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

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

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.

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:

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.