Cosa si intende per degrado dei polimeri riciclati: biologico, ossidativo, foto-degradazione e termico?

di Marco Arezio

Negli anni dal dopo guerra in poi, le materie plastiche hanno preso sempre più mercato andando a sostituire prodotti fatti con altre tipologie di materiali in quanto si evidenziarono subito gli innumerevoli vantaggi che questo nuovo materiale portava.

Tra i vantaggi delle materie plastiche che si possono sottolineare, troviamo la leggerezza, la facilità di lavorazione, la possibilità di colorazione e il basso costo di produzione.

In realtà in quegli anni ci siamo concentrati sui vantaggi indiscussi delle materie plastiche senza approfondire le questioni che ne determinavano il loro degrado.

Oggi, con la grande esperienza che gli utilizzatori e i produttori di materie plastiche hanno acquisito, possiamo bilanciare vantaggi e svantaggi di un materiale così innovativo.

Possiamo classificare gli svantaggi tra interni ed esterni:

Svantaggi Interni

• modificazione chimiche e fisiche
• processo di produzione del polimero
• reattività chimica degli additivi

Svantaggi Esterni

• variazioni termo-igrometriche
• esposizione ai raggi UV
• agenti inquinanti
• calore
• microrganismi
• ossigeno
• cause accidentali

Inoltre, la degradazione può essere di tipo fisico che chimico. Nel degrado fisico si può notare un aumento della cristallinità e di conseguenza della densità, con la nascita di tensioni interne, fessurazioni e deformazioni.

Quello chimico, che avviene a livello molecolare, in base all’agente degradante, va ad influenzare le catene polimeriche con una perdita di coesione e una diminuzione del peso molecolare.

DEGRADO OSSIDATIVO DELLE MATERIE PLASTICHE

Nonostante la degradazione dei polimeri organici e inorganici sotto l’effetto dell’ossigeno sia molto lenta, questa provoca il rilascio di sostanze chimiche che portano all’auto-catalizzazione del polimero stesso, cioè, gli agenti chimici frutto della degradazione attaccano a loro volta la catena polimerica, attivando un processo autodistruttivo.

Inoltre, se questa fase viene interessata dalla formazione di radicali liberi per azione del calore o della luce, allora la reazione tra il polimero e l’ossigeno aumenta la velocità di scissione delle catene, che porta alla reticolazione e alla formazione di elementi volatili.

Questo processo viene chiamato foto-ossidazione o termo-ossidazione, a seconda se il fattore scatenante sia stata la luce o il calore. Le conseguenze dirette sulla qualità del polimero si possono notare attraverso la riduzione delle proprietà meccaniche, specialmente per quanto riguarda l’elasticità e la resistenza alla rottura.

DEGRADO BIOLOGICO DELLE MATERIE PLASTICHE

Per degrado biologico si intende l’attacco da parte di funghi e batteri sui alcuni polimeri, specialmente quelli di derivazione naturale. Questi sono soggetti al fenomeno della Idrolisi, che può espone il polimero, in presenza di un alto tasso di umidità, alla rottura delle catene.

Per bloccare il degrado si può optare per una conservazione in un ambiente privo di ossigeno, ma è necessario conoscere bene l’origine del polimero in quanto non è un trattamento universalmente valido.

DEGRADO TERMICO DELLE MATERIE PLASTICHE 

Il fenomeno della degradazione termica è causato dalla presenza di idrogeni mobili nella catena o dall’attività radicalica che vengono innescati dal calore, causando la rottura della catena con la formazione di rotture e la produzione di elementi volatili.

La mancanza di ossigeno porta alla depolimerizzazione della catena che avviene in tre fasi dissociative: iniziazione, trasferimento molecolare e propagazione.

Per aumentare la resistenza chimica dei polimeri al degrado termico la soluzione migliore è l’aggiunta di additivi in fase di produzione.

FOTO-DEGRADAZIONE DELLE MATERIE PLASTICHE 

Il fenomeno di foto-degradazione avviene quando il polimero è soggetto all’influenza dei raggi UV nel range di lunghezza d’onda tra 290 e 400 nm.

A livello atomico sappiamo che le radiazioni di luce funzionano come flusso di particelle, nello specifico i fotoni, che entrando in contatto con le molecole dei materiali e, in certe condizioni, possono interagire passando da uno stato di bassa energia ad uno ad alta eccitazione energetica.

Questi particolari flussi e movimenti si definiscono come Foto-fisici e/o Foto-chimici. Nel primo caso non intervengono modificazioni chimiche tra le molecole dei polimeri, mentre per il processo di Foto-chimica, esistono possibilità che le molecole alterino la loro caratteristica chimica in virtù della presenza di una abbondante energia.

In alcune macromolecole sintetiche, l’energia dei fotoni contenute nelle radiazioni UV hanno la facoltà di provocare rotture dei legami covalenti.

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