Omopolimeri e copolimeri a confronto. La chimica delle parti in plastica

Postato su 18/01/2024 Da Protolabs
Descrizione di un componente chimico

Perché la chimica organica è appassionante? Senza catene di molecole a base di carbonio la vita sarebbe davvero complicata. Per questo motivo, in Protolabs ci teniamo molto a riconoscere il valore di questi speciali gruppi di atomi legati tra loro, i polimeri. Questo è particolarmente vero perché le materie plastiche che utilizziamo nella produzione sono tutte basate su catene di molecole di carbonio e la loro struttura chimica ne condiziona la resistenza, le modalità di interazione con l'ambiente, l'aspetto e tanto altro ancora. Ma questo non è un corso di chimica organica. È il post di un blog che si propone di aiutarvi a capire come le diverse catene di molecole organiche influiscono sul materiale che scegliete per realizzare i vostri pezzi. 

Monomeri: i mattoncini che compongono le materie plastiche

I monomeri sono molecole che vogliono legarsi ad altre molecole e, quando lo fanno, formano catene chiamate polimeri, un po' come un formaggio filante. Non a caso, questo processo si chiama polimerizzazione. Per semplificare, basta sapere che gli omopolimeri sono catene contenenti lunghi filamenti di un unico tipo di monomero. I copolimeri sono composti da due o più tipi diversi di monomeri legati tra loro.


Senza monomeri non esisterebbe la plastica. Alcuni dei più comuni sono l'etilene, il propilene, lo stirene, la formaldeide, il fenolo, l'acetonitrile e il glicole etilenico.

Confronto chimico tra omopolimero e copolimero

Caratteristiche

Omopolimero

Copolimero

Composizione chimica

Monomero singolo ripetuto

Due o più monomeri

Struttura

Catena semplice

Catena complessa

Esempi

PVC, polyetilene,

polipropilene,

polistirene

Acetato di vinile,

poly (ossido etilene)

 

Ad esempio, il PVC delle tubature bianche che probabilmente avrete visto in giro nella vostra cantina, è composto da un unico tipo di monomero, il cloruro di vinile, che si è legato in una catena per formare il cloruro di polivinile. Infatti, il prefisso "poli" significa "molti". Il copolimero nylon 6/6 è invece una combinazione di due monomeri: l'acido adipico e l'esametilendiammina.

 

Composizione chimica del Benzene
Composizione chimica dello stirene

Composizione chimica del polistirene
Composizione chimica dell' ABS

 

Come formare un copolimero

Questo semplice esempio mostra come passare da una molecola semplice a un copolimero molto più complesso (vedi illustrazione). Partiamo da un idrocarburo di base: un anello di benzene. Ogni atomo di carbonio ha bisogno di quattro legami per raggiungere la stabilità e, come si può vedere, il benzene li possiede poiché ogni atomo di carbonio è legato una volta a un atomo di carbonio e due volte all'altro atomo di carbonio vicino. Per completare l'equilibrio della molecola, si aggiunge un atomo di idrogeno a ciascun atomo di carbonio.


Per ottenere lo stirene (un monomero), basta sostituire uno di questi atomi di idrogeno con una molecola di C2H3. Avremo comunque una molecola stabile perché i carboni hanno quattro legami e ogni atomo di idrogeno ne ha uno.


Per ottenere l'omopolimero polistirene, occorre legare tra loro le molecole di stirene. I quattro legami sul carbonio e uno sull'idrogeno sono ancora presenti. È stabile.


Passare dal polistirene all'ABS è un po' più complesso perché è necessario aggiungere allo stirene monomeri di acrilonitrile e butadiene. La presenza di più tipi di monomeri lo trasforma in un copolimero. Tutti gli atomi sono felici con i loro legami a uno, a quattro o, nel caso dell'azoto, a tre.

 

Omopolimeri e copolimeri a confronto: le differenze

Prendiamo ad esempio due acetali, l'omopolimero Delrin e il copolimero Celcon (noto anche come Tecaform), e confrontiamoli:

Caratteristiche

Omopolimero

Copolimero

Grado di cristallinità

Maggiore

Minore

Rigidità

X

 

Resistenza alla trazione 

X

 

Resistenza agli urti

X

 

Resistenza allo scorrimento 

Inizialmente buono 

Migliore a lungo termine

Resistenza all'ossidazione

 

X

Stabilità dimensionale

A breve termine

A lungo termine

Resistenza all'acqua

 

X

Resistenza alla temperatura

Temperatura di distorsione termica più elevata

Sopporta meglio l'esposizione al calore a lungo termine

 

Va notato che i copolimeri rinforzati con fibra di vetro tendono a essere più resistenti e durevoli rispetto ai loro equivalenti omopolimerici. Le fibre di vetro aggiunte fanno la differenza in termini di ottimizzazione delle proprietà meccaniche. E questo vale per tutti gli omopolimeri e i copolimeri appartenenti a famiglie di monomeri affini.

La scelta del polimero

Alla fine, quello che conta è individuare il materiale più adatto al proprio pezzo e conoscere le differenze di base tra omopolimeri e copolimeri permette di capire meglio quale sia la scelta migliore.

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