Sai che cosa sono i polimeri amorfi? Spesso si parla di materiali plastici o di polimeri in modo generico, senza distinguere tra le loro diverse strutture e proprietà. Eppure, capire la differenza tra i diversi polimeri può fare la differenza in moltissimi ambiti, dalla progettazione di un imballaggio fino allo sviluppo di componenti tecnici ad alte prestazioni. In questo articolo ti accompagneremo alla scoperta dei polimeri amorfi e in particolare ci focalizzeremo su due tra i più noti: ABS e policarbonato.
I polimeri amorfi
I polimeri amorfi sono materiali plastici le cui catene non sono disposte nello spazio in modo ordinato. A differenza dei polimeri cristallini, che hanno una struttura più rigida e ordinata, nei polimeri amorfi le catene molecolari si intrecciano in modo disorganizzato.
Questa caratteristica dà loro alcune proprietà particolari come la trasparenza. Proprio per questo vengono usati in molti oggetti di uso quotidiano, come le lenti degli occhiali, le bottiglie di plastica trasparente o i componenti elettronici. Inoltre, grazie alla loro struttura “disordinata”, sono più facilmente trasformabili comportandosi in modo prevedibile quando vengono riscaldati.
Pensando agli oggetti che usiamo ogni giorno, potresti sorprenderti nel sapere quanti di essi sono realizzati con polimeri amorfi, in particolare con due materiali molto comuni: l’ABS (acrilonitrile-butadiene-stirene) e il PC (policarbonato). Entrambi appartengono alla famiglia dei termoplastici amorfi e combinano caratteristiche che li rendono ideali per un’ampia gamma di applicazioni.
L’ABS, ad esempio, è largamente utilizzato per la produzione di scocche di elettrodomestici, gusci di computer, componenti interni delle automobili, giocattoli (come i famosi mattoncini LEGO) e accessori per la casa.
Il policarbonato (PC), invece, viene scelto quando servono trasparenza e resistenza all’urto. Lo ritroviamo nelle lenti degli occhiali, nei CD e DVD, nei caschi protettivi e nei pannelli trasparenti per l’edilizia.
Panoramica di ABS e Policarbonato: proprietà ed esempi di applicazioni
L’Acrilonitrile Butadiene Stirene (ABS) è un polimero termoplastico molto comune, rinomato per la sua robustezza, l’elevata resistenza agli urti, la tenacità e la stabilità dimensionale. L’ABS ha una buona stabilità termica per applicazioni standard, tuttavia non è adatto ad alte temperature prolungate. È apprezzato per la facilità con cui può essere lavorato e colorato e la sua bassa temperatura di fusione facilita inoltre lo stampaggio ad iniezione.
Il Policarbonato (PC), d’altra parte, è un polimero termoplastico trasparente e cristallino, distintivo per la sua eccezionale resistenza agli urti e tenacità, anche a basse temperature. Possiede un basso assorbimento di umidità, buona resistenza al calore e all’elettricità, e notevole stabilità ossidativa e termica. La sua eccellente chiarezza ottica e stabilità dimensionale lo rendono un sostituto ideale per il vetro in applicazioni come occhiali, vetri antiproiettile, schermi piatti di grandi dimensioni, monitor, dischi digitali e altre apparecchiature elettroniche di consumo. Il PC è anche biologicamente inerte e presenta buona resistenza chimica, con il divieto però, in alcuni paesi europei, al suo utilizzo per applicazioni alimentare.
Se ti stai chiedendo quale polimero sia più adatto tra ABS e PC per un tuo prodotto, la risposta dipende dalle esigenze specifiche dell’applicazione: resistenza agli urti, trasparenza, rigidità o facilità di lavorazione sono i criteri che devi considerare per la scelta del polimero.
Dalla tabella tratta dal database utilizzato da Wyconi, confrontiamo alcune proprietà meccaniche tra un ABS standard (a sinistra) e un PC standard (a destra), per rendere evidente la differenza tra i due materiali. Nelle tabelle si nota una superiorità del PC in quanto alla resistenza meccanica a snervamento (yield strenght) e all’impatto (impact strenght e Izod).
Quindi se stai pensando ad una applicazione che richieda buona resistenza meccanica il PC è decisamente la scelta migliore tra i due. Devi anche considerare che il prodotto in PC a parità di dimensione, peserà di più perché il PC ha un peso specifico che è circa un 15% più alto del ABS.
Se ti stai chiedendo perché l’ABS sia così frequentemente impiegato in applicazioni che richiedono una forma perfetta e duratura, prendi ad esempio i celebri mattoncini LEGO®: realizzati in ABS, mantengono le loro dimensioni con una precisione micrometrica anche dopo decenni di assemblaggi ripetuti e manipolazioni quotidiane. Inoltre, questo materiale permette una colorazione facile e duratura, offrendo superfici che possono essere sia lucide che opache (con la polimerizzazione in massa), a seconda delle esigenze estetiche e funzionali del prodotto.
Per quanto riguarda alcune proprietà fisiche e termiche, il PC (a destra nell’immagine sopra) ha coefficiente di dilatazione termica lineare (CLTE) inferiore che corrisponde ad una maggiore stabilità dimensionale all’aumentare della temperatura e una temperatura di deflessione al calore (HDT) molto superiore. Quest’ultima è la temperatura alla quale un materiale plastico inizia a deformarsi quando è sottoposto a un carico costante. Quindi tra i due il PC garantisce maggiore resistenza a temperature più alte.
Come è la resistenza chimica dei materiali amorfi
I polimeri amorfi, generalmente offrono una buona resistenza a sostanze come acqua, acidi diluiti e oli. Tuttavia, sono più sensibili rispetto ad altri polimeri (come quelli semicristallini) quando entrano in contatto con solventi più aggressivi o sostanze chimiche forti, che possono causare rigonfiamenti o piccole fratture nella superficie. Per questo è importante valutare attentamente l’ambiente chimico in cui verranno utilizzati.
- Supponiamo ora due applicazioni potenziali di ABS e PC, e andiamo a valutarne la resistenza chimica all’acetone.
L’acetone è un solvente organico molto comune utilizzato e presente in vari ambienti, sia industriali che domestici. Vediamo la loro resistenza qui sotto e quello che emerge è la scarsissima resistenza all’acetone di entrambi:
- Una seconda applicazione potenziale è una finestra di ispezione o carter trasparente in una macchina industriale lubrificata. Ovviamente il PC è il polimero ideale per la sua trasparenza: com’è la sua resistenza agli oli minerali e lubrificanti a temperatura ambiente?
Se consideriamo l’olio di paraffina (minerale), questo non dà alcun problema a temperatura ambiente.
Nello stesso modo un olio siliconico non crea nessun problema
Nella analisi del polimero da scegliere bisogna comunque tenere a mente che a temperature elevate, la resistenza chimica può peggiorare.
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