Un mondo di plastica…

Una lunga catena

I materiali plastici, come tante altre molecole della chimica organica, esistono grazie alla notevole peculiarità dell’atomo di carbonio di legarsi ad altri atomi di carbonio per costituire delle lunghe catene.

Ogni atomo di carbonio ha 4 valenze,come dicono i chimici, cioè è in grado di legarsi ad altri 4 atomi.

In una catena di atomi di carbonio, ciascuno di essi ha 2 valenze impegnate a legarsi ai suoi simili, come in un convoglio ferroviario ogni vagone è preceduto e seguito da un altro vagone. Delle 4 valenze totali ne rimangono quindi 2 che sono disponibili per legare alla catena altri atomi, o gruppi funzionali, che conferiscono alla molecola complessiva diverse caratteristiche.

Il punto di partenza per creare una materia plastica è avere una certa quantità di monòmero.

Col nome monomero si identifica una generica sostanza organica (quindi una sostanza in cui vi sono una certa quantità di atomi di carbonio legati fra loro) in cui, grazie a un qualche processo  chimico, si riesce a forzare le singole molecole a rompere alcuni legami fra gli atomi interni e formare legami con le molecole adiacenti. In questo modo le singole molecole del monomero rimangono inanellate l’una con l’altra per formare la catena che ora possiamo chiamare polimerica.

Per fissare meglio le idee consideriamo una reazione di polimerizzazione particolarmente semplice: quella che da luogo alla formazione di polietilene, uno dei polimeri più diffusi.

    n CH₂=CH₂ → [-CH₂-CH₂-]_n  

Quello che si vede nell’immagine a sinistra è una rappresentazione dell’etilene, il monomero che si usa per creare questo polimero. Nella molecola dell’etilene vi sono due atomi di carbonio legati fra loro da un doppio legame (quindi ogni carbonio ha 2 valenze impegnate con 2 atomi di idrogeno e 2 con l’altro carbonio).
Nella reazione di polimerizzazione, uno dei due legami viene rotto in modo che ogni carbonio abbia a disposizione un legame per legarsi al carbonio di un altro monomero, che abbia subìto la stessa sorte.
Questo tipo di polimerizzazione è detta polimerizzazione a catena.

Vi è un altro tipo molto importante di polimerizzazione, la policondensazione. In questo tipo di polimerizzazione l’unione fra i monomeri avviene mediante alcuni gruppi funzionali fra i quali avviene una reazione che si conclude con il legame dei due gruppi e il rilascio di una molecola a basso peso molecolare come per esempio una molecola d’acqua.
Fanno parte dei polimeri ottenuti per policondensazione le poliammidi. Si tratta di materiali molto importanti presenti in commercio con nomi commerciali come Nylon, Kevlar o Nomex.

La maggior parte di polimeri vengono catalogati in due grandi famiglie: i polimeri termoplastici e i polimeri termoindurenti.

• I polimeri termoplastici sono polimeri formati da catene lineari o poco ramificate, non legate l’una con l’altra. Come suggerisce il loro nome, è sufficiente aumentare la temperatura per portarli ad uno stato viscoso e poterli quindi formare.
• I polimeri termoindurenti viceversa sono polimeri in cui, durante il processo di polimerizzazione, si vengono a creare dei legami chimici trasversali fra una catena polimerica e l’altra. Questo conferisce al materiale delle caratteristiche meccaniche superiori, durezza, resistenza alla trazione, ecc. ma rende il materiale generalmente più fragile. Inoltre questo tipo di plastica non è più fondibile in quanto anche un apporto energetico consistente non permetterebbe alle catene polimeriche di scorrere l’una sull’altra dando plasticità al materiale. Esse sono trattenute dai legami trasversali e il calore finirebbe a degradare sia i legami trasversali che le catene polimeriche stesse, portando alla carbonizzazione dell’intera massa.