Elastomeri termoplastici Nozioni di base sulla plastica: elastomeri, termoplastici e forme miste

Cosa sono gli elastomeri termoplastici? In che modo si differenziano dai termoplastici e dagli elastomeri classici? E quali vantaggi ne derivano? Una panoramica dal mondo delle materie plastiche.

Di norma, le materie plastiche vengono classificate in tre classi in base alle loro proprietà meccanico-termiche e alla struttura polimerica di base: termoplastici, elastomeri e termoindurenti. Esiste tuttavia un’altra categoria che si colloca tra le prime due: gli elastomeri termoplastici, abbreviati in TPE.

Presentano le proprietà elastiche e gommose degli elastomeri, ma possono essere deformati dopo il riscaldamento, proprio come i termoplastici. Le materie plastiche ibride con elasticità simile alla gomma vengono utilizzate, tra l’altro, per la produzione di tubi flessibili, cappucci e tappi, semilavorati e guarnizioni. Ma come si ottiene questo «status ibrido» e quali sono le conseguenze sulle loro possibilità di impiego?

"Ibridi" costituiti da termoplastici ed elastomeri

I termoplastici, come il polipropilene (PP), una plastica di largo consumo, il polietilene (PE) o la plastica ad alte prestazioni politetrafluoroetilene (PTFE) sono costituiti dacatene polimeriche non reticolate, che quando vengono riscaldate possono scivolare l'una sull'altra. Per questo motivo i termoplastici sono fusibili e deformabili in modo reversibile entro un determinato intervallo di temperatura.

Le catene molecolari degli elastomeri, invece, sono aggrovigliate e reticolate tra loro con una struttura a maglie larghe. Sotto carico di trazione si verifica un allungamento o uno srotolamento delle catene polimeriche. Una volta cessata l’azione esterna, i filamenti polimerici ritornano allo stato preferenziale a groviglio. Gli elastomeri come la gomma naturale (NR), la gomma siliconica o la gomma etilene-propilene-diene (EPDM) presentano quindi un comportamento elastico simile a quello della gomma.

La classe degli elastomeri termoplastici può essere intesa, in termini semplici, come una combinazione di queste due classi di materiali plastici. A temperatura ambiente presentano le proprietà fisico-tecniche degli elastomeri, mentre a temperature elevate, come i termoplastici, si ammorbidiscono senza decomporsi e possono essere deformati in modo reversibile. Il processo può essere portato fino alla fusione e ripetuto praticamente un numero illimitato di volte. Quando i TPE si raffreddano nuovamente, mantengono la forma assunta allo stato ammorbidito o fuso e riacquistano i loro valori originali di elasticità e resistenza.

Struttura degli elastomeri termoplastici: combinazione di opposti

Una caratteristica distintiva della composizione del TPE è la presenza di un componente polimerico “morbido” e di uno “duro”. Questi elementi costitutivi, noti anche come sequenze, possono essere combinati tra loro in due modi:

1. Da un lato, i termoplastici e gli elastomeri possono essere facilmente miscelati tra loro. Si ottengono così miscele denominate anche miscele polimeriche o leghe elastomeriche. A seconda delle sequenze e del rapporto di miscelazione scelto, è possibile produrre materiali su misura con proprietà definite con precisione, che possono essere ulteriormente adattate mediante l'aggiunta di additivi e cariche.
2. D'altra parte, diversi monomeri possono essere polimerizzati insieme. Nel copolimero così ottenuto si alternano frazioni di monomeri termoplastici ed elastomerici. Se sono presenti almeno due blocchi omopolimerici chimicamente diversi e collegati tra loro, si tratta di copolimeri a blocchi. Nei copolimeri a innesto, invece, un componente polimerico costituisce la catena principale, sulla quale sono “innestate” diverse catene laterali dell’altro tipo di monomero.

In entrambi i tipi di copolimero, le regioni termoplastiche sono collegate tra loro in modo fisicamente reversibile tramite legami di Van der Waals. Quando vengono riscaldate, le catene molecolari rimangono sì intatte, ma le interazioni non covalenti relativamente deboli tra di esse vengono progressivamente superate e la plastica si ammorbidisce.

Grazie alla loro buona formabilità a caldo, le materie plastiche TPE possono essere lavorate con processi quali l’estrusione, lo stampaggio a iniezione e lo stampaggio per soffiaggio, ad esempio per la produzione di tubi in elastomeri termoplastici o di cordoncini circolari con elasticità simile alla gomma. Inoltre, queste materie plastiche possono essere saldate.

Classificazione dei TPE in diversi tipi

Le numerose possibilità di combinazione dei monomeri aprono la strada a un’ampia gamma di elastomeri termoplastici di rilevanza tecnica, con composizione chimica e proprietà fisiche diverse. La norma DIN EN ISO 18064, in vigore dal 2005, prevede una nomenclatura composta da tre lettere per i rispettivi tipi di polimeri. Nella pratica, tuttavia, i TPE continuano ad essere spesso contrassegnati con l’abbreviazione «TPE» seguita da una lettera maiuscola che ne indica la struttura chimico-morfologica.

Copolimeri a blocchi

• Polimeri poliuretanici termoplastici (TPE-U o TPU): I polimeri poliuretanici termoplastici sono esempi classici di copolimeri a blocchi e sono stati introdotti sul mercato già negli anni ’50. Sono costituiti da uretani alifatici o aromatici, che si alternano a blocchi di poliestere o polietere.
• Polimeri termoplastici di poliammide (TPE-A o TPA): Nei copoliammidi termoplastici, la componente rigida – costituita da unità lineari di poliammide 6 o poliammide 12 – è legata a blocchi di poliesteri o polieteri.
• Polimeri termoplastici a base di stirene (TPE-S o TPS): In questo tipo, i monomeri di stirene sono combinati in blocchi con unità di butadiene, isoprene, etilene-butilene o etilene-propilene. La struttura più comune è quella lineare di tipo A-B-A: stirene-butadiene-stirene (SBS), stirene-isoprene-stirene (SIS), stirene-etilene-butilene-stirene (SEBS) o stirene-etilene-propilene-stirene (SEPS), dove i blocchi terminali “duri” di stirene conferiscono le proprietà termoplastiche e i rispettivi blocchi centrali “morbidi” quelle elastomeriche. La durezza di questi polimeri a blocchi di stirene può essere regolata in un intervallo molto ampio.
• Polimeri poliestere termoplastici (TPE-E o TPC): Gli elastomeri copoliestere termoplastici sono copolimeri multiblocco. Nelle catene polimeriche si alternano tra loro diverse unità di poliestere oppure unità di poliestere e di polietere.

Miscele di polimeri

Le miscele polimeriche sono miscele di materie plastiche e vengono anche denominate leghe polimeriche.

• Elastomeri termoplastici poliolefinici non reticolati (TPE-O o TPO): I TPO sono sistemi bicomponenti in cui un elastomero, come ad esempio l’EPDM, è finemente disperso in una matrice poliolefinica, ad esempio in PP. La combinazione di etilene-vinilacetato (EVA) e cloruro di polivinilidene (PVDC) è un altro importante rappresentante di questo tipo.
• Miscele di poliolefine termoplastiche reticolate dinamicamente (TPE-V o TPV): I TPV, strettamente correlati ai TPO, indicano invece miscele di poliolefine reticolate chimicamente, motivo per cui vengono anche definiti vulcanizzati termoplastici. Anche in questa categoria va menzionata in primo luogo la combinazione PP/EPDM.

Per le pompe a tubi flessibili o come tubi per pompe, i tubi in EPDM/PP si sono affermati come alternativa durevole e al contempo fisiologicamente innocua ai tubi in silicone e ai tubi in FPM/FKM. A questo proposito va ricordato che anche TPX è un'abbreviazione tecnica utilizzata nel settore delle materie plastiche. Questo materiale, tuttavia, non appartiene alla famiglia dei TPE, ma è piuttosto il marchio registrato da Mitsui Chemicals Inc. per il poli-4-metilpent-1-ene, un parente stretto del polipropilene.

Caratteristiche e campi di applicazione del TPE

Gli elastomeri termoplastici si distinguono per l’elevata flessibilità e l’elevata elasticità reversibile in un ampio intervallo di temperature. La loro elevata resistenza meccanica, resistenza agli urti e resistenza all’urto con intaglio li rendono inoltre spesso più robusti rispetto all’elastomero puro o al termoplastico puro. Inoltre, presentano un’eccellente resistenza all’abrasione, caratteristica che li rende ideali per l’impiego come semilavorati, quali lastre e tappetini in gomma, e per le superfici in plastica. Inoltre, i profili in TPE trovano applicazione come guarnizioni e protezioni per spigoli in alloggiamenti in plastica, nell’industria automobilistica, nell’elettrotecnica, nell’industria alimentare e in quella farmaceutica.

La loro resistenza chimica può essere adattata in modo molto specifico scegliendo i rispettivi monomeri costituenti. Ad esempio, la durezza Shore può essere ridotta aumentando la percentuale di elastomero, ottenendo così una plastica più morbida. Poiché per questo non è necessario ricorrere a plastificanti, i TPE sono particolarmente adatti alla produzione di tubi in gomma. Gli elastomeri termoplastici vengono quindi utilizzati come materiale di base per tubi adatti al contatto con gli alimenti o per tubi destinati al settore medico. A titolo esemplificativo si possono citare i tubi in TPE-S per la tecnologia medica e farmaceutica o i tubi in TPE-E per il settore alimentare e farmaceutico di Reichelt Chemietechnik. Il partner specializzato in forniture per laboratori, tubi flessibili e tecnologia delle guarnizioni offre una vasta gamma di prodotti di alta qualità realizzati in elastomeri termoplastici.

Gli elastomeri termoplastici vengono utilizzati anche per la produzione di molti articoli domestici e di uso quotidiano, come suole per scarpe, impugnature “soft-touch” per spazzolini da denti, manici per utensili o giocattoli per bambini. Le applicazioni più comuni si riscontrano tuttavia nel settore automobilistico; a livello mondiale, oltre un terzo dei materiali TPE prodotti viene utilizzato nell’industria automobilistica. Negli interni, ad esempio, vengono utilizzati come rivestimenti interni e rivestimenti a iniezione di maniglie e pulsanti per garantire una migliore sensazione al tatto, mentre per gli esterni vengono utilizzati per realizzare guaine per cavi, guarnizioni, cornici dei finestrini, soffietti e ammortizzatori.