Agenti reticolanti nei polimeri: funzioni, meccanismo

Gli agenti reticolanti sono specie che si usano nella tecnologia dei polimeri per modificarne le proprietà fisiche, meccaniche e termiche. In generale i polimeri lineari o ramificati sono viscosi e termoplastici mentre quelli reticolati sono termoindurenti.

La reticolazione si può ottenere durante la fase di polimerizzazione, in presenza di agenti reticolanti o a seguito della polimerizzazione tramite reazioni.

Gli agenti reticolanti hanno assunto particolare rilevanza per migliorare alcune proprietà di polimeri biodegradabili e derivanti da fonti rinnovabili come l’acido polilattico. Sono essenzialmente costituiti da gruppi bifunzionali che aumentano l’interazione molecolare dell’interfaccia tra catene polimeriche

Funzione degli agenti reticolanti nei compositi

Essi uniscono chimicamente materiali diversi in particolare nei compositi plastici realizzati con rinforzi inorganici, fibre di legno o altri riempitivi.

Presentando due gruppi funzionali possono dar luogo a una reazione con la matrice o avere una buona compatibilità con essa.
L’altro gruppo funzionale può, a sua volta, formare legami chimici con il rinforzo migliorando così l’adesione interfacciale e aumentando significativamente le prestazioni del composito polimerico.

La campagna per la cura e la protezione dell’ambiente attraverso gli obiettivi di sviluppo sostenibile fissati dalle Nazioni Unite ha portato all’utilizzo di filler di origine naturale.
Ad esempio l’uso della farina di legno nel polipropilene garantisce vantaggi ambientali nello sviluppo di materiali che utilizzano risorse rinnovabili.

Tuttavia, l’interazione tra la fase di rinforzo idrofila come la farina di legno con una matrice polimerica non polare è debole e il composito ha scarse proprietà meccaniche e proprietà termiche ridotte
Si utilizzano pertanto diversi agenti di accoppiamento costituiti da silani, titanati o alluminato di zirconio

 

  • La struttura è essenzialmente costituita da tre parti:
    A (anchor group) che si lega al filler
  • B (bridge group) che agisce da ponte
  • C (couplant) che lega il filler alla catena polimerica
struttura agenti reticolanti
struttura agenti reticolanti

Meccanismo

 

silani
silani
I silani che hanno formula R(CH2)nSi(R)dove R è un gruppo funzionale organico e X un gruppo idrolizzabile come – OH. Essi sono in grado di formare legami covalenti con substrati inorganici e resine epossidiche

 

titanati
titanati
Titanati e zirconati  agiscono da ponti tra cariche inorganiche come carbonato di calcio, solfato di bario, grafite, talco e polimeri come PP, PE, PVC, PET , ABS e gomme

Agenti reticolanti naturali

I reticolanti chimici tradizionalmente utilizzati includono glutaraldeide, gliossale, poli (glicole etilenico), amido dialdeide e 1-etil-3-(3-dimetilamminopropil) carbodiimmide. Questi composti consentono l’efficace reticolazione dei polimeri e influiscono positivamente sulle proprietà dei materiali finali. Sfortunatamente, la maggior parte dei reticolanti chimici sono altamente tossici per le cellule del corpo umano. 

Di recente è studiato il potenziale utilizzo di agenti reticolanti naturali, come l’acido citrico, l’acido tannico, l’epigallocatechina gallato che si trova nel tè verde (Camellia sinesis), la vanillina nella preparazione di idrogel reticolati chimicamente per l’industria biomedica, farmaceutica e cosmetica. 

I composti naturali utilizzati nella reazione di reticolazione sono caratterizzati da una citotossicità molto inferiore e, in alcuni casi, sono del tutto non citotossici.

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