Influenza di compatibilizzanti nella solidificazione da fuso di miscele incompatibili Polipropilene e Poliammide -6 (PP/PA-6)

La possibilità di realizzare materiali che possiedano caratteristiche fisico - meccaniche intermedie tra quelle di due differenti materiali, per le più svariate applicazioni tecno-meccaniche, è oggetto di studio della moderna scienza dei materiali.
In quest’ottica una delle aree di sviluppo applicativo più interessante è quella delle miscele fisiche di polimeri (leghe polimeriche), materiali ottenuti per omogeneizzazione da fuso di polimeri di differente natura chimica.
Le proprietà reologiche e meccaniche di una miscela di polimeri dipendono certamente dalle caratteristiche dei singoli polimeri puri, dalla composizione della miscela, dalla compatibilità o meno dei polimeri in essa presenti, dal grado di dispersione e di omogeneizzazione dalle dimensioni delle particelle disperse, quest’ultime dipendenti delle condizioni di miscelazione.
Le miscele polimeriche di poliolefine e poliammide sono caratterizzate dall’ incompatibilità delle due fasi, dovuta alle differenti strutture chimiche dei due polimeri che si traduce in una significativa differenza di energia interfacciale tra i due polimeri che quindi risultano completamente immiscibili. La scarsa adesione interfacciale ne impoverisce le caratteristiche morfologiche e reologiche in quanto si crea, all’interfaccia tra le due fasi, una zona “vuota” con una significativa diminuzione di viscosità e di densità. Negli ultimi anni si sono intensificati gli sforzi tendenti a migliorare le caratteristiche della miscela, aggiungendovi un terzo componente, in piccole dosi, al fine di ridurre la differenza di energia interfacciale tra le due fasi. Si dice che la miscela è compatibilizzata. Un compatibilizzante è una delle due fasi sottoposta ad un trattamento di funzionalizzazione che, aggiungendo parti per milioni di una specie chimicamente solubile nell’altra fase, rende il copolimero miscibile nell’altra fase. In questo lavoro sono stati presi in considerazione due tipi di compatibilizzante la cui matrice è costituita da polipropilene funzionalizzato in uno con Anidride Maleica ed in un altro con Acido Acrilico. Il copolimero funzionalizzato si dispone all’interfaccia tra le due fasi aumentando la resistenza alla separazione tra le due fasi.
In molte delle comuni operazioni di trasformazione, le velocità di raffreddamento cui il materiale viene sottoposto possono essere molto elevate. Nel processo di stampaggio ad iniezione, il polimero fuso viene iniettato all’interno di uno stampo freddo, ne consegue un raffreddamento veloce delle superfici del manufatto a diretto contatto con lo stampo, che genera, data la bassa conduttività termica del materiale polimerico, una inevitabile disuniformità del grado di cristallinità e delle proprietà meccaniche dell’oggetto finito.
Per una più approfondita conoscenza delle proprietà morfologiche del materiale e nell’ottica di una caratterizzazione dei manufatti ottenuti nei processi di trasformazione descritti, si è allora ritenuto opportuno estendere lo studio della cinetica alle alte velocità di raffreddamento, da qualche decina di gradi al secondo fino a circa 1000 °C/sec.
In questo lavoro si è inteso caratterizzare la solidificazione di miscele a matrice Polipropilenica (60%) ed elevato contenuto di Poliammide (40%) compatibilizzata con copolimeri Polipropilene funzionalizzato con anidride Maleica e Polipropilene e acido Acrilico, valutando gli effetti del compatibilizzante sulle rispettive cinetiche di cristallizzazione, sulla densità della miscela, sulle caratteristiche morfologiche ad elevate velocità di raffreddamento come in genere nei processi industriali.
La solidificazione di miscele PP/PA-6 compatibilizzate e non è stata studiata in un ampio campo di velocità di raffreddamento.
La morfologia mostra una migliore attitudine a compatibilizzare da parte del polipropilene funzionalizzato con anidride maleica rispetto a quello con acido acrilico con una sensibile diminuzione di volume vuoto dovuto alla riduzione degli effetti di coalescenza e ad una migliore omogeneizzazione della miscela compatibilizzata rispetto a quella non compatibilizzata ed una densità delle miscele compatibilizzate sensibilmente più elevate rispetto a quella della miscela non compatibilizzata.
Il semplice modello introdotto durante la discussione dei risultati, ci consente di ipotizzare un andamento delle curve di densità per la miscela non compatibilizzata tenendo conto di tali effetti di “congelamento” e trascurando fenomeni di accelerazione della cristallizzazione di cui sopra si è detto.
Se si ipotizza che l’azione del compatibilizzante si ripercuote solo sul volume vuoto riducendolo drasticamente, il modello dei dati di cui sopra ci da una curva che qualitativamente approssima quello delle miscele compatibilizzate, mantenendosi a valori sensibilmente più bassi dimostrando quindi che nelle miscele compatibilizzate assume particolare rilievo gli effetti della nucleazione all’interfaccia.