se più forte delleinterazioni di van der Waals, che si verifica quando un atomo di idrogeno siinterpone tra due atomi fortemente elettronegativi (come O, N, F).

Quando l’idrogeno è legato covalentemente a un atomo X molto elettronegativo(ovvero X-H) si determina un eccesso di carica positiva sull'idrogeno. Questoeccesso di carica può attirare elettrostaticamente un secondo atomo elettronegativoY permettendone il massimo avvicinamento: X-H...Y.

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IL LEGAME A IDROGENO

Il legame ad idrogeno è piuttosto direzionale e, tra le altre cose, determina lastruttura del GHIACCIO.

Il carattere direzionale del legame idrogeno fa sì che l’H2O allo stato solido sidisponga a creare delle gabbie esagonali e occupi un volume maggiore che allostato liquido. Ne consegue che il ghiaccio ha una densità minore dell’acqua (0.9163g/cm3) che ha la massima densità a 4°C (1.000 g/cm3).

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TEMPERATURA DI FUSIONE

Consideriamo il polimero allo stato liquido (ovvero il sistema ha una quantitàsufficiente di volume libero da permettere il cambiamento di conformazione dellemacromolecole); abbassando la T diminuisce la mobilità delle macromolecole che locostituiscono e diminuisce il volume. Alla Tfus si ha il passaggio dalla fase liquidaalla fase solida cristallina ordinata, con una discontinuità del volume dovutaall'impaccamento delle molecole.

Il caso di un polimero cristallino

Temperatura

Vol

ume

Tfusione

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TEMPERATURA DI FUSIONE

I parametri che influenzano la temperatura di fusione sono:

FLESSIBILITÀ: tanto più il polimero è flessibile e tanto minore è la temperatura difusione

TfusPE 140°CPP 170°Ci-PS 240°CPET 265°C

POLARITÀ: se ci sono gruppi polari la temperatura di fusione aumenta

TfusPP 170°Cst-PVC 280°CPAN 320°CPTFE 325°C

Il caso di un polimero cristallino

PTFE: poli-tetra-fluoro-etilene; PAN: poli-acrilo-nitrile

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TEMPERATURA DI TRANSIZIONE VETROSA

Cosa succede nel caso di un polimero amorfo?

Si parte dal liquido e si raffredda, il volume diminuisce. Arrivati alla Tfus il liquido nonpassa a uno stato solido cristallino bensì amorfo. Le macromolecole rallentano il loromovimento, fino a rimanere “congelate” nello stato di disordine tipico dello statoliquido. Non si ha quindi un discontinuo abbassamento di volume, ma una suadiminuzione in modo continuo.

Vol

ume

Tfusione Temperatura

Polimero amorfo

Polimero cristallino

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TEMPERATURA DI TRANSIZIONE VETROSA

Cosa succede nel caso di un polimero amorfo?

Al di sopra della Tg (glass transition) il polimero è ancora liquido; al di sotto della Tgil sistema è un solido vetroso: gli elementi strutturali sono “bloccati” in una situazionedi non equilibrio.

Vol

ume

Tfusione Temperatura

Polimero amorfo

Polimero cristallino

Tg

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TEMPERATURA DI TRANSIZIONE VETROSA

Alcuni polimeri vengono utilizzati al di sopra delle loro temperature di transizione,ed alcuni al di sotto.

Le plastiche rigide, come il polistirene e il polimetilmetacrilato, vengono utilizzateal di sotto delle loro temperature di transizione; ossia nel loro stato vetroso. Le loroTg sono molto al di sopra della temperatura ambiente, entrambe a circa 100°C.

Gli elastomeri gommosi, come poliisoprene e poliisobutilene, vengono usati al disopra delle loro Tg, ossia allo stato gommoso, quando sono soffici e flessibili.

Le plastiche flessibili come il polietilene ed il polipropilene, vengono anch'esseutilizzate al di sopra della loro Tg, allo stato gommoso.

Sopra o sotto la Tg?

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Poiché anche i polimeri cristallini contengono una frazione amorfa (che tipicamenteequivale al 40-70% del campione), lo stesso campione di polimero ha sia unatemperatura di transizione vetrosa che una temperatura di fusione. La parte amorfasubisce solo la transizione vetrosa e la parte cristallina subisce solo la fusione.

TRANSIZIONE VETROSA E FUSIONE

Torniamo ai polimeri cristallini

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FATTORI CHE INFLUENZANO LA Tg

Flessibilità della catena principalePiù è flessibile la catena principale, più il polimero si muoverà facilmente e più saràbassa la Tg.

Tg

PE – 80°C

a-PP – 10°C

PVC +80°C

PS +100°C

Semplicemente introducendo un gruppo CH3 si diminuisce lafacilità di rotazione delle catene

Il Cl ha dimensioni simili al CH3, ma introduce interazionidipolari tra i segmenti delle catene.

L’anello aromatico aumenta l’ingombro sterico.

Dimensioni dei sostituenti

Interazioni tra le catene

I parametri che influenzano la temperatura di transizione vetrosa sono simili a quelligià discussi per la temperatura di fusione:

Più forti le interazioni, più alta la Tg.

Più grandi i sostituenti minore la mobilità, più alta la Tg.

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FATTORI CHE INFLUENZANO LA Tg

I CASI LIMITE:

SILICONIQuesta catena strutturale è così flessibile che ilpolidimetilsilossano è un liquido a temperaturaambiente (Tg= –127°C) e viene anche utilizzato peraddensare gli shampoo ed i balsami per capelli.

POLIFENILENSULFONELa catena strutturale di questo polimero è così rigidache non ha una Tg! Anche scaldato oltre i 500°Crimane allo stato vetroso. Per fare in modo che diventiun polimero lavorabile bisogna aggiungere alcunigruppi flessibili nella catena strutturale.

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I PLASTIFICANTI

Per rendere un polimero più flessibile e più facile da lavorare basta aggiungere unplastificante. Si tratta di una piccola molecola che si posiziona tra le catenepolimeriche e le distanzia una dall'altra (aumento del volume libero), permettendoloro di muoversi liberamente a temperature inferiori rispetto a quelle senzaplastificante.

COME SI FA A MODIFICARE LA Tg DI UN POLIMERO?

L’odore di macchina nuova è dovuto al plastificante che evapora dalle parti in plasticaall'interno dell’auto.

Un plastificante deve essere poco volatile e avere una buona compatibilità colpolimero.

Senza il plastificante il PVC è una plastica rigida usata per fare le tubature per l'acqua. Macon il plastificante il PVC è sufficientemente flessibile da essere usato per fabbricare piscinegonfiabili per bambini.

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CLASSIFICAZIONI DEI POLIMERI

LAVORABILITÀE IMPIEGO ELASTOMERI (o gomme)

TERMOPLASTICI

TERMOINDURENTI

FIBRE

La distinzione tra polimeri termoplastici e termoindurenti implica una differenza nelcontrollo dei processi e nel riciclo e smaltimento. Un termoplastico è riciclabile invari modi, mentre un termoindurente si può solo bruciare o macinare.

PLASTOMERI

(Praticamente sempre termoplastici)

VERNICI, ADESIVI, ecc.

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PLASTOMERI:TERMOPLASTICI E TERMOINDURENTI

I polimeri termoplastici sono materiali duri a temperatura ambiente, ma che pereffetto del calore si ammorbidiscono e diventano di conseguenza facilmentemodellabili. Il fenomeno è reversibile. La ridotta o nulla cristallinità dei materialitermoplastici fa sì che per riscaldamento le singole catene scorrano le une sullealtre.

I polimeri termoindurenti sono polimeri che con il calore induriscono, poichè sitrasformano in strutture completamente reticolate. Il fenomeno è irreversibile, inquanto una volta reticolato il polimero non può più essere lavorato.

Polietilene – PEPolipropilene – PPPolistirene – PSPolicarbonato – PCPolivinilcloruro – PVCPoliammidi (Nylon)

Sono polimeri termoplastici:

Poliuretani – PU Politetrafluoroetilene – PTFE (Teflon)PoliesteriResine fenolicheResine amminiche

Sono polimeri termoindurenti:

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TERMOPLASTICI TERMOINDURENTI

Azione del calore Rammoliscono Non rammoliscono

Lavorazione Fuso (stampaggio,estrusione)

Prepolimero (in unostampo)

Indurimento Raffreddamento delfuso

Reazione chimica(reticolazione)

Passaggio liquido-solido Reversibile Irreversibile

Temperatura limite di utilizzo Depolimerizzazione Degradazione termica

Orientamento catenepolimeriche

Alto Basso

Riciclo e riparazioni Facile Difficile

PLASTOMERI:TERMOPLASTICI E TERMOINDURENTI

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GLI ELASTOMERI

Si definisce elastomero (o gomma) un materiale capace di subire deformazionirilevanti sotto l’azione di sforzi relativamente piccoli, e di recuperare rapidamentela forma e le dimensioni originali non appena lo sforzo viene rimosso.

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GLI ELASTOMERI

Si definisce elastomero (o gomma) un materiale capace di subire deformazionirilevanti sotto l’azione di sforzi relativamente piccoli, e di recuperare rapidamentela forma e le dimensioni originali non appena lo sforzo viene rimosso.

Tutte le gomme reali sono sistemi reticolati. Per avere elasticità, infatti, ènecessario che lo scorrimento delle catene sia impedito, senza che questo limiti lapossibilità che le catene assumano la conformazione del gomitolo statistico. A talfine è sufficiente che le catene siano legate tra loro da legami permanenti.

Deformazione Elastica

Stato iniziale Sotto trazione Stato finaleSotto trazione

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GLI ELASTOMERI

Si definisce elastomero (o gomma) un materiale capace di subire deformazionirilevanti sotto l’azione di sforzi relativamente piccoli, e di recuperare rapidamentela forma e le dimensioni originali non appena lo sforzo viene rimosso.

Tutte le gomme reali sono sistemi reticolati. Per avere elasticità, infatti, ènecessario che lo scorrimento delle catene sia impedito, senza che questo limiti lapossibilità che le catene assumano la conformazione del gomitolo statistico. A talfine è sufficiente che le catene siano legate tra loro da legami permanenti.

Deformazione Plastica

Stato iniziale Sotto trazione Stato finaleSotto trazione

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GLI ELASTOMERI: LA GOMMAL’elastomero più antico conosciuto è la gomma naturale o caucciù, i lpoliisoprene.

Lattici gommosi si possono ottenere da numerose piante. La principale è l’Hevea brasiliensis,originaria del bacino del Rio delle Amazzoni (Parà), attualmente coltivata in tutte le regionitropicali e sub-tropicali adatte, che da sola fornisce circa il 90% della produzione mondiale digomma naturale.

La gomma naturale è principalmente cis-1,4 poliisoprene miscelato con piccolequantità di proteine, grassi, sali inorganici e numerosi altri componenti. Il cis-1,4poliisoprene è un polimero a lunga catena la cui formula di struttura è data sopra.

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VULCANIZZAZIONE DELLA GOMMA

Il processo di vulcanizzazione, scoperto da Charles Goodyear nel 1839, si basa sulriscaldamento del polimero con una piccola percentuale (in peso) di zolfo epermette di ottenere una gomma molto più dura e molto più resistente all’usura eall’abrasione.

La gomma naturale, pur avendo molte utili proprietà, presenta anche alcuniinconvenienti. Un tempo i manufatti di gomma risultavano appiccicaticci emaleodoranti, rammollivano con il caldo e indurivano con il freddo. Si cercò allora,mediante trattamenti meccanici e miscele di opportuni additivi, di render stabili leproprietà della gomma.

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Le molecole della gomma naturale sono costituite da catenedi polimeri molto lunghe. Le catene si intrecciano, ma nonsono fissate l’una all’altra. Ciò consente loro di allungarsi purrimanendo unite. La gomma grezza è troppo elastica etroppo tenera per essere di grande utilità.

Addizione di molecole di zolfo, insieme ad agenti accelerantie ritardanti. Tutti questi componenti sono riscaldati sottopressione (si induce la reticolazione).

Gli atomi di zolfo si legano chimicamente alle catene digomma e formano dei ponti tra catene diverse. Ciò aumentala resistenza della gomma, senza comprometternel'elasticità.

VULCANIZZAZIONE DELLA GOMMA

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Dal punto di vista chimico la vulcanizzazione comporta la formazione di ponti zolfoche legano trasversalmente le catene polimeriche; in questo modo la struttura risultairrigidita poiché le singole catene non sono più in grado di scorrere le une rispettoalle altre.

Il numero di reticolazioni influenza la mobilità delle catene. All’aumentare dellaquantità di zolfo la struttura si irrigidisce sempre più fino a ottenere un caucciùcompletamente reticolato e rigido, che prende il nome di ebanite.

VULCANIZZAZIONE DELLA GOMMA

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Una volta vulcanizzata, la gomma non fonde a temperature elevate e non diventafragile se viene raffreddata, perché tutte le molecole polimeriche sono legateinsieme.

Si ha un incremento della resistenza alla trazione, alla lacerazione e allafatica e un aumento della tenacità.

Limiti della vulcanizzazione

La vulcanizzazione con zolfo si può applicare solo ai polimeri contenenti doppilegami (poliisoprene, polibutadiene, gomma butile, ecc.);

I prodotti reticolati per via chimica non possono essere riciclati, in quantobisognerebbe rompere i legami che tengono unite le catene.

Una possibile soluzione prevede l'uso di legami intermolecolari fisici. Lareticolazione reversibile utilizza legami non covalenti, o interazioni secondarieper legare insieme le catene polimeriche.

VULCANIZZAZIONE DELLA GOMMA

Tra le altre cose, la gomma vulcanizzata è uno dei componenti che costituiscono ilcomposito alla base del pavimento per palestre Mondoflex di nuova generazione.

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GLI ELASTOMERI TERMOPLASTICI

Si tratta di copolimeri a blocchi. Ogni sezione, detta blocco, assomiglia in un certosenso ad un omopolimero.

Un esempio: il poli(stirene-butadiene-stirene) o gomma SBS

Da un punto di vista termodinamico, stirene e butadiene tenderebbero a segregarsi.Le catene di polistirene tendono a organizzarsi in domini sferici omogenei,uniformemente distribuiti nella matrice di polibutadiene.

Polibutadiene

Domini di polistirene

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GLI ELASTOMERI TERMOPLASTICI

A temperatura ambiente il PS dei domini è al di sotto della Tg, mentre il PB dellamatrice è al di sopra della sua Tg. I domini di PS sono dunque rigidi e sicomportano come nodi di reticolazione.

Al di sopra dei 100°C, però, si supera la Tg del polistirene e quindi il materiale sitrasforma completamente in termoplastico.

Se si invertono le fasi, cioè la fase dispersa è il polibutadiene, non si ha più unelastomero termoplastico, ma un polistirene ad alto impatto (HIPS), cioè in gradodi assorbire gli urti.

Polibutadiene

Domini di polistirene

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GLI ELASTOMERI TERMOPLASTICI

Si può anche ottenere un elastomero termoplastico usando un copolimero a blocchiformato da un solo tipo di monomero ma con diversa tatticità.

Un esempio: il polipropilene a blocchi con diversa tatticità

PP isotattico

PP atattico

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LE FIBRE POLIMERICHESe si è a una temperatura compresa tra Tg e Tfus, per sviluppare il massimogrado di cristallinità di un polimero si può sottoporlo ad un processo di trazione chepermette di allineare ed orientare le unità strutturali del polimero.

Polimeri disposti in fibre possono essere filati ed usati come fibre tessili:

Polietilene Polipropilene Nylon Poliestere

Le fibre sono fili sottili prodotti per estrusione del polimero fuso, che vengono poiraffreddati e stirati; in questo modo vengono orientate lungo l’asse della fibra leregioni a carattere cristallino, aumentando la resistenza alla trazione.

Tra le fibre sono presenti forze intermolecolari (legami a idrogeno, legami dipolo-dipolo etc..) che mantengono l’allineamento delle fibre e aumentano la resistenzaallo scorrimento.

Kevlar e Nomex Poliacrilonitrile Cellulosa Poliuretano

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Il processo industriale di trattamento del petrolio per ottenerne derivati è dettocracking. Con tale processo si ottiene la rottura delle catene lunghe delle molecoledi idrocarburi, da cui si ottengono prodotti come la frazione della Virgin Nafta,utilizzata per la produzione di monomeri, quali etilene e propilene.

Per produrre la plastica si utilizza essenzialmente il processo di polimerizzazione che avviene in presenza di specifici catalizzatori. Nella polimerizzazione i monomeri(quali l'etilene e il propilene) vengono riaccorpati e legati in lunghe catene. Siottengono così i polimeri, ciascuno dei quali ha proprietà, struttura e dimensionediverse in funzione dei differenti tipi di monomeri di base.

COME SI FANNO I POLIMERI?DAL PETROLIO ALLA PLASTICA

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MECCANISMO

DI SINTESI

CONDENSAZIONE(a stadi)

ADDIZIONE (a catena)

APERTURA DI ANELLO

Tipica di monomeri insaturi o ciclici. Se fermo la reazione eriparto, la parte di monomero già convertita rimane così.

Reazione tra due gruppi funzionali con la formazione di unterzo gruppo funzionale e l’eliminazione di una piccolamolecola. Se fermo la reazione e riparto, i gruppi presenticontinuano a reagire e la catena a crescere.

poliesteri

poliammidi

(es. nylon 6 da caprolattame)

PER RIARRANGIAMENTO poliuretani

PER INSERIMENTO (con opportuni catalizzatori)

COME SI FANNO I POLIMERI?

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GUARDIAMONE QUALCUNOPIÙ DA VICINO

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IL POLIETILENEIl polietilene è il polimero più usato nella vita quotidiana. E' il polimero con cui sifanno i sacchetti di plastica, le bottigliette per lo shampoo, i giocattoli per bambini edanche i giubbotti antiproiettile. Questo materiale così versatile, ha la struttura piùsemplice di tutti i polimeri commerciali.

La molecola dell'etilene è caratterizzata da un doppio legame fra gli atomi di carbonioche la rende particolarmente stabile. Per questo motivo la polimerizzazione avvienein presenza di un catalizzatore.

La ragione della sua diffusione risiede principalmente nel basso costo (circa 1€/kg) e nel fattoche questo materiale possiede molte proprietà industrialmente importanti, inclusa tenacità atemperatura ambiente e a basse temperature con una resistenza meccanica sufficiente permolte applicazioni, buona flessibilità in un vasto campo di temperature, eccellente resistenza a corrosione, eccellenti proprietà isolanti, assenza di odore e di sapore e bassa permeabilità alvapore d’acqua.

etilene

catalizzatore

polietilene

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IL POLIETILENE

Si distinguono diversi tipi di PE, caratterizzati da cristallinità crescente, che vengonoottenuti a partire dall’etilene mediante processi diversi.

LDPE (low density)

LLDPE (linear low density)

Sintesi ad alta pressione (1000-2000 atm) e alta temperatura (80-300°C) coniniziatori radicalici;

Bassa densità (0.92 g/cm3) e ramificazioni lunghe e corte;

Usato nella realizzazione di films (agricoltura, packaging alimentare) e perl’isolamento elettrico.

È un copolimero con piccole % di 1-butene o altri 1-alcheni superiori;

Ramificazioni controllate.

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UHMWPE (ultrahigh molecular weight)

Hanno pesi molecolari che raggiungono 3-6 milioni;

Sono usati per produrre fibre ad alte prestazioni, così resistenti da averrimpiazzato il Kevlar per la produzione di giubbotti antiproiettile. Grandi fogli diUHMWPE vengono usati al posto del ghiaccio nelle piste di pattinaggio.

IL POLIETILENE

HDPE (high density)

Si distinguono diversi tipi di PE, caratterizzati da cristallinità crescente, che vengonoottenuti a partire dall’etilene mediante processi diversi.

Sintesi con catalizzatori Ziegler-Natta, a bassa pressione (5-10 atm) e bassatemperatura (60-100°C), con un meccanismo a inserimento;

Alta densità (0.95 g/cm3) e alti pesi molecolari (200-500.000);

Usato per imballaggi, contenitori soffiati, tubi, etc.

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IL POLIETILENE NELLO SPORT

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IL POLIETILENE NELLO SPORT

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IL POLISTIRENE E I POLIMERI STIRENICI

stirene PS

iniziatore

La presenza dell’anello benzenico su atomi alterni di carbonio nella catena principale del polistirene determina una configurazione rigida con sufficiente impedimentosterico da rendere il polimero decisamente non flessibile a temperatura ambiente. Atemperatura ambiente è una plastica rigida, trasparente ed estremamente fragile.Oltre i 70°C, al crescere della temperatura diviene sempre più plastico e scorrevole(Tg=100°C); inizia a decomporsi alla temperatura di 270°C.

Il polistirene è la quarta materia plastica per volumi di vendita.

Il polistirolo espanso viene ottenuto inserendo degli agenti espandenti (pentano obutano) durante la polimerizzazione che, evaporando, lasciano un materiale poroso.Si presenta in forma di schiuma bianca leggerissima, spesso modellata in sferette ochips, e viene usato per l'imballaggio e l'isolamento.

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IL POLISTIRENE E I POLIMERI STIRENICI

HIPS (PS anti-urto)

È un copolimero a innesto: su una catena di polibutadiene si innesta una catena diPS.

SBS (stirene–butadiene–stirene)

È un copolimero a blocchi, costituito da polistirene cristallino immerso in una matricedi polibutadiene. È una gomma a lunga durata ed alte prestazioni.

ABS (acrilonitrile–butadiene–stirene)

È un copolimero a innesto: su una catena di polibutadiene si innestano catene di PSe poliacrilonitrile (PAN). Viene usato per elettrodomestici, mobili, tubi, etc.

L’acrilonitrile incrementa la robustezza termica e chimica e la tenacità. Il butadiene (materialegommoso) fornisce la resistenza all’urto e duttilità. Il polistirene fornisce lucentezza superficiale,rigidezza e facilità di lavorazione.

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IL POLISTIRENE NELLO SPORT

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IL POLIVINILCLORURO

Il polivinilcloruro è una materia plastica sintetica largamente usata che detiene laseconda posizione nei volumi di vendita nel mondo. L’utilizzo assai diffuso del PVCè attribuibile principalmente alla sua elevata resistenza chimica e alla sua capacitàunica di essere mescolato con additivi per produrre un gran numero di preparati conampio campo di proprietà fisiche e chimiche.

iniziatore

Vinilcloruro PVC

La presenza del grosso atomo di cloro su atomi alterni di carbonio nella catenaprincipale del PVC dà luogo ad un materiale essenzialmente amorfo (Tg = 80°C),rigido, e non in grado di cristallizzare.

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IL POLIVINILCLORURO

E’ estremamente pericoloso se bruciato o scaldato ad elevate temperature, per lapresenza di cloro nella molecola, liberabile come HCl con possibilità di formazionedi diossina.

Il PVC deve la sua versatilità applicativa alla possibilità di essere miscelato aprodotti plastificanti che lo rendono flessibile e modellabile.

Le intense forze coesive tra le catene polimeriche nel PVC sono dovuteprincipalmente ai forti momenti dipolo generati dagli atomi di cloro. La pocaflessibilità delle catene causa difficoltà nella lavorazione dell’omopolimero, e solo inpoche applicazioni il PVC può essere utilizzato senza essere miscelato con uncerto numero di additivi in modo da potere essere lavorato e convertito in prodottifiniti.

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IL POLIVINILCLORURO NELLO SPORT

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LE POLIAMMIDISono i polimeri di condensazione più noti, preparati presso la Du Pont (1935),riscaldando le diammine con gli acidi bicarbossilici.

Il primo prodotto commerciale realizzato in nylon fu uno spazzolino da denti con le setole innylon. Il primo vero successo del nylon è legato al suo impiego per farne calze da donna, nel1940. Furono un grande successo commerciale, ma furono subito difficili da trovare, in quantol'anno dopo gli USA entrarono in guerra (la Seconda Guerra Mondiale) ed il nylon venivaimpiegato per realizzare i paracadute e le funi.

NYLON 6,6

Esametilen diammina Acido adipico

Gruppo ammidico

280°C

È chiamato nylon 6,6 perché ogni unità ripetitiva della catena polimerica ha due sequenze diatomi di carbonio lunga appunto sei atomi. Altri nylon possono presentare un diverso numero diatomi di carbonio in queste due posizioni.

NH2 CH2 NH2 HOOC CH2 COOH

NH2 CH2 N C CH2 COOH

H OOH2

+6 4

6 4+

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LE POLIAMMIDINYLON 6

E' molto simile al nylon 6,6, eccetto per il fatto che ha solo un tipo di catena dicarbonio, che è lunga sei atomi. Il nylon 6 non si comporta in modo differente dalnylon 6,6. L'unico motivo per cui vengono prodotti tutti e due è perché la DuPont ha brevettato la sintesi del nylon 6,6, così le altre società dovettero inventare il nylon 6per entrare nel business del nylon.

ε-caprolattame Gruppo ammidico

Si ottiene per polimerizzazione per apertura di anello dal monomero caprolattame.

OH2

N

O

H

CH2 C NH

O

** n

+

5

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Nei nylon i gruppi ammidici sono molto polari, e possono legarsi tra loro con legamiidrogeno. Per questo motivo, e grazie al fatto che la catena principale del nylon ècosì regolare e simmetrica, i nylon sono spesso cristallini, e formano delle fibre molto buone.

LE POLIAMMIDI

I nylon, combinando la resistenza all’urto e quella all’abrasione, sono eccellentisurrogati dell’acciaio per cuscinetti e ingranaggi, sono utilizzati ampiamente comefibre per tessuti, pneumatici, funi da roccia, e così via.

Se la fibra viene utilizzata in filo continuo, il campo principale d'impiego è quello delle calze dadonna (collant). Inoltre viene molto usata per costumi da bagno, abbigliamento sportivo (tute daciclista, giacche a vento), nel settore intimo, arredamento e pavimentazione.

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LE POLIAMMIDI NELLO SPORT

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LE POLIAMMIDI NELLO SPORT

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LE ARAMIDI: IL KEVLAR

Le aramidi, il cui nome deriva dalla contrazione di "Ammidi Aromatiche", sono unafamiglia di nylon a cui appartengono anche il Nomex e il Kevlar, ottenute dadiammine aromatiche e acidi aromatici.

Il kevlar, detto anche twaron, è stato inventato nel 1965, ed è attualmente unmarchio di fabbrica della DuPont.

La fibra KEVLAR della DuPont venne utilizzata per la prima volta nel campo della protezionebalistica agli inizi degli anni '70. La prima generazione di prodotti, denominata KEVLAR 29, fuutilizzata in tutto il mondo per applicazioni quali giubbotti ed elmetti. La seconda generazione,il KEVLAR Ht (High Tenacity) o KEVLAR 129, subentrò alla prima verso la metà degli anni '80per rispondere alle nuove esigenze del mercato, quali la richiesta di giubbotti anti-proiettileleggeri e di tipo sotto-giacca e la necessità di opporsi a proiettili a maggiore energia d'impatto.

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LE ARAMIDI: IL KEVLAR

Come nel nylon, le catene interagiscono tra loro mediante legami idrogeno epossono disporsi in modo molto ordinato, dando luogo ad una elevata cristallinità,particolarmente funzionale alla realizzazione di fibre.

Il kevlar si ottiene per condensazione in soluzione a partire dai monomeri 1,4-fenilendiammina e cloruro di tereftaloile. Come sottoprodotto di reazione si ottieneacido cloridrico:

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A parità di peso, il kevlar è 5 volte più resistente dell'acciaio. Ha una granderesistenza al calore e decompone a circa 500 °C senza fondere.

Per le sue caratteristiche di resistenza, il kevlar viene utilizzato per la costruzione di:

● giubbotti antiproiettile;● attrezzature per gli sport estremi;● pneumatici per biciclette resistenti alle forature;● componenti per aeromobili;● componenti per auto da corsa;● costruzione di canoe e pagaie;● Etc.

Il kevlar è caratterizzato da una grande resistenza meccanica a trazione. Inoltre èin grado di assorbire gli urti.

LE ARAMIDI: IL KEVLAR

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IL KEVLAR NELLO SPORT

Carbon-kevlar

Ma anche per: lenze per la pesca, corde per archi, protezione esterna in mazze dahockey, rinforzo in abbigliamento tecnico per motociclisti, equipaggiamentoprotettivo nella scherma, copertoni per biciclette BMX, giubbotti ad assetto variabilenella subacquea, ecc.

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LE ARAMIDI: IL NOMEX

Il meno famoso nomex è parente del kevlar, ma i gruppi aromatici sono collegatinella catena di base nelle posizioni 1 e 3 (legame meta) anziché 1 e 4 (legamepara).

KEVLAR NOMEX

Tra le altre applicazioni, il Nomex viene utilizzato per produrre indumenti ignifughi.

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I POLIESTERI

Glicole etilenicoAcido tereftalico

Il PoliEtilenTereftalato (PET)

Gruppo estere

Sono anch’essi polimeri di condensazione, come le poliammidi e le aramidi.

OH CH2 CH2 OH HOOC COOH

COH CH2 CH2 O COOH

O

OH2

+

+

Il Terital o Mylar

Glicole etilenicoTereftalato di metile

Gruppo estere

OH CH2 CH2 OH CH3CO

O

C

O

OCH3

CH3OHC

O

OCH2C

O

* CH2 O *n

+

+

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I POLIURETANII poliuretani si formano per reazione di un diolo polimerico con un biisocianato.

Uno degli impieghi principali del poliuretano è la fabbricazione di spandex estensibile e di fibre licra per costumi da bagno. Questi poliuretani presentano unbassissimo grado di cristallinità, per cui il prodotto risulta morbido ed elastico.

Le speciali caratteristiche dello spandex si devono all'alternanza di blocchi rigidi eflessibili nella struttura. La piccola catena polimerica di un poliglicole, di solito sulle40 unità ripetitive, è flessibile e gommosa. Il resto dell'unità ripetitiva è formata dalegami uretanici, ureici e dai gruppi aromatici ed è molto rigida. Le sezioni rigidedelle diverse catene si bloccano insieme e si allineano a dare delle fibre.

Il risultato è una fibra che funziona come un elastomero. Ciò permette di fabbricare ipantaloncini attillati per lo sport, costumi e similari.

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I poliuretani costituiscono la famiglia di polimeri più versatili in assoluto. Sipossono realizzare materiali poliuretanici caratterizzati da diversi gradi di densità edurezza, variando il tipo di monomeri usati e aggiungendo altre sostanze permodificarne le caratteristiche o per migliorarne le prestazioni.

I POLIURETANI

Non meno importante delle fibre è l’uso dei poliuretani nella produzione di schiume,ottenibili aggiungendo una piccola quantità di acqua durante la polimerizzazione.L’acqua si addiziona al gruppo isocianato dando acidi carbammici, che cedonospontaneamente CO2 generando le bolle di schiuma.

Rispetto alle fibre, le schiume poliuretaniche presentano generalmente un grado dicristallinità superiore; ne risulta un prodotto leggerissimo e rigido, utilizzabile comeisolante termico nei fabbricati e nelle borse termiche.

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Il PTFE è una materia plastica liscia al tatto e resistente alle alte temperature (fino a200°C e oltre), usata nell'industria per ricoprire superfici sottoposte ad altetemperature alle quali si richiede una "antiaderenza" e una buona inerzia chimica. Lepadelle da cucina definite "antiaderenti", sono appunto ricoperte all'interno di unostrato di PTFE.

tetrafluoroetilene PTFE

iniziatore

La polimerizzazione a catena avviene per via radicalica in presenza di un opportunoiniziatore, spesso un ossidante quale l'acqua ossigenata.

IL TEFLON

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I POLIMERI NEITESSUTI TECNICI

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La più semplice forma di tessuto traspirante è costituita da due strati. Lo stratoesterno, di nylon o poliestere, fornisce resistenza; quello interno, in poliuretano,è responsabile della impermeabilità e contemporaneamente della traspirabilità.

I primi tessuti in Gore-tex sostituivano lo strato interno di poliuretano con unamembrana porosa di un polimero fluorurato, con un rivestimento in poliuretanoattaccato al tessuto (di nylon o poliestere).

TESSUTI IMPERMEABILI E TRASPIRANTI

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La più semplice forma di tessuto traspirante è costituita da due strati. Lo stratoesterno, di nylon o poliestere, fornisce resistenza; quello interno, in poliuretano,è responsabile della impermeabilità e contemporaneamente della traspirabilità.

I primi tessuti in Gore-tex sostituivano lo strato interno di poliuretano con unamembrana porosa di un polimero fluorurato, con un rivestimento in poliuretanoattaccato al tessuto (di nylon o poliestere).

TESSUTI IMPERMEABILI E TRASPIRANTI

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IL GORE-TEX: LA MEMBRANAIl Gore-tex è una membrana porosa di politetrafluoroetilene (PTFE o Teflon) conuna microstruttura caratterizzata da nodi interconnessi da fibrille.

Tale membrana è caratterizzata da 1.5 miliardi di pori per cm2, ciascuno dei quali ècirca 20000 volte più piccolo di una goccia d’acqua, ma 700 volte più grande di unamolecola di vapore acqueo. Così, mentre l'acqua in forma liquida non può penetrareall'interno della membrana GORE-TEX (impermeabile), il sudore, ossia vaporeacqueo, può facilmente evaporare (traspirante).

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Nella struttura di PTFE è inoltre presente un elemento oleofobo (resistente agli oli)che, senza ostacolare il passaggio di vapore acqueo, impedisce il passaggio disostanze quali oli, cosmetici, repellenti per insetti o sostanze alimentari.

Il risultato è una barriera totalmente impermeabile all'acqua, antivento etraspirante.

Le proprietà della membrana GORE-TEX:

ü Impermeabilità prolungata all'acqua ü Altamente traspirante ü Estremamente resistente al freddo ü Incredibilmente resistente all'usura ü Di lunghissima durata

IL GORE-TEX: LA MEMBRANA

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IL GORE-TEX: I LAMINATILa membrana GORE-TEX è inserita tra tessuti ad alte prestazioni ed estremamentetraspiranti. Questi laminati possono essere impiegati per realizzare indumenticompleti, stivali o guanti oppure come rinforzo per zone particolarmente soggette ausura ed abrasione. Ad ogni attività sportiva corrisponde un prodotto specifico ed unlaminato GORE-TEX.

Per un perfetto isolamento, dei nastri sigillano completamente anche i fori più piccoliprodotti dagli aghi delle macchine da cucire quando il tessuto GORE-TEX vienetrasformato in indumenti, calzature o guanti.

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IL GORE-TEX

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LE MUTE SUBACQUEUna muta subacquea è un indumento impermeabile e termoisolante necessarionelle immersioni subacquee per resistere al freddo.

Diversamente da quanto accade nell'aria, infatti, un essere umano immerso in acqua perdecalore molto rapidamente anche in acque non molto fredde, e non è in grado di riscaldarsi dasolo.

La muta umida utilizzata per l'apnea e la pesca in apnea è realizzata in neoprene,materiale semi-impermeabile. L'acqua può comunque entrare dalle estremità: più lamuta è aderente al corpo del sub meglio svolgerà la sua funzione di isolante termico, riducendo il ricircolo tra l'ambiente esterno e il sottile strato di acqua che si mantienetra la muta e la pelle del sub.

La muta stagna permette al subacqueo di rimanere asciutto, grazie alla tenutastagna dei polsini e del collare. I materiali utilizzati per la sua realizzazione sono iltrilaminato, il neoprene compresso, la gomma vulcanizzata.

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I MATERIALI POLIMERICIPossibili Domande d'Esame

1) Presentare degli esempi di uso di materiali polimerici nello sport

2) Descrivere la struttura atomica di un polimero

3) Presentare le diverse classificazioni dei polimeri trattate nel corso

4) Discutere la struttura dei polimeri cristallini

5) Discutere la temperatura di fusione e di transizione vetrosa dei polimeri

6) Discutere le proprietà di polimeri Plastomeri ed Elastomeri

7) Discutere gli Elastomeri Termoplastici

8) Discutere le proprietà e le applicazioni nello sport di una classe di polimeri ascelta tra: polietilene, polistirene, PVC, poliammidi, aramidi, poliuretano

9) I polimeri nei tessuti tecnici