L’umanità ha utilizzato materiali polimerici naturali come legno, pelle e lana fin dall’inizio della storia, ma i polimeri sintetici sono diventati possibili solo dopo lo sviluppo della tecnologia della gomma nel 1800.Il primo materiale polimerico sintetico, la celluloide, fu inventato da John Wesley Hyatt nel 1869, a partire da nitrato di cellulosa e canfora.Un importante passo avanti nel campo dei polimeri sintetici fu l'invenzione della bachelite da parte di Leo Hendrik Baekeland nel 1907. Il lavoro di Hermann Staudinger negli anni '20 dimostrò chiaramente la natura macromolecolare di lunghe catene di unità ripetitive.1 La parola "polimero" deriva dal greco e significa "molti" parti'.La rapida crescita dell’industria dei polimeri iniziò poco prima della seconda guerra mondiale, con lo sviluppo di polimeri acrilici, polistirolo, nylon, poliuretani e la successiva introduzione di polietilene, polietilene tereftalato, polipropilene e altri polimeri negli anni Quaranta e Cinquanta.Mentre nel 1945 ne venivano prodotte solo circa 1 milione di tonnellate, nel 1981 la produzione di plastica in volume ha superato quella dell’acciaio e da allora il divario è in continua crescita.
I polimeri puri raramente vengono lavorati da soli.Sono composti con altri materiali, tipicamente mediante miscelazione meccanica o miscelazione allo stato fuso per produrre pellet, polveri o scaglie da utilizzare nelle successive operazioni di lavorazione.2 Tali prodotti compositi sono definiti "plastica", che significa "flessibile" in greco.I composti possono includere riempitivi (per ridurre i costi), rinforzi, altri polimeri, coloranti, ritardanti di fiamma, stabilizzanti (per prevenire il deterioramento dovuto alla luce, al calore o ad altri fattori ambientali) e vari coadiuvanti tecnologici.
I polimeri sintetici possono essere classificati in due categorie.I materiali termoplastici (di gran lunga il volume maggiore) possono essere fusi mediante riscaldamento, solidificati mediante raffreddamento e rifusi ripetutamente.I tipi principali sono polietilene (PE), polipropilene (PP), polistirene (PS), polivinilcloruro (PVC), policarbonato (PC), polimetilmetacrilato (PMMA), polietilene tereftalato (PET) e poliammide (PA, nylon).I termoindurenti vengono induriti mediante l'applicazione di calore e pressione, grazie alla reticolazione, cioè alla creazione di reti tridimensionali permanenti.Non possono essere ammorbiditi mediante riscaldamento per il ritrattamento.La bachelite, le resine epossidiche e la maggior parte dei poliuretani sono termoindurenti.
La presente panoramica è dedicata esclusivamente alla lavorazione dei materiali termoplastici.I materiali termoplastici commerciali sono classificati in base alle loro prestazioni come "commodity" (basse prestazioni, come PE, PP, PS e PVC), "Engineering" (come PC, nylon e PET) o "avanzati" (prestazioni più elevate, come polimeri a cristalli liquidi (LCP), polifenilene solfuro (PPS) e polietereterchetone (PEEK)).La crescita esplosiva prevista nel settore dell’ingegneria e dei polimeri avanzati non si è concretizzata.L’uso della plastica è cresciuto costantemente negli ultimi tre decenni, ma soprattutto nella categoria delle materie prime.Attualmente, i polimeri di base rappresentano circa l'88% del volume prodotto3, i tecnopolimeri circa il 12% e il progresso è inferiore all'1%.Sebbene i prezzi dei polimeri avanzati per chilogrammo siano molto più alti di quelli dei polimeri di base, il loro valore globale per l’economia è ancora molto piccolo.
Le materie plastiche di base hanno bassi livelli di resistenza e rigidità rispetto ai metalli o alla ceramica e tendono a mostrare scorrimento sotto una forza applicata.Hanno anche limitazioni di temperatura nel loro utilizzo come solidi (la maggior parte fonde nell'intervallo 100-250°C).I moduli di trazione delle materie plastiche sono ~1 GPa (rispetto ai 210 GPa dell'acciaio).Un miglioramento significativo può essere ottenuto allineando le catene polimeriche.In realtà, i legami carbonio-carbonio sono molto forti, e sono stati prodotti polietileni a singolo lamento con valori di modulo superiori a quelli dell'acciaio.Un orientamento elevato può essere ottenuto mediante tecniche di lavorazione speciali, ad esempio estrusione e successiva trafilatura a basse temperature.A basse temperature le catene polimeriche hanno mobilità limitata e l'orientamento rimane dopo lo stiramento.Recenti scoperte e sviluppi di catalizzatori a sito singolo basati su metalloceni hanno portato a nuovi gradi di polimeri di base aventi un'architettura molecolare controllata con proprietà migliorate.
La produzione mondiale di polimeri è aumentata3 da 27 milioni di tonnellate nel 1975 a circa 200 milioni di tonnellate all’anno nel 2000 ed è ancora in crescita.Secondo un recente rapporto4, le spedizioni di prodotti in plastica negli Stati Uniti nel 2000 ammontavano a 330 miliardi di dollari, e le industrie fornitrici a monte avevano un fatturato di 90 miliardi di dollari, portando il totale annuo a 420 miliardi di dollari.Si stima che l’occupazione totale sia di 2,4 milioni, ovvero circa il 2% della forza lavoro statunitense.La crescita dell’industria dei polimeri è il risultato della combinazione unica di proprietà dei prodotti plastici, che includono facilità di modellatura e fabbricazione, basse densità, resistenza alla corrosione, isolamento elettrico e termico e spesso rigidità e tenacità favorevoli per unità di peso.
Orario di pubblicazione: 04-febbraio-2018