Plastica

La plastica è un materiale organico costituita da una vasta gamma di composti organici sintetici o semi-sintetici, principalmente da polimeri puri o miscelati (ad alto peso molecolare) con additivi. La sua malleabilità permette di realizzare oggetti solidi di qualunque forma con diverse modalità di stampaggio. La prima plastica completamente sintetica al mondo fu la bachelite, inventata a New York nel 1907, da Leo Baekeland che coniò il termine “plastica”. Molti chimici nel corso del tempo hanno contribuito allo sviluppo della plastica, tra cui il premio Nobel Hermann Staudingerche è stato chiamato “il padre della chimica dei polimeri” e Herman Mark, noto come “il padre della fisica dei polimeri”.

A causa del basso costo, della facilità di fabbricazione, versatilità e impermeabilità all’acqua, la plastica viene utilizzata in una moltitudine di prodotti sia in ambito industriale che domestico (andando così a sostituire alcuni materiali come il legno, i metalli, la ceramica, eccetera). Il successo ed il predominio della plastica a partire dall’inizio del XX secolo ha portato a preoccupazioni ambientali per quanto riguarda il suo lento tasso di decomposizione dopo essere stato scartato come spazzatura a causa della sua composizione molecolare. Verso la fine del secolo, un approccio a questo problema è stato affrontato con ampi sforzi verso il riciclaggio.

Leggi approfondimento: “La storia della plastica”.

Tipologie e classificazione delle plastiche

Le tipologie di plastica più comuni sono prodotte a partire dal petrolio, ma negli ultimi anni, sono state sviluppati altri materiali plastici a partire da altre fonti.

Plastiche ABS

L’acrilonitrile-butadiene-stirene o ABS è una resina termoplastica (termopolimeri acrilonitrile-butadiene-stirene) costituita da due copolimeri: l’acrilonitrile-stirene (fase resinosa) e lo stirene-butadiene (fase elastomerica). Sono generalmente ottenute tramite un processo basato su reazione di aggraffaggio, che consente di ottenere una resina con una compatibilità migliore tra la fase resinosa e quella elastomerica (tale processo ne migliora la resilienza). Variando la formulazione strutturale del componente elastomerico, oppure il peso molecolare del componente plastico, le resine ABS possono essere modificate nelle loro caratteristiche e rese in tal modo idonee a specifici impieghi nella produzione industriale, oppure per creare oggetti leggeri e rigidi o manufatti tecnici.

Resina (plastica) acetalica o poliossimetilene (POM)

Le materie plastiche acetaliche dette anche poliossimetileniche (POM) si presentano come resine termoplastiche, polimeri cristallini o copolimeri della formaldeide, costituite da catene di ossimetilene (ripetizioni del gruppo metilene ed un atomo di ossigeno). Sono cristalline e posseggono eccellenti proprietà meccaniche e termiche intrinseche ad un costo di produzione relativamente basso. Possono essere utilizzate anche per sostituire materiali metallici o leghe.

Plastiche acriliche (polimetilmetacrilati, PMMA)

Le plastiche acriliche sono resine termoplastiche, polimeri e copolimeri degli acidi acrilico e metacrilico. Il PMMA fa parte della famiglia dei polimeri acrilati, detti anche acrilici, ed è noto anche con i nomi commerciali di: Plexiglas, Perspex, Lucite, Trespex, Vitroflex, Acrivill, Perclax, Limacryl, Crylux, Oroglas, Setacryl, Altuglas.

Alla vista si presentano con caratteristiche quali: una eccellente trasparenza (addirittura superiore a quella del vetro) ed una ottima lucentezza; per tale motivo vengono generalmente impiegate in sostituzione del vetro, specialmente per soluzioni antiurto. Possiedono, inoltre, una elevata resistenza meccanica, all’esposizione della luce solare ed all’invecchiamento. Sono utilizzate anche per la preparazione di smalti e lacche per la fabbricazione di fibre sintetiche; il PMMA si trova anche nelle vernici acriliche. Le idropitture spesso contengono del PMMA in sospensione acquosa, infatti esso non si scioglie in acqua, così per  disperderlo è necessario usare un altro polimero compatibile.

Plastiche alchidiche

Le plastiche alchidiche sono resine termoindurenti aventi ottime proprietà dielettriche. Sono assimilabili ai poliesteri.

Plastiche alliliche (DAP)

Le plastiche alliliche sono resine termoindurenti aventi eccellenti proprietà dielettriche, bassa alterazione chimica e un’alta resistenza agli urti e al calore. Sono prodotte per derivazione dall’alcol allilico.

Plastiche amminiche

Si definiscono plastiche amminiche (amminoplasti) quelle resine termoindurenti ottenute da composti chimici contenenti il gruppo amminico \(-\textrm{NH}_2\). Sono utilizzate a livello industriale per produrre adesivi e prodotti per il trattamento antipiega dei tessuti.

Plastiche cellulosiche

Sono plastiche cellulosiche quelle resine termoplastiche derivate dalla cellulosa naturale. Esse sono: nitrato (CN), acetato (CA), acetobutirrato (CAB), acetopropionato di cellulosa (CP) ed etilcellulosa (EC). Questa tipologia di plastiche trovano applicazione sia nell’industria manifatturiera, che per la produzione di vernici e fibre tessili.

Plastiche cumaroniche

Si definiscono plastiche cumaroniche le resine termoplastiche, ed i polimeri misti di cumarone, indene ed altri composti. Derivate dagli oli pesanti dei residui della distillazione del coke, si separano l’indene ed il cumarone, poi polimerizzati a caldo in presenza di catalizzatori (come il cloruro di alluminio).

Queste plastiche vengono utilizzate come additivi per la produzione di altre materie plastiche quali: gomme, vernici ed impermeabilizzanti specialmente in campo edile.

Plastiche epossidiche (EP)

Si definiscono plastiche epossidiche quelle resine termoindurenti, policondensati di epicloridrina e bisfenolo A; ottenute da monomeri che contengono l’anello epossidico a tre atomi. Essendo resine sintetiche il loro stato fisico può variare da liquido a bassa viscosità a solido ad alto punto di fusione; risultano vetrose a temperatura ambiente. Possiedono eccellenti proprietà adesive, anche su vetro e metalli; elevata resistenza e stabilità; ed eccellenti proprietà dielettriche. Quando vengono reticolate con un gran numero di agenti indurenti o induritori, possono formare una vasta gamma di materiali con caratteristiche uniche, fornendo in tal modo un contributo considerevole ai principali settori industriali

Sono generalmente utilizzate come adesivi speciali, per la realizzazione di materiali compositi avanzati, ottenuti mediante la combinazione della resina con delle fibre (resine per impregnazione) e per laminati. Le loro applicazioni variano dagli elettrodomestici ai progetti edilizi su vasta scala, dall’industria tessile ai satelliti, dai rivestimenti interni di contenitori per cibi e bevande ai rivestimenti esterni di strutture marine.

Plastiche fenoliche o fenoplasti (PF)

Si definiscono plastiche fenoliche quelle resine termoindurenti, policondensati della formaldeide con fenoli o alchilfenoli. Si dividono a loro volta in novolacche e resoli, in funzione del rapporto tra i due reagenti. Vengono utilizzate come leganti nell’industria del legno e per le vernici.

Fenossi

Con il termine fenossi si indica quella tipologia di materie plastiche, resine termoindurenti, analoghe alle plastiche epossidiche ma di maggior peso molecolare. È inoltre usato come prefisso che indica la presenza in un composto organico del gruppo monovalente \(\textrm{C}_6\textrm{H}_5\textrm{O}\), derivato dal fenoloper per eliminazione dell’idrogeno dall’ossidrile \(\textrm{OH}\). Possiedono caratteristiche meccaniche di alta rigidità e durezza, con basso ritiro allo stampaggio.

Plastiche fluorurate (fluoroplasti o polifluoroolefine)

Sono plastiche fluorurate quelle resine termoplastiche di eccellente stabilità e resistenza chimica; polimeri e copolimeri di alcheni fluorurati:

  • politetrafluoroetilene (PTFE)
  • polifluoroetilenepropilene (FEP)
  • policlorotrifluoroetilene (PCTFE)
  • polifluorovinilidene (PVF)

Possiedono un coefficiente di attrito molto basso e notevoli proprietà termiche isolanti ed ignifughe.

Plastiche ftaliche (gliceroftaliche)

Sono plastiche ftaliche quelle resine termoindurenti (alchidiche) generalmente utilizzate nella produzione di smalti e vernici; copolimeri della resina ftalica-glicerina.

Plastiche furaniche (furfuriliche)

Si definiscono plastiche furaniche quelle resine termoindurenti, polimeri e copolimeri derivanti dal furano. Si possono ottenere per reazione di furfurale con fenolo in eccesso, in presenza di catalizzatore alcalino (carbonato di potassio); oppure, sia per omopolimerizzazione dell’alcol furfurilico sia per reazione di alcol con formaldeide e urea in presenza di catalizzatore acido.

Vengono generalmente utilizzate come legati di sabbia per forme e stampi di fonderia, rivestimenti anticorrosivi nell’industria chimica anche sotto forma di laminati impregnati, plastificanti per resine cellulosiche e gomme clorurate, per la preparazione di mastici, stucchi, adesivi ed additivi per cementi, oppure per modificare la composizione di altre resine. Trovano impiego come fibre quando trattate con toluendiisocianato. Possiedono notevole resistenza all’alterazione chimica ed al calore.

Plastiche maleiche

Sono plastiche maleiche quelle resine termoindurenti (alchidiche) copolimeri dell’anidride maleica con polialcoli ed altri composti. Vengono utilizzate per la produzione di vernici trasparenti; presentano una particolare resistenza all’esposizione alla luce solare.

Plastiche melamminiche (MF)

Si dicono plastiche melamminiche quelle resine termoindurenti (amminiche), copolimeri di melammina-formaldeide. Possiedono caratteristiche meccaniche di notevole durezza, indeformabili e resistenti all’abrasione, sono insolubili in acqua ed in solventi organici, ottima lucentezza e trasparenza alle radiazioni luminose soprattutto nel violetto.

Vengono principalmente utilizzate per lo stampaggio di laminati come resine eterificate per l’industria tessile, formica ed arborite; per la produzione di smalti, colle e vernici; in forma schiumosa (schiuma di melamina-formaldeide) diviene un ottimo materiale isolante e fonoassorbente, utilizzato anche come pulitore abrasivo. I prodotti per uso domestico realizzati in plastica melamminica non sono resistenti alle microonde, in quanto assorbono le radiazioni e si riscaldano.

Poliammidi (PA o nylon)

Si dicono poliammidi quelle resine termoplastiche, policondensati diammine-acidi bicarbossilici o polimeri di caprolattami. Di elevatisima resistenza all’usura, non infiammabile, di notevole stabilità dimensionale e buona resistenza all’alterazione chimica; studiate per le fibre sintetiche (Nylon) sono idonee alle più varie applicazioni.

Polibutene (BT)

Il polibutene (detto anche polibutilene PB) è una resina termoplastica, polimero isotattico appartenente come il polietilene (PE) ed il polipropilene (PP) alla famiglia delle poliolefine. È quindi un idrocarburo puro; di conseguenza, è molto facile da bruciare, ma non pericoloso per la salute ed il contatto con il cibo è consentito (è usato infatti anche per gli imballaggi per alimenti). Tuttavia, le aree di applicazione sono basse rispetto a quelle per PP e PE. Possiede eccezionale flessibilità e tenacità, resistenza all’abrasione, al calore e agli agenti chimici; è usata per tubazioni, isolamenti elettrici, rivestimenti protettivi, imballaggi, eccetera.

Policarbonato (PC)

policarbonati fanno parte della famiglia delle resine termoplastiche, policondensati dell’acido carbonico. Sono resistenti agli acidi minerali, agli idrocarburi alifatici, alla benzina, ai grassi, agli oli, agli alcoli (tranne l’alcol metilico) e all’acqua sotto i 70 °C. Al di sopra di tale temperatura l’acqua attacca il polimero favorendo una graduale decomposizione chimica. La biodegradabilità è scarsa e richiede tempi lunghi. La temperatura di transizione vetrosa è di 150 °C, alta se paragonata a quella di molti altri polimeri.

Essi combinano alcune delle caratteristiche meccaniche dei metalli (resistenza all’urto) e del vetro (trasparenza). Di fondamentale importanza ai fini delle applicazioni del policarbonato è la sua elevata tenacità. Il policarbonato è sensibile all’intaglio, con conseguente riduzione della resistenza a fatica. In caso di usura può essere impiegato solo limitatamente.

Il policarbonato presenta una struttura molecolare stericamente impedita, ciò limita la libertà di rotazione attorno ai legami assiali della catena polimerica con conseguente irrigidimento della stessa. Di conseguenza l’impaccamento delle macromolecole risulta difficile, e la cristallizzazione non avviene spontaneamente. Il polimero può cristallizzare attraverso prolungato riscaldamento a temperatura elevata (180 °C per otto giorni) o per stiramento dei film a 186 °C.

I policarbonati altamente cristallini fondono a circa 260 °C e sono meno solubili di quelli amorfi, hanno un’alta capacità di concentrare la luce e sono usati per produrre lenti. Di contro presentano il problema di avere una superficie tenera e graffiabile. Trovano applicazione sia a livello industriale che civile per rivestimenti, dispositivi di protezione (ad esempio: caschi, giubbotti antiproiettile, scudi), vetri speciali; in ottica per le lenti degli occhiali, negli obiettivi delle macchine fotografiche e anche nella costruzione di scafandri per fotocamere subacquee; in elettronica, viene utilizzato come isolante per condensatori ad alta capacità ed elevata tensione di lavoro.

Poliesteri (UP)

poliesteri sono prodotti di policondensazione tra acido carbossilico e polioli contenenti il gruppo estere.

Quelli insaturi (termoindurenti) sono liquidi che induriscono per aggiunta di un reticolante, quelli saturi (termoplastici) sono di vario tipo; i primi sono usati in edilizia per arredamenti ed in nautica, i secondi come fibre sintetiche (polietilenetereftalato, PET) e come tecnopolimeri (polibutilenetereftalato, PBT).

Polieteri

polieteri sono polimeri caratterizzati da legami \(-\textrm{C}-\textrm{O}-\textrm{C}-\); comprendono le resine acetaliche, quelle epossidiche e le poliossolefine.

Polietilene (PE)

Il polietilene è una resina polimerica di formula \((-\textrm{CH}_2-\textrm{CH}_2-)_n\); termoplastica secondo i processi di fabbricazione può essere a bassa densità (LDPE) o ad alta densità (HDPE). Presenta facile lavorabilità, ottime proprietà dielettriche, resistenza all’alterazione chimica, tenacità e flessibilità; usata per giocattoli, pellicole, rivestimenti protettivi, eccetera.

Poliimmidi

poliimmidi sono resine termoindurenti (ma con la struttura lineare delle termoplastiche), plastomeri ottenuti da diammidi e dianidridi aromatiche; di eccezionale stabilità termica (oltre 400 °C), resistenza all’alterazione chimica e alle radiazioni ionizzanti; utilizzate nell’industria elettronica ed aerospaziale.

Poliolefine

Le poliolefine sono (plastiche) polimeri di alcheni (olefine) e dieni (diolefine); oltre ad alcuni elastomeri, comprendono plastomeri quali polietilene, polipropilene, polibutene, eccetera.

Poliossiolefine

Le poliossiolefine sono resine termoplastiche, polimeri e copolimeri di ossidi alchenici; in genere solubili; usate come plastificanti, appretti per tessili, eccetera.

Polipropilene (PP)

Il polipropilene è una resina termoplastica, polimero isotattico del propilene; di elevata rigidità e durezza, notevole resistenza al calore e all’abrasione, eccellenti proprietà dielettriche; usata nell’industria automobilistica, chimica, degli elettrodomestici, casalinghi e sanitari, dell’arredamento, eccetera.

Polisolfoni (PPSU)

polisolfoni (o polieteresolfoni) sono resine termoplastiche ottenute da composti aromatici (fenilenici) e contenenti il gruppo solfonico \((-\textrm{SO}_2-)\). Possiede le seguenti proprietà: notevole tenacità, resistenza al calore e all’alterazione chimica, autoestinguente e non tossico. Trova impiego come dielettrico nei condensatori, in elettronica, in campo medico e per la produzione di membrane artificiali. Viene utilizzato anche nella produzione di biberon e contenitori per alimenti, grazie alla sua atossicità.

Plastiche polistireniche

Le plastiche polistireniche sono resine termoplastiche derivate dello stirene (polistirene standard e antiurto, alcuni copolimeri); di buone proprietà meccaniche, isolanti termici ed elettrici; usate per manufatti tecnici, imballaggi, casalinghi e per la produzione di espansi.

Plastiche poliuretaniche (PUR)

Le plastiche poliuretaniche sono resine termoplastiche, copolimeri di isocianati con sostanze poliossidriliche, poliesteri, etc.; usate per parti di macchine, serbatoi e tubi per carburanti, rivestimenti di cavi, per spalmatura su tessuti, adesivi, eccetera.

Plastiche poliviniliche

Le plastiche poliviniliche sono resine termoplastiche che derivano da monomeri vinilici; il polivinilcloruro (PVC) ha buone proprietà meccaniche e dielettriche, resistenza al calore e all’alterazione chimica, è usato nell’industria chimica, elettrica, in edilizia, per tubazioni, imballaggi, eccetera. Il polivinilacetato (PVA) è usato per preparare vernici, appretti, idropitture murarie, eccetera.

Plastiche resorciniche

Le plastiche resorciniche sono resine termoindurenti, analoghe alle fenoliche, policondensati resorcina-formaldeide; usate per preparare adesivi molto resistenti.

Plastiche siliconiche (SI)

Le plastiche siliconiche sono resine termoindurenti, policondensate di silani ossidrilati; molto stabili al calore, isolanti, idrorepellenti, antiadesive; si usano per laminati rinforzanti, paste per stampaggio, vernici speciali, eccetera.

Plastiche ureiche (UF)

Le plastiche ureiche sono resine termoindurenti (amminiche), policondensati urea-formaldeide; ignifughe, di facile lavorabilità e variamente colorabili; usate per arredamento, elettrodomestici, impianti igienici, eccetera; e come leganti nell’industria del legno.