Mediante l’utilizzo di Polimero Plastificanti

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Gomma e plastica sono diventati parte integrante della vita moderna, senza la quale l’uomo non può vivere. Questi materiali sono utilizzati in suole di scarpe, sedie da giardino, tutti i tipi di film, DVD, CD, tubi, tubi, pneumatici, imballaggi e una miriade di molti altri prodotti.

Tenere traccia della tecnologia avanzata delle materie plastiche significa che gli individui dovrebbero avere familiarità con nomi come poliossimetilene, polipropilene, gomma nitrilica, poliuretano, ecc.- questo può lasciarli molto confusi. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, le eccellenti proprietà delle plastiche preziose utilizzate in tutte queste applicazioni efficaci non sono legate esclusivamente ai polimeri stessi.

Proprio come uno studente brillante che raggiunge buoni voti a scuola, anche la plastica ha raggiunto la cima della sua classe con una leggera quantità di aiuto extra. E questo aiuto di solito significa semplicemente combinare additivi unici per creare polimeri morbidi, flessibili e resistenti agli urti e agli agenti atmosferici. Per lo più, gli additivi sono quelli che rendono la plastica quello che è.

Plastificanti

I plastificanti sono tipi unici di additivi. Ad esempio, senza plastificanti, il PVC sarebbe stato estremamente fragile e fragile e non avrebbe conquistato l’enorme mercato come si vede oggi. Senza plastificanti, la maggior parte dei composti di stampaggio a iniezione sarebbe stata completamente inadatta a tale scopo e alcune miscele di gomma non sarebbero state prodotte affatto.

I plastificanti rendono la plastica elastica, estensibile, flessibile e plastica a basse temperature. Nella maggior parte dei casi, i prodotti polimerici possono essere prodotti solo su base commerciale integrando un plastificante.

Infatti, l’invenzione dei plastificanti era principalmente responsabile dello sviluppo dell’industria delle materie plastiche. Se non fosse per questo, l’industria potrebbe non essersi sviluppata molto oltre lo stadio in cui si trovava nei giorni precedenti. Questo perché le prime plastiche, così come i polimeri naturali modificati come il galalite o la nitrocellulosa, erano fragili e duri, e quindi non potevano essere utilizzati per applicazioni quotidiane.

Certamente, non aumenta esattamente la commerciabilità di un nuovo materiale, se, ad esempio, le persone devono badare ai loro pettini come se fossero fatti di porcellana di Meissen.

Canfora

Tuttavia, i plastificanti hanno cambiato tutto. La canfora è stata la prima ad essere utilizzata nella plastica reale. È una sostanza incolore, la cui fragranza ricorda molti rimedi freddi, e contiene minuscoli cristalli ottenuti dal legno di un cespuglio di alloro cinese chiamato Cinnamomum canfora.

Poi, nel 1869, un inventore chiamato John Wesley Hyatt e suo fratello hanno reso la nitrocellulosa più malleabile, mescolando la canfora con la nitrocellulosa.

Altri oli

Hyatt non è stata la prima persona che ha cercato di rendere i primi prodotti fragili di un settore delle materie plastiche in evoluzione più facili da gestire tramite l’uso di additivi. Un inventore altrettanto ambizioso di nome Alexander Parkes aveva già tentato di ottenere lo stesso effetto usando oli vegetali o catrame di legno, per esempio.

Tuttavia, ha incontrato difficoltà nell’ottenere la ricetta giusta—il suo “Parkesin” era moderatamente facile da lavorare, ma dopo solo poche settimane, oggetti come bracciali da donna, pettini e orecchini che erano stati prodotti da questo prodotto specifico si deformavano a tal punto che non potevano essere più utilizzati. Questo è stato probabilmente perché gli oli utilizzati da Parkes evaporato troppo rapidamente.

L’olio di banana o anche l’olio di fusel—che si forma durante la distillazione del whisky—è stato utilizzato anche da altri inventori ma senza molto successo, se la carenza di record è qualcosa da seguire.

Morbida come la gomma da masticare ma dura come il corno

La nuova plastica sviluppata da Hyatt era meglio attrezzata per soddisfare le sfide presentate dal business delle materie plastiche recentemente emergente. Sulla base della quantità di canfora che ha combinato con collodio—una soluzione di cotone pistola, noto chimicamente come nitrocellulosa—ha creato con successo una plastica. Questa plastica era trasparente ma poteva essere colorata. Era flessibile come la gomma grezza ma era duro come il corno. Questa plastica era celluloide.

A una temperatura moderata compresa tra 80 °C e 90 °C, questo materiale malleabile potrebbe essere prodotto in qualsiasi forma richiesta grazie alla formulazione profumata di Hyatt. Uno dei primi usi di questo materiale erano i denti falsi. Tuttavia, puzzava più di una piccola quantità di canfora e, di conseguenza, non sempre soddisfaceva la completa soddisfazione dei loro proprietari. Tuttavia, poiché il materiale poteva essere creato in un colore adatto, c’era un miglioramento significativo sulle piastre di gomma dura che erano state utilizzate fino ad allora. In seguito, lo stesso materiale divenne popolare come materiale di supporto perfetto per pellicole fotografiche.

Origine della plastica moderna

È un fatto che per qualche tempo, la celluloide sviluppata da Hyatt ha dovuto superare numerose sfide causate dalla sua stretta associazione con il cotone da pistola. Piccole esplosioni si sono verificate quando le palle da biliardo composte da nitrocellulosa si sono schiantate l’una con l’altra. Secondo testimoni oculari, le esplosioni erano così enormi che avrebbe fatto cowboy in piedi intorno al tavolo da biliardo per raggiungere per le loro pistole.

Un articolo di una rivista citava anche la storia di una signora la cui serata divenne ancora più eccitante quando i bottoni di celluloide appuntati sul suo abito da sera si avvicinarono molto a un camino e si incendiarono. In un’occasione, un’intera fabbrica di celluloide esplose. Tuttavia, questi incidenti non nascondevano il fatto che Hyatt aveva sviluppato il primo termoplastico, e che era un plastificante strumentale nel portare alla plastica di oggi.

Ma anche dopo Hyatt, la storia della plastica ha continuato ad essere strettamente associata a quella dei suoi plastificanti. Poi, nel 1946, veniva perseguita una domanda per diverse centinaia di tonnellate di una fragile plastica di triacetato di cellulosa. Questa plastica era stata utilizzata, tra le altre cose, nella produzione di finestre per aerei.

La plastica giaceva inutilizzata nei terreni di una fabbrica, quando un chimico creativo ebbe l’idea di integrare il materiale con un plastificante. Ciò ha portato ad un nuovo materiale di stampaggio ad iniezione. Nel 1952, la cella plastificata di recenteera chiamato “Cellidor” ed era la perfetta incarnazione della versatilità. Nel 1950, Cellidor è stato utilizzato per fare involucri per pettini, cruscotti, radio, montature per occhiali, cacciavite maniglie, diapositive dei capelli, ecc.

Plastificanti in gomma

L’industria della gomma utilizzava anche plastificanti per affinare i suoi prodotti. L’impasto esteso rende la gomma non vulcanizzata morbida come la gomma da masticare perché il processo di impasto rompe le molecole a catena lunga del polimero. Ma questo significa che anche altre principali caratteristiche di questo materiale utile sono perse.

Per questo motivo, i ricercatori di gomma hanno iniziato presto combinando tutti i tipi di componenti liquidi nelle loro formulazioni nere: oli, pece, catrame di carbone, paraffina, terpeni (come la canfora) e persino vaselina. Ciò significava che la miscela di gomma grezza era sufficientemente appiccicosa per vari ingredienti solidi anche quando la dimensione delle molecole di gomma non si riduceva considerevolmente. Il nero di carbonio è un esempio di un ingrediente solido che può essere facilmente impastato insieme nel mixer.

Questi fattori dimostrano l’importanza di questi plastificanti discreti rispetto alla lavorazione dei polimeri—e come possono trasformare completamente le caratteristiche di quello che in origine era un materiale polimerico relativamente poco attraente. Paradossalmente, questo straordinario potere dimostra anche il fatto che anche eminenti storici della chimica stanno attualmente trovando difficoltà ad acquisire informazioni sulla tecnologia dei plastificanti.

I plastificanti “giusti” sono significativi a tal punto che le informazioni raccolte sulle prestazioni della plastica nel corso degli anni sono scomparse nei caveau delle aziende che utilizzano polimeri. Col passare del tempo, ciò significava che i plastificanti diventavano sostanze utilitaristiche relativamente anonime.

I discendenti moderni della canfora

Tuttavia, è noto che oltre a Hyatt, anche altri hanno iniziato a usare la canfora. Infatti, due terzi di tutta la canfora sintetizzata in tutto il mondo viene utilizzata per produrre celluloide ancora oggi.

Un’enciclopedia chimica del 1931 con il capitolo intitolato “plastificanti” elencava anche il terpene, oltre agli esteri di glicerolo, agli ftalati e ai fosfati organici come il tricresil fosfato.

Questi composti rendono la plastica flessibile e migliorano anche il loro potenziale ignifugo a tal punto che l’acetato di cellulosa, successore della celluloide, è stato in grado di superare uno dei principali inconvenienti della plastica originale. Ad esempio, l’infiammabilità della plastica è stata impedita dopo che è stata elasticizzata con una combinazione di fosfati e canfora.

La tecnologia avanzata conosce circa 400 sostanze—cioè sostanze esotiche e “worldbeaters”—che vengono utilizzate come plastificanti in una forma o nell’altra. Circa 100 di queste sostanze hanno un importante valore commerciale.

Quantità di plastificanti

A metà degli anni 1990, venivano utilizzate oltre 4,2 milioni di tonnellate di plastificanti. Oggi, circa il 90% di tutti i plastificanti sono utilizzati in PVC—una plastica che, nella sua forma di base, è praticamente fragile come il vetro e sarebbe completamente inutile per la maggior parte delle applicazioni se i plastificanti non rappresentassero circa il 55% del suo contenuto. Anche il PVC rigido può avere circa il 12% di plastificanti che sono noti per migliorare la sua lavorabilità.

In base al tipo di applicazione, altri polimeri utilizzano plastificanti in molte quantità diverse. La carta contiene circa il 5% di plastificanti, materiali termoplastici fino al 10% ed elastomeri a volte fino al 60%; alcune materie plastiche hanno anche il 95% di plastificanti.

Come funzionano i plastificanti

Essenzialmente, tutti i plastificanti si basano sullo stesso principio e uno che è praticamente autoesplicativo, a condizione che gli individui possano capire di cosa sono composte le plastiche all’interno. La” plastica ” contiene invariabilmente molecole a catena molto lunga che appaiono come fili lunghi sotto un ingrandimento estremamente elevato. Una plastica diventa flessibile quando questi fili sono liberamente intrecciati insieme.

Tuttavia, nel caso della maggior parte delle materie plastiche, questi fili tendono a trovarsi uno sopra l’altro proprio come gli spaghetti confezionati. Infatti, quando qualcuno casualmente getta gli spaghetti in una padella senza mescolare mentre cuoce, e successivamente setaccia, a parte i fili di pasta vagamente aggrovigliati insieme, ci saranno anche aree in cui i fili di pasta sono ancora attaccati insieme come erano nella borsa. Tali grumi appaiono leggermente più duri del resto, anche se la pasta stessa è completamente cotta e morbida.

Una cosa simile si verifica rispetto alle molecole a catena della plastica. Una struttura rigida analoga ai cristalli di composizione rigorosamente regolari consente alla plastica di apparire rigida dal lato esterno. Sia nella provetta che nella padella, la regola è la seguente: la struttura rigida è dura e vagamente aggrovigliata è flessibile.

Chimica

Questo è dove i plastificanti hanno un ruolo da svolgere. Nella maggior parte dei casi, indipendentemente dal fatto che si discuta di olio minerale o canfora, le molecole sono relativamente più piccole delle molecole a catena del materiale polimerico. Sono intrecciati nella loro struttura simile a spaghetti durante la lavorazione della plastica.

Queste molecole si spingono successivamente tra i fili vicini di molecole di plastica e le distinguono l’una dall’altra. Agiscono allo stesso modo dell’olio su un piatto di spaghetti, dove consente ai fili di pasta di scivolare l’uno accanto all’altro. Ciò suggerisce che è possibile produrre una struttura libera e liberamente mobile: la plastica risulta flessibile e quando viene aggiunto più plastificante, diventa ancora più flessibile. Questa semplice correlazione chiarisce un’intera gamma di prodotti che è essenziale per il lavoro di un chimico delle materie plastiche.

In larga misura, l’esperienza di uno sviluppatore di materiali sta nella capacità di identificare sostanze che si adattano bene alla plastica utilizzata. Non è possibile intrecciare sostanze idrofile in molecole idrorepellenti, ad esempio quelle della gomma non vulcanizzata, poiché entrambe le sostanze si separerebbero proprio come l’olio e l’acqua.

È anche fondamentale scegliere un plastificante che offra una vestibilità ideale per quanto riguarda la propria configurazione molecolare e le molecole della catena di plastica bersaglio. Le molecole a catena non sono paragonabili l’una all’altra come i fili di spaghetti: alcuni polimeri possono assomigliare alla pasta piatta, mentre altri sembrano una catena di tubi al neon spessi collegati tra loro con fili sottili o hanno un aspetto a zig—zag. Altri ancora sembrano collane fatte di perle grasse estreme. Tuttavia, la celluloide di Hyatt è stata quella che ha raggiunto il successo. Questo perché le molecole di canfora si adattavano abbastanza bene tra le molecole di cotone della pistola che erano modellate come una collana di perle.

Tuttavia, non tutti i plastificanti sono appropriati per ogni polimero. Un altro fatto è che ogni plastificante ha un impatto diverso sulla sua ” molecola ospite.”Mentre un plastificante offre un maggiore livello di flessibilità a temperature più basse, un altro è specificamente sviluppato per evitare che la plastica si liquidi ad alte temperature. Nel frattempo, ci sono altri plastificanti che rendono la plastica più flessibile e si comportano anche come una sorta di estintore integrato che può spegnere le fiamme nelle loro fasi iniziali. I plastificanti ottengono questo risultato decomponendosi in presenza di calore per creare sostanze resistenti alle fiamme.

Un problema—Molte soluzioni

Nel corso degli anni, il portafoglio ordini del settore delle materie plastiche per plastificanti si è sviluppato in un agglomerato disorganizzato di prodotti chimici. Tuttavia, è governato da diverse “grandi famiglie” di prodotti.

Gli ftalati sono impiegati in film e cavi in PVC, adesivi in cellulosa e rivestimenti. Con i dicarbonati, il PVC flessibile diventa elastico a basse temperature. I fosfati sono utilizzati sia come fluido idraulico che come ritardante di fiamma. Gli esteri degli acidi grassi-i lontani parenti della margarina-sono utilizzati per plastificare i rivestimenti per pavimenti in gomma e resina vinilica. Per alcune applicazioni, i tecnologi delle materie plastiche si rivolgono anche agli esteri dell’acido tartarico e dell’acido citrico.

Pericoli

Certamente, va ricordato che, nonostante l’effetto benefico dei plastificanti sulla tecnologia delle materie plastiche, hanno anche i loro svantaggi. Nel recente passato, si sospettava che gli ftalati fossero dannosi per la salute. Mentre le prove conclusive devono ancora essere ottenute, gli studi sono ora in corso.

Fortunatamente, indipendentemente dal risultato di questa discussione, non implica affatto che tutti i plastificanti debbano essere condannati: dopotutto, un singolo plastificante non è lo stesso del successivo, come dimostra la canfora, che sembra essere un prodotto naturale.

Alternative

Nel frattempo, sono stati creati alcuni prodotti molto utili che servono come sostituto degli ftalati. Prodotti come questi assumono la forma di una serie di sostanze i cui membri sono chiamati “alchil solfonati.”Era noto da tempo che gli alchil solfonati non hanno effetti negativi e sono stati approvati come sicuri per l’uso alimentare nella maggior parte dei paesi.

Gli alchil solfonati, che sono già utilizzati al posto dei controversi ftalati in guanti, figurine giocattolo, bambole e membrane per letti ad acqua, si trovano nei sigillanti nel settore delle costruzioni e sono utilizzati negli stivali wellington e negli ausili per il nuoto. Inoltre, il materiale offre una gamma completa di vantaggi aggiuntivi—ad esempio, è diverso da molti altri plastificanti e non viene attaccato dall’acqua e dagli elementi, e si traduce anche in prodotti che favoriscono la stampa. Questo è un fattore significativo quando si tratta di creare piscine per bambini vividamente colorate prodotte da film in PVC, tra le altre cose.

La forma grezza del PVC è fragile, praticamente plastica simile al vetro che sarebbe quasi inutile se non fosse per i plastificanti. Gli alchil solfonati rendono il PVC elastico e resistente alla saponificazione e agli agenti atmosferici.

Molecole di plastificante alla deriva

Recentemente, i ricercatori del settore hanno trovato una soluzione al problema delle molecole di plastificante alla deriva. Le minuscole particelle di plastificanti contenute all’interno della plastica sono incredibilmente mobili. In circostanze specifiche, le particelle si muovono proprio come il miele in una spugna. All’interno della plastica, il movimento di alcune molecole plastificanti finisce prima o poi quando raggiungono la superficie e creano un film grasso poco attraente.

Le casalinghe non sono le uniche a conoscere questo fatto. Plastificanti unici che sono stati addestrati a rimanere in un posto all’interno del polimero—per esempio, fornendo loro molecole a catena lunga-può impedire gomma e plastica di sviluppare una superficie grassa o offuscata.

Inoltre, i ricercatori hanno creato plastificanti senza alogeni su misura per circuiti elettronici, in modo che la plastica fragile utilizzata per produrli non si rompa quando le schede sono forate, perforate e saldate.

Crescita e sviluppo dell’industria

Il settore dei plastificanti è in gran parte coinvolto con i prodotti convenzionali. Mentre è abbastanza insolito dedicare così tanto sforzo allo sviluppo del prodotto, sicuramente paga.

Negli ultimi due anni, il mercato delle materie plastiche ha raggiunto una crescita di appena il 4%, ma nonostante questo, le vendite di alcuni plastificanti specializzati sono aumentate di circa il 15%, nello stesso periodo. Questa cifra da sola è sufficiente a dimostrare che l’ultimo capitolo della lunga storia dei plastificanti non è stato ancora scritto: le materie plastiche innovative e le più recenti esigenze dei prodotti che vengono costantemente realizzati richiedono soluzioni innovative. Qui, solo la capacità intellettuale collettiva degli esperti di materie plastiche può rendere giustizia a questi.

Plastificanti naturali

Tuttavia, tornando ai plastificanti, le sostanze chimiche plastificanti che emergono dai crogioli e dai flaconi del settore chimico non sono le uniche che si verificano nel mondo in generale. Poiché la natura contiene anche parzialmente polimeri, ha anche bisogno di sostanze per assicurarsi che questi polimeri continuino ad essere flessibili.

Amidi, DNA, proteine, legno e persino pietre contengono essenzialmente molecole a catena lunghe e talvolta spazialmente interconnesse. La natura usa l’acqua come plastificante principale. Le fibre naturali come cotone, lana o seta saranno fragili senza il loro contenuto di acqua.

Inoltre, l’acqua in eccesso mantiene le proteine muscolari flessibili. In età avanzata, il contenuto di acqua si riduce, mentre i grassi svolgono più o meno il ruolo di un plastificante con successo. L’industria delle materie plastiche non è l’unica che si affida ai plastificanti, ma anche madre natura non può farcela senza di loro. Le fibre muscolari sono composte da molecole a catena simili a quelle che si trovano nella plastica. Proprio come i polimeri contemporanei, le fibre muscolari contengono i propri plastificanti sotto forma di molecole di grasso e acqua.

Inoltre, l’acqua può essere utilizzata per ammorbidire il quarzo, che è noto per essere un materiale molto duro-mentre il quarzo duro e naturale contiene solo lo 0,01% di acqua, per motivi tecnici, il quarzo artificiale contiene circa 10 volte quella quantità. Il quarzo artificiale può essere modellato in modo simile all’intonaco a 400 °C-una temperatura che può essere facilmente tollerata dai minerali-mentre il quarzo naturale “secco” rimane chiaramente “solido” fino a una temperatura di 1000 °C.

Questo è un eccellente esempio del fatto che l’uso di plastificanti nella tecnologia non è necessariamente limitato alla plastica. Gli individui che pensano duro circa la maniglia curva dei loro ombrelli saprebbero che un certo genere di procedura è usata per rendere il legno flessibile.

Il vapore acqueo caldo può infatti essere usato per ammorbidire il legno, ma l’ammoniaca liquida, se mescolata con solventi organici come tetraidrofurano, dimetilsolfossido o polietilenglicole, fa il lavoro ancora meglio. Una formulazione specifica come questa permette anche alle persone di legare nodi in bastoni da passeggio. Dopo l’evaporazione dell’ammoniaca, il legno ritorna allo stato originale, cioè allo stato appena tagliato.

Emergendo dal Medioevo delle materie plastiche

Oltre cento anni fa, le materie plastiche sono state conosciute attraverso l’invenzione di Hyatt. Quindi, non sorprende che le professioni che sono state finora associate alla conservazione di pigmenti antichi stiano ora facendo i conti con problemi di plastificazione. Ad esempio, i restauratori stanno attualmente combattendo per sostenere le tute spaziali che sono state indossate dagli astronauti Apollo sulla luna e sono venute sulla Terra intatte.

Quelle tute spaziali contenevano tubi in PVC che erano stati plastificati con l’aiuto di uno ftalato. Dopo aver trascorso oltre tre decenni in un museo, questa sostanza liquida si è diffusa dal polimero, in un modo tipico di tutti i plastificanti alla deriva. Di conseguenza, i tubi di alimentazione sono diventati fragili. Quello che una volta si credeva essere l’apice della tecnologia della tuta spaziale è ora diventato meno resistente rispetto alle imbracature dei cavalieri che hanno centinaia di anni. Guardando le cose da questo punto di vista, si può quindi concludere che gli esseri umani sono ancora nel cosiddetto Medioevo della tecnologia delle materie plastiche.