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Polimeri termoplastici

I polimeri hanno molecole a catena molto lunghe. Di solito sono solidi a temperatura ambiente, ma molti per riscaldamento diventano liquidi.

Un polimero termoplastico è appunto un polimero che, riscaldato, diventa liquido e può assumere facilmente la forma desiderata (da cui il termine plastica, che significa deformabile, e termoplastico, col calore).

Una volta raffreddato, il polimero solido mantiene indefinitamente la forma assunta.

Nel liquido, la catena del polimero si ripiega a caso (gomitolo statistico) e può cambiare facilmente forma. Normalmente i polimeri diventano liquidi a temperature non troppo elevate. Anche i metalli possono essere lavorati a caldo, ma richiedono temperature molto più alte. Questo rende la lavorazione dei polimeri facile ed economica, ma introduce il problema che la plastica non può essere esposta al calore, altrimenti comincia prima a deformarsi e poi diventa liquida.

Il passaggio di un polimero allo stato liquido è spesso una fusione. La fusione è il passaggio dallo stato cristallino, in cui gli atomi sono ordinati in modo regolare, a uno stato liquido in cui sono disordinati. Il processo è simile alla fusione dei metalli o del ghiaccio. Questi polimeri si chiamano semicristallini (semi perché l'ordine non è mai perfetto). Sono semicristallini, per esempio, il polietilene e il nylon.

Altri polimeri, invece, non cristallizzano mai, e a freddo diventano ugualmente solidi, ma restano disordinati essenzialmente come nel liquido. Per questo sono simili al vetro, che pure è disordinato e per riscaldamento diventa liquido (ma a temperature molto più alte). Questi polimeri, ad esempio il polistirene, sono detti amorfi o vetrosi.

Giulio Natta

La capacità di un polimero di essere cristallizzabile è fortemente influenzata dalla sua stereochimica. Giulio Natta (1903 - 1979) dimostrò che un polimero per cristallizzare deve essere stereoregolare, cioè non solo la struttura chimica, ma anche la disposizione spaziale degli atomi, si deve ripetere regolarmente lungo la catena. Un polimero non stereoregolare può formare una plastica amorfa, ma non può mai cristallizzare. La scoperta di Natta diede il via alla produzione industriale del polipropilene: il PP, una delle più importanti materie plastiche presenti sul mercato, è un polimero isotattico (stereoregolare).

Il passaggio da solido a liquido e viceversa non implica nessuna trasformazione chimica. Questo significa che un polimero termoplastico può, almeno in principio, essere fuso di nuovo e riciclato per formare oggetti diversi. In pratica questo è vero solo in parte, perché i processi termici provocano inevitabilmente qualche degradazione chimica, con conseguente peggioramento della qualità.

Sono termoplastici i polimeri di più largo consumo, prodotti in milioni di tonnellate l'anno, fra cui il polietilene (PE), il polipropilene (PP), il polistirene (PS), il Nylon.