Le gomme vulcanizzate, grazie alle loro eccellenti proprietà meccaniche, chimiche e fisiche, sono da lungo tempo utilizzate per produrre oggetti di largo impiego quali, ad esempio, le suole delle scarpe, pneumatici, guarnizioni, etc. La deformabilità reversibile delle gomme è forse la loro caratteristica più evidente; tuttavia ad essa si combinano, in funzione delle specifiche esigenze, elevata resistenza chimica e termica (o-ring di tenuta), resistenza alla abrasione ed agli agenti atmosferici (mescole per pneumatici, suole, rulli), durezze variabili in un ampio intervallo. Il costo delle gomme vulcanizzate può variare anche sensibilmente con le caratteristiche dei materiali, offrendo una ampia scelta di prodotti con il miglior compromesso tra prestazioni e prezzo.
Il più importante limite delle gomme vulcanizzate risiede nella loro natura di polimeri termoindurenti, quindi nel loro processo di sintesi, noto come reticolazione o vulcanizzazione.
La vulcanizzazione è un processo chimico irreversibile che trasforma le materie prime nelle gomme, fissandone la forma in modo permanete. Tale processo deve quindi necessariamente essere portato a termine nello stampo che da la forma al prodotto, sia esso uno pneumatico o la suola di una scarpa. È anche possibile vulcanizzare le gomme in forme semplici quali lastre e tubi, successivamente lavorate meccanicamente: ad esempio dai fogli di gomma vulcanizzata si possono ricavare, per taglio, delle guarnizioni.
L’irreversibilità del processo di vulcanizzazione rende assai difficile riciclare il prodotto in gomma a fine vita: si pensi al caso della gomma presente negli pneumatici. Inoltre le gomme, al contrario dei materiali termoplastici, possono presentare una certa discontinuità nelle caratteristiche del materiale vulcanizzato.
La ricerca di materiali alternativi alle gomme vulcanizzate ha portato a sviluppare una classe di materiali, gli elastomeri termoplastici (TPE), che rappresentano un compromesso tra le proprietà delle gomme vulcanizzate e la lavorabilità dei termoplastici, i.e. possono essere fuse. I TPE identificano una famiglia di materiali le cui caratteristiche meccaniche si avvicinano a quelle delle gomme vulcanizzate, mantenendo la lavorabilità dei termoplastici.
La possibilità di trattare i TPE come un qualsiasi polimero termoplastico permette di utilizzare ben consolidate tecniche di estrusione e stampaggio per sviluppare prodotti altamente competitivi sia in termini di proprietà che di processo di produzione. I TPE possono quindi essere utilizzati per preparare delle mescole con additivi comuni per sviluppare prodotti di fascia media, oppure possono essere miscelati a nanocariche per raggiungere prestazioni elevate per applicazioni speciali. Ad esempio, nella pratica comune, è già possibile introdurre nancariche nelle mescole polimeriche, realizzando quindi TPE nanocompositi le cui proprietà possono essere definite attraverso la composizione delle mescole.
I TPE sono da tempo oggetto di grande attenzione da parte di produttori ed end users: la possibilità di sostituire le gomme vulcanizzate con i TPE ha spinto i produttori di materiali polimerici a investire nella ideazione e commercializzazione di mescole TPE sempre più performanti, in grado di soddisfare le richieste di un mercato sempre più esigente.
Recentemente, diversi produttori di TPE, resi sensibili dalle richieste di mercato e spinti da regolamenti e leggi sempre più attente alla sostenibilità ambientale, hanno sviluppato TPE da fonti rinnovabili e/o biodegradabili. I TPE da fonti rinnovabili, riducendo la dipendenza dal petrolio come materia prima, riducono il fabbisogno di petrolio e, contemporaneamente, sono meno sensibili, in termini di prezzo, all’oscillazione dalle quotazioni del greggio.
I TPE biodegradabili possono essere dismessi senza danno per l’ambiente.
Il mercato, attraverso i molti produttori di TPE presenti in tutto il mondo, offre una ampia scelta di TPE di diversa tipologia, coprendo un ampio intervallo di fasce di prezzo e prestazioni.
Molte delle grandi industrie produttrici di polimeri hanno una loro gamma di TPE (ad esempio DOW, Bayer, BASF, DuPont RTP, DAIKIN, etc.). Una presentazione esaustiva dei produttori e dei TPE disponibili sul mercato va al di la dello scopo informativo di questo articolo, ma chi volesse approfondire l’argomento potrà farlo agevolmente, eventualmente iniziando dai database gratuiti quali, ad esempio:
– http://www.campusplastics.com/
Una rapida visione dei contenuti presenti nei database da immediatamente la misura della vastità di produttori e di TPE presenti sul mercato. Risulta quindi difficile indirizzarsi con sicurezza verso un prodotto. Non è infrequente, soprattutto nella fascia di prezzo/prestazioni media, che materiali sviluppati da produttori diversi presentino caratteristiche al quanto simili. Tuttavia la scelta di fornitore e materiale non può limitarsi a considerazioni puramente economiche: le regolarità nell’approvvigionamento ed il supporto al cliente risultano spesso fattori importanti quanto le caratteristiche tecniche ed il mero costo, soprattutto per i TPE di alta gamma. Questi ultimi garantiscono eccellenti prestazioni in condizioni operative relativamente severe. In quest’ultimo settore relativamente di nicchia ci sono alcuni eccellenti esempi, tra cui alcuni TPE fluorurati, che hanno ottima stabilità in un elevato intervallo di temperatura, estrema flessibilità e resistenza chimico–fisca.
Anche i TPE basati su fonti rinnovabili stanno rapidamente crescendo in termini qualitativi, diventando sempre più attrattivi per il mercato: diventa quindi possibile coniugare in un prodotto tecnologicamente avanzato anche gli aspetti di sostenibilità che stanno progressivamente diventando importanti, anche da un punto di vista di marketing.
La scelta del TPE adatto ad una particolare applicazione è una fase complessa e molto importante del processo produttivo, che necessita di una buona conoscenza della tecnologia e del mercato dei TPE relativamente a produttori e prodotti. Per chi non disponesse di tale know-how potrebbe essere utile, nello sviluppo di un nuovo prodotto basato sulla tecnologia dei TPE, appoggiarsi ad un servizio esterno per una prima fase esplorativa dei materiali.
Possiamo concludere questo articolo con qualche esempio applicativo dove i TPE hanno con successo sostituito le gomme vulcanizzate: i) i pomelli per la leva del cambio delle auto e altri elementi interni che devono avere buona resistenza all’abrasione garantendo appeal estetico e costi contenuti, ii) le guaine per tubi pneumatici o per cavi elettrici, dove le proprietà chimico-fisiche e le proprietà antifiamma sono indispensabili, iii) in ambito tessile, i TPE sono usati per ricoprire tessuti tecnici, incrementandone la resistenza agli agenti atmosferici.
Andrea Castrovinci, PhD
Istituto CIM per la Sostenibilità nell’Innovazione
Dipartimento Tecnologie Innovative – SUPSI
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