Caratteristiche del PP – Polipropilene

CENNI STORICI

Il polipropilene (PP) è stato sintetizzato per la prima volta dall’ingegnere chimico italiano Giulio Natta nel 1954. Venne introdotto sul mercato nel 1957 con il marchio registrato Moplen e conobbe fin da subito una rapida diffusione su larga scala. Nel corso di questo articolo analizzeremo tutte le principali caratteristiche del PP – Polipropilene, che rimane tutt’oggi uno tra i materiali plastici più impiegati nei prodotti della nostra quotidianità.

TIPOLOGIE DI POLIPROPILENE

Il polipropilene è un materiale termoplastico semicristallino che appartiene alla famiglia delle poliolefine. Si ottiene tramite polimerizzazione del propilene e si presenta come polvere incolore, inodore, insapore e molto leggera.
A seconda della disposizione dei gruppi metile CH3, il PP può essere:

• isotattico (PP-I);
• sindiotattico (PP-S, catene in parte cristalline);
• atattico (PP-A/PP-R, stessa consistenza della gomma non vulcanizzata, scarso interesse commerciale — usato prevalentemente come additivo).

Il più interessante dal punto di vista commerciale e pratico è il PP isotattico. Presenta una densità di 900 kg/m3 ed il punto di fusione è oltre i 165°C. Possiede inoltre ottime proprietà fisiche, chimiche e meccaniche.

A seconda della sua natura chimica, il polipropilene si suddivide in:

• Polipropilene omopolimero (PP-H) – unità ripetitive del propilene. Buon rapporto prestazioni/costo, elevata fragilità nelle applicazioni a basse temperature (gradi ad elevata rigidità);
• Polipropilene copolimero (PP-C) – unità di propilene + unità di etilene; materiale più resistente a basse temperature, più flessibile (gradi meno rigidi dell’omopolimero);
• Polipropilene copolimero random o statistico (racoPP) – più resistente del PP-H, buona trasparenza soprattutto a bassi spessori (gradi trasparenti);
  Sviluppi tecnici più recenti hanno creato gradi più rigidi, chiari e trasparenti. Grazie a ciò, si possono sostituire materiali più costosi – quali ABS, PS, PET, PC e TPE – col polipropilene.

CARATTERISTICHE DEL PP – POLIPROPILENE: I PRO

• Riciclabile al 100%;
• Materiale estremamente versatile, disponibile in numerose formulazioni, con tipologie e caratteristiche notevolmente diversificate;
• E’ uno dei materiali meno costosi;
• Facile da trasformare e lavorare;
• Ampia gamma di prodotti finali;
• Bassa densità (più leggero rispetto ad altri polimeri);
• Ottima resistenza chimica (materiale apolare): resiste a molti solventi organici polari e a soluzioni acquose contenenti sali inorganici, acidi, alcali forti, basi, alcoli, aldeidi, chetoni, esteri, acidi deboli e soluzioni alcaline, alcool e alcuni oli;
• Resistente gli agenti atmosferici;
• Assorbimento acqua trascurabile;
• Buon isolante elettrico ma tende a carica elettrostatica (attira polvere);
• Buona resistenza termica (80°C, fino a 120°C se caricato o rinforzato);
• Temperatura di utilizzo maggiore rispetto al polietilene;
• Buona trasparenza (copolimero random);
• Facilmente colorabile con colori coprenti;
• Bassa permeabilità ai gas come anidride carbonica, idrocarburi e cloroidrocarburi a basso punto di ebollizione;
• Elevato carico/resistenza a carichi dinamici;
• Lunga durabilità;
• Buona resistenza ad abrasione e usura;
• Sterilizzabile a vapore
• Saldabile a frizione e lama calda
• Adatto per i prodotti dei settori alimentare e farmaceutico;
• Non soffre lo stress da costante sollecitazione meccanica (il cosiddetto “effetto-cerniera”, si pensi ad esempio alle chiusure flip-top).

CARATTERISTICHE DEL PP: I CONTRO

• Degrada in presenza di ossigeno, bassa resistenza ad agenti ossidanti come l’acido clorosolfonico, l’oleum, l’acido nitrico concentrato e gli alogeni;
• Inadatto al contatto con il rame;
• Rigonfia a contatto con idrocarburi alifatici, alogenati ed aromatici, quali benzina e benzolo;
• Scarsa resistenza all’urto a basse temperature (fragile a -20 °C);
• Difficoltà di incollaggio, verniciatura, serigrafia e tampografia, aggirabile con l’utilizzo di un primer;
• Scarsa resistenza a graffio;
• A caldo ed a contatto con metalli o impurezze metalliche il PP può subire degradazione;
• Bassa resistenza alle radiazioni UV: se non stabilizzato in modo adeguato (con UV adsorber, ammine stericamente impedite (HALS) o miscele di essi) ingiallisce, perde gloss, si forma una patina che sbianca il colore (chalking o sfarinamento) e si possono formare screpolature sulla superficie. Inoltre, decadono anche le proprietà meccaniche;
• Non è infine adatto ad uso esterno se non trattato in modo adeguato.

TECNOLOGIE DI TRASFORMAZIONE

Il PP si può trasformare tramite:

• Additive Manufacturing;
• Estrusione;
• Filatura;
• Soffiaggio;
• Stampaggio ad iniezione e rotazionale;
• Termoformatura.

ADDITIVI, CARICHE, COLORANTI E RINFORZI

Il PP può essere modificato sia per incrementarne le proprietà sia al fine di conferirgliene altre. In genere si impiegano gli additivi funzionali, le cariche, i mezzi coloranti e i rinforzi.

Modificanti di impatto

Permettono l’aumento della tenacità, della duttilità e della resistenza all’urto anche a freddo. Inoltre, risultano ridotte le proprietà a trazione, flessione e termiche.

Ritardanti di fiamma

Grazie ai ritardanti di fiamma si può ostacolare e, di conseguenza, ritardare il processo di combustione. Tra questi, possiamo citare gli alogeno-derivati, gli intumescenti, ma anche i melamminoderivati e l’idrossido di magnesio.

Cariche minerali

L’impiego di cariche minerali nei compound di polipropilene permette di ridurre il costo del formulato, di conferire una buona stabilità dimensionale e garantire un ritiro isotropo.

• Carbonato di calcio: migliora la resistenza all’urto, oltre allo scorrimento del fuso, la stabilità, la resistenza all’ossidazione e la qualità superficiale. È adatto per applicazioni estetiche ma ha scarse proprietà di rinforzo.
• Talco: migliora la rigidità, la stabilità dimensionale, la termoresistenza e la resistenza allo scorrimento. In particolare, il talco HAR (High Aspect Ratio) viene ampiamente impiegato nel settore automotive perché permette, a parità di carica, di migliorare maggiormente le proprietà di trazione del componente rispetto al talco tradizionale. Questo comporta anche un alleggerimento del prodotto realizzato.
• Wollastonite: conferisce resistenza al graffio, in particolare nel settore automotive. Rinforza più del talco ma NON quanto il talco HAR e la mica. Ha scarsa resistenza ad acidi e basi contrariamente a talco e mica.
• Mica: la muscovite (bianca/biancastra) è la più comune, mentre la flogopite (più scura) ha maggiore stabilità termica. A parità di caratteristiche, si comportano in maniera simile quando additivate ai polimeri. Rinforzano maggiormente rispetto ad altre cariche minerali di uso più comune e possiedono inoltre buone proprietà elettriche e fonoassorbenti. Infine, aiutano anche la marcatura laser.

Rinforzi

Le fibre di vetro migliorano, dal punto di vista meccanico, le caratteristiche del PP – Polipropilene. In particolare:

• carico di rottura;
• modulo elastico;
• resistenza alla deformazione/rottura sotto carichi ciclici (fatica);
• proprietà termiche (HDT e Vicat);
• resistenza al “creep”, ovvero le deformazioni permanenti sotto carico costante;
• resistenza all’impatto;
• rigidità in temperatura.

Inoltre, influenzano altre prestazioni:

• aumentano il peso specifico del compound;
• riducono il ritiro allo stampaggio (si possono verificare imbarcamenti e deformazioni. E’ quindi opportuno progettare il manufatto con accuratezza);
• riducono la fluidità del materiale.

Oltre alle fibre di vetro è possibile impiegare le sfere di vetro. Queste ultime conferiscono al compound una buona resistenza al graffio.

Mezzi coloranti

La conformità del colore di un manufatto viene spesso inclusa nei capitolati di fornitura e nelle specifiche tecniche. Al fine di evitare il costoso processo di verniciatura, è opportuno selezionare a monte i mezzi coloranti adeguati, i quali devono essere compatibili col polimero, stabili termicamente e solidi alla luce.

SETTORI APPLICATIVI

• Accessori per costruzioni edili;
• Apparecchi medici sterilizzabili;
• Articoli casalinghi;
• Cappe e raccordi per fumi;
• Carcasse di apparecchi elettrici e carcasse per pompe;
• Componenti automobilistici, ad esempio batterie, paraurti, paraspruzzi, cruscotto, rivestimenti interni, sistemi di ventilazione, alloggiamenti di fanali e luci di posizione;
• Componenti di arredo;
• Contenitori con e senza cerniere;
• Elettrodomestici come le macchine del caffè, i tostapane, le lavastoviglie, le lavatrici ed i ventilatori ad aria calda;
• Filtri;
• Flange;
• Imballaggi e bottiglie;
• Mobili da giardino;
• Parti strutturali;
• Portautensili;
• Rivestimenti fonoassorbenti;
• Sedie;
• Serbatoi;
• Tappi e chiusure;
• Tubazioni;
• Utensili elettrici;
• Valigie.

EXTRA – DOCUMENTARIO STORICO SULLE CARATTERISTICHE DEL PP

Per concludere, vi rimandiamo al seguente LINK per la visione di un interessante documentario del 1967 sulle caratteristiche del PP – Polipropilene. È incredibile notare come, nonostante il nostro stile di vita sia profondamente cambiato, i prodotti finali realizzati oggi con questo polimero (per quanto più avanzati tecnologicamente) siano sorprendentemente analoghi a quelli impiegati più di 50 anni fa.

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