Rassegna internazionale di scienza e tecnologia

Più di dieci riviste esaminate

Ventunesima puntata della rubrica dedicata agli articoli di stampa estera selezionati dal comitato di redazione di Elastica, composto da Fabio Bacchelli, Rino Gilotta e dal team di Cerisie, coordinati da Maurizio Galimberti

ELASTOMERI DI POLIESTERE A BASE BIOLOGICA Testata: Gummi Fasern Kunststoffe, 3, 33 (2022) Titolo originale: Biobasierte Polyesterelastomere Autori: Ali Golriz, Philipp Martschin, Roland Klein, Leonhard Perko, Janis Karl

A CURA DI FABIO BACCHELLI

Fino a oggi sono mancate valide alternative sostenibili alla gomma naturale (NR) o alle gomme sintetiche derivate dal petrolio. Il punto principale in tale contesto è rappresentato dallo sviluppo di miscele elastomeriche in cui gomme e additivi siano realizzati con materie prime bioderivate e sostenibili, pur mantenendo proprietà competitive rispetto agli elastomeri convenzionali. Le materie prime adatte allo scopo devono essere rinnovabili, disponibili a livello regionale e presenti in grande quantità. Per creare un’alternativa a base biologica della gomma naturale è necessario realizzare un polimero con bassa temperatura di transizione vetrosa e in grado di generare un reticolo di vulcanizzazione con particolari caratteristiche. Una possibile soluzione potrebbe essere rappresentata dall’utilizzo di molecole multifunzionali, le cui caratteristiche di reticolazione possono essere ottenute lavorando sulla reattività dei vari gruppi funzionali. Un tale approccio richiederebbe, tuttavia, lo sviluppo di nuove tecnologie. Appare quindi più vantaggioso utilizzare materie prime compatibili con gli attuali processi di trasformazione, inclusi quelli delle gomme sintetiche, in modo tale da facilitare i processi di scale-up e l’industrializzazione dei prodotti. L’obiettivo è quello di sintetizzare un polimero lineare, con bassa temperatura di transizione vetrosa e contenente doppi legami, in modo da poter utilizzare sistemi di reticolazione convenzionali come zolfo e perossido. Un’interessante via per ottenere elastomeri bioderivati con le caratteristiche desiderate, è rappresentata dalla sintesi di gomme a base di poliestere, poiché è disponibile un gran numero di acidi dicarbossilici e dioli adatti allo scopo. Sono stati ottenuti, per esempio, bioelastomeri con proprietà meccaniche promettenti e buona processabilità utilizzando acido sebacico, acido succinico, acido itaconico, 1,3-propandiolo e 1,4-butandiolo: tutti prodotti chimici derivati da materie prime rinnovabili. La lunga catena alifatica dell’acido sebacico consente di raggiungere una bassa temperatura di transizione vetrosa e l’utilizzo di acido itaconico consente di poter dar luogo a una reticolazione tradizionale, introducendo doppi legami nel polimero. Successivi studi sono stati dedicati alla ricerca di monomeri alternativi. L’acido sebacico, derivato dall’olio di ricino di origine tropicale, è stato sostituito dall’acido azelaico ottenibile da fonti alternative disponibili a livello regionale, come colza o girasole. L’indagine dei composti ottenuti mostra una bassa

Fabio Bacchelli, direttore tecnico Tyre di Versalis

temperatura di transizione vetrosa (circa -58°C) e l’assenza di un picco di cristallizzazione, unitamente a un peso molecolare medio e a un’indice di polidispersità paragonabili a quelli dei materiali sintetizzati in passato. Altri studi hanno portato alla sostituzione dell’acido itaconico con l’acido fumarico, portando a materiali che mantengono l’assenza di cristallizzazione, una temperatura di transizione vetrosa di -55°C e una distribuzione dei pesi molecolari più stretta rispetto ai casi precedenti. Da un punto di vista applicativo, sono stati ottenuti elastomeri con durezza rispettivamente di 50 Shore A (acido azelaico) e 60 Shore A (acido azelaico e fumarico). Entrambi questi elastomeri mostrano buona resistenza agli oli e agli idrocarburi alifatici. La possibilità di creare elastomeri a partire da poliesteri rappresenta, quindi, un’importante opportunità tecnologica. Attraverso la variazione degli acidi carbossilici e degli alcoli coinvolti possono essere sintetizzati materiali dotati di uno specifico profilo di proprietà. Gli elastomeri a base di poliestere possono essere sviluppati in analogia con le classiche gomme sintetiche e, grazie alla loro struttura, risultano anche potenzialmente biodegradabili.

GUARNIZIONE PER ACQUA POTABILE A BASE DI EPDM Testata: Gummi Fasern Kunststoffe, 12, 520 (2021) Titolo originale: Trinkwasserdichtung auf EPDM-Basis Autori: K. Müller, H. Oggermüller, T. Brandmeier

L’acqua potabile è uno degli alimenti sottoposti a maggiori controlli, in quanto anche una minima contaminazione può risultare dannosa per la salute. Di conseguenza, esistono norme stringenti che regolano la scelta degli ingredienti utilizzati nella fabbricazione delle guarnizioni adatte a questo particolare settore. In particolare, la normativa tedesca, secondo UBA, fornisce un elenco di sostanze completamente valutate (parte 1), sostanze non completamente valutate (parte 2) e gomme (parte 3). Tra le cariche rinforzanti, il nerofumo viene frequentemente utilizzato nella produzione di guarnizioni a contatto con acqua potabile, anche se si tratta di un ingrediente soggetto a elevate fluttuazioni di prezzo e con un trend di costo in significativo aumento sul lungo termine. In aggiunta, esistono per il nerofumo alcuni aspetti critici, il principale dei quali riguarda il contenuto di idrocarburi policiclici aromatici. In tale contesto, lo studio citato nell’articolo di Gummi Fasern Kunststoffe vuole proporre l’uso di terra silicea di Neuburg (una miscela di acido silicico e caolinite lamellare) come possibile alternativa in mescola. La struttura unica di questo filler offre potenziali vantaggi in termini di proprietà del compound, unitamente a un’interessante riduzione dei costi. La formulazione scelta, in accordo con la parte 1 e 3 della normativa UBA, si basa su EPDM e rappresenta una ricetta con reticolazione a perossido di durezza 70 IRHD. Il nerofumo (qui 80 phr di Purex HS 45, a ridotto contenuto di IPA) viene gradualmente sostituito in ragione del 25%, 37% e 50% con terra silicea di Neuburg del tipo Sillitin Z 86 e/o Aktisil VM 56. Aktisil VM 56 è una forma attivata di Sillitin Z 86, in cui la superficie è stata modificata con un gruppo funzionale di natura vinilica. La mescola viene preparata utilizzando un mescolatore interno. Il tempo di vulcanizzazione a 180°C è calcolato secondo la regola t90 + 10%. Tutti i test sul compound sono realizzati secondo le norme DIN e ISO. I risultati dei test mostrano evidenti vantaggi legati all’uso di Aktisil VM 56 rispetto al nerofumo, a cui vanno aggiunti: una chiara riduzione dei costi, una minore viscosità del compound e un minor tempo di vulcanizzazione (t90). I requisiti della norma vengono garantiti fino alla sostituzione del 50% del nerofumo con terra silicea. Utilizzando Sillitin Z 86, la riduzione dei costi è più pronunciata e si osserva, inoltre, un effetto positivo sulla resistenza alla lacerazione, unitamente alla diminuzione della viscosità Mooney e al ridotto tempo di vulcanizzazione. In questo caso, i requisiti della norma vengono mantenuti soltanto con una sostituzione del nerofumo pari al 25%. Incrementando la sostituzione al 37%, si rende necessario un tempo di vulcanizzazione più lungo al fine di mantenere i requisiti del compression set e dell’allungamento a rottura dopo invecchiamento in aria. Salendo al 50% si raggiunge il massimo vantaggio in termini di costo, ma si rende necessaria l’ottimizzazione della ricetta. Un possibile suggerimento in questo senso può essere rappresentato, per esempio, dalla sostituzione dell’antiossidante BPH con TMQ.