i polimeri - Federchimica

Laura Giuliani
Simona Foddai
Valeria Ayala
Luna Ciarrocca
Mattia Giovannoni
CHE COSA SONO I POLIMERI??
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Un polimero è una macromolecola, ovvero una molecola dall'elevato peso
molecolare, costituita da un gran numero di gruppi molecolari secondari,
uguali tra loro o diversi, uniti "a catena" mediante la ripetizione dello stesso
tipo di legame (covalente).
Nella descrizione dei polimeri, si introducono i termini "unità ripetitiva" e
"monomero", che però non sono sinonimi: infatti un'unità ripetitiva è una
parte di una molecola o macromolecola, mentre un monomero è una
molecola composta da un'unica unità ripetitiva. Nel seguito, quando si parla
di "monomeri" s'intendono dunque i reagenti da cui si forma il polimero
attraverso la reazione di polimerizzazione.
Per definire un polimero bisogna conoscere:
la natura dell'unità ripetitiva;
la natura dei gruppi terminali, ossia le unità che si trovano agli estremi della
macromolecola;
la presenza di ramificazioni e/o reticolazioni;
gli eventuali difetti nella sequenza strutturale che possono alterare le
caratteristiche meccaniche del polimero.
Esempio di polimerizzazione
POLIMERIZZAZIONE
MONOMERI
UNITÀ
RIPETITIVA
POLIMERO
POLIMERIZZAZIONE
ETILENE
POLIETILENE
LEGAME COVALENTE
TIPI DI POLIMERI
Esaminiamo due tipi di polimeri: naturali e sintetici.
I polimeri naturali
Ci sono svariati tipi di polimeri naturali. Tra questi, ricordiamo l’RNA e il DNA
che sono fondamentali nella genetica e nei processi vitali.
Infatti l’RNA messaggero è quello che rende possibile la sintesi dei peptidi
(piccole sequenze di amminoacidi alla base delle proteine), delle proteine e
dei degli enzimi (proteine che catalizzano una reazione biologica).
Gli enzimi sono un supporto per la chimica negli organismi viventi e i peptidi
formano alcuni dei componenti strutturali più interessanti della pelle, dei capelli
e perfino delle corna.
Altri polimeri naturali comprendono i polisaccaridi (polimeri dello zucchero) e i
polipeptidi come seta, cheratina e capelli. Anche la gomma è un polimero
naturale, costituito esclusivamente da carbonio e idrogeno.
Enzima in azione
Molecola di DNA
Monosaccaride
costitutivo
Polisaccaride
Macromolecola di gomma siliconica
TIPI DI POLIMERI
I polimeri sintetici
Il primissimo polimero sintetico è stato naturalmente il cuoio, un polimero naturale
modificato. Si tratta di una forma reticolata artificialmente delle proteine che si
trovano nella pelle degli animali. La concia della pelle è stata scoperta migliaia di
anni fa.
Polimeri sintetici che comparvero un po’ più tardi sono derivati di un polimero
naturale, la cellulosa, che si trova nel legno, nel cotone, e nella carta, e che è
stato modificato chimicamente. Tali polimeri hanno un posto particolare nella storia
del polimero poiché la loro invenzione, in modi diversi, è stata la molla che ha dato
il via all'invenzione dei polimeri sintetici che continua tutt'oggi. Gli scienziati hanno
iniziato a produrli nella seconda metà del diciannovesimo secolo, molto prima di
sapere effettivamente cosa fosse un polimero.
Concia della pelle, antico e inconsapevole
metodo di produzione di un polimero sintetico
Fibre di cellulosa
Le Materie plastiche
Le materie plastiche sono materiali organici o semiorganici ad elevato peso
molecolare, cioè costituite da molecole con una catena molto lunga
(macromolecole), che determinano in modo essenziale il quadro specifico delle
caratteristiche dei materiali stessi.
Le materie plastiche possono essere costituite da polimeri puri o miscelati con
additivi o cariche varie. I polimeri di base sono essenzialmente di origine sintetica,
cioè derivati dal petrolio, ma vi sono anche materie plastiche sviluppate partendo
da una matrice naturale.
La IUPAC (Unione internazionale di chimica pura e applicata) nel definire le
materie plastiche come "materiali polimerici che possono contenere altre sostanze
finalizzate a migliorarne le proprietà o ridurre i costi", raccomanda l'utilizzo del
termine polimeri al posto di quello generico di plastiche.
termoplastici, termoindurenti
ed elastomeri
I materiali polimerici puri si dividono in:
termoplastici: acquistano malleabilità, cioè rammolliscono, sotto l'azione del
calore; possono essere modellati o formati in oggetti finiti e quindi per
raffreddamento tornano ad essere rigidi; tale processo può essere ripetuto tante
volte ⇒ materie plastiche propriamente dette
termoindurenti: dopo una fase iniziale di rammollimento per riscaldamento,
induriscono per effetto della reticolazione; nella fase di rammollimento per effetto
combinato di calore e pressione risultano formabili; se vengono riscaldati dopo
l'indurimento non tornano più a rammollire, ma si decompongono
carbonizzandosi; ⇒ resine
elastomeri: presentano elevata deformabilità ed elasticità ⇒ gomme
termoplastici
termoindurenti
elastomeri
Noi e i polimeri…
La natura, nelle organizzazioni più complesse, utilizza
le macromolecole: siamo fatti di polimeri
Molto prima che esistesse la plastica ed i polimeri sintetici,
tantissimi anni addietro, fino all'inizio della vita sulla terra,
la natura utilizzava i polimeri naturali per rendere possibile
la vita.
Dove li possiamo trovare?
Sono ovunque ! Nei carboidrati ,nelle
proteine, nei muscoli, nella pelle, nelle
cellule, nelle ossa ..nel DNA…
Noi e i polimeri…i carboidrati
I carboidrati o glucidi (= dolce): prima sorgente di
energia per gli organismi.
carboidrati
monosaccaridi
polisaccaridi
Noi e i polimeri…i carboidrati
Monosaccaridi = singolo zucchero
caratteristiche e reattività
determinate dai gruppi funzionali
- Gruppo alcolico -OH
-gruppo aldeico –CHO
-gruppo chetonico C=O
A seconda del numero di atomi di
carbonio si dividono in:
- Triosi
- Pentosi
-tetrosi
-esosi
Noi e i polimeri…i carboidrati
Polisaccaridi = più zuccheri
sostegno
Hanno funzione di
cellulosa : costituita da
un gran numero di
molecole di glucosio
riserva
energetica
Amido composto da
due polimeri:
amilosio (che ne
costituisce circa il 20%)
amilopectina (circa
l'80%)
Noi e i polimeri…il DNA
Le informazioni per la
riproduzione cellulare
contiene
Le informazioni per la
sintesi delle proteine
Avviene nel
CITOPLASMA
DNA
NUCLEO
RNA
messaggero
1 - Trascrizione
A ogni tre basi sulla molecola
di DNA (tripletta) corrisponde
un certo amminoacido. Un
tratto di DNA che codifica
per una determinata proteina
è chiamato gene.
Determinano la struttura
primaria delle proteine,
cioè la sequenza degli
amminoacidi
proteina
2 - Traduzione
GENE
Noi e i polimeri…il DNA
struttura del DNA: doppia elica
due filamenti appaiati di DNA che
formano una microscopica e lunga scala
a chiocciola i cui gradini sono le quattro
basi A, G, C e T (adenina, guanina,
citosina e timina).
Gli accoppiamenti delle basi : l’adenina
si lega solo con la timina (A·····T) e la
guanina soltanto con la citosina (G·····C)
Noi e i polimeri…le proteine
1 - vi presentiamo gli aminoacidi
Famiglia di molecole che hanno una
estremità acida e una basica
alcuni
Li sintetizziamo
altri
Li mangiamo
Gli aminoacidi si legano tra di loro per le estremità
CATENE
PEPTIDICHE
Le catene di aminoacidi si
piegano in una materia
particolare formando delle
proteine contenenti migliaia
di aminoacidi
LIVELLI DI
ORGANIZZAZIONE
Noi e i polimeri…le proteine
LINEARI
TRIDIMENSIONALI
• NUMERO
• TIPO
• DISPOSIZIONI
ATTIVITA’
BIOLOGICA DA
SVOLGERE
Noi e i polimeri…le proteine
STRUTTURA PRIMARIA
E’ una sequenza ordinata degli
aminoacidi, determina sia la forma che
la funzione che essa svolge
STRUTTURA SECONDARIA
La proteina si ripiega creando una
struttura ad α-elica o foglietto β (la loro
disposizione nello spazio)
Noi e i polimeri…le proteine
STRUTTURA TERZIARIA
La proteina si ripiega ancora su
se stessa (forza attrattiva)
Noi e i polimeri…le proteine
STRUTTURA QUATERNARIA
la struttura è costituita da due o
più subunità distinte, che si
associano fra loro mediante
deboli legami elettrostatici
Se però alle «nostre»
proteine cambiamo
alcune proprietà quali
temperatura e acidità
dell’ambiente nel quali si
trovano,
Le molecole proteiche
cambieranno forma,
perché la conformazione
nativa non è più «la forma
giusta».
DENATURAZIONE
1) Versare 250 ml di latte intero in
un baker. In questo momento il
PH del latte è debolmente acido
(tra 6 e 7)
2) Far passare la temperatura del latte
da 20° di temperatura ambiente a
50° tramite la piastra riscaldante e
utilizzando un termometro con
sonda per tenere sotto controllo la
temperatura
3) Aggiungere al latte riscaldato 40
ml di aceto. A questo punto si
noterà
il
separarsi
della
caseina,
che galleggia sopra il
siero
4) Con l’ausilio del colino filtrare la
caseina dal siero, in un altro baker. Il
PH del siero ora è intorno a 4-5 .
Dalla caseina alla galalite
La caseina può essere resa insolubile
per immersione in formaldeide.
Brevetto
di
Friedrich
Adolph
Spitteler
e Wilhelm Krische : la
GALALITE
La galalite fu usata negli anni trenta per
articoli di gioielleria, penne, manici
d'ombrello, i tasti bianchi del pianoforte,
bottoni.
Si racconta che fu un gatto che, urtando casualmente una bottiglia
contente formaldeide il cui contenuto finì nella sua ciotola del latte, a
suggerire a Spitteler l’uso di tale reagente
Nel corso della storia, l’uomo ha tentato prima di imitare la
natura (
) e poi di inventare strutture
nuove (
). Lo scopo, in entrambi i casi, era
quello di ottenere
La plastica è un materiale molto antico, infatti esistono
materie plastiche naturali ricavate da elementi come il
corno, la tartaruga, l’ambra, la lacca e la gommalacca.
Questi sono stati utilizzati dall’uomo da secoli
I primi esperimenti per ottenere materie plastiche
semisintetiche ebbero luogo nel XIX secolo. Nel 1862
, ma non riscosse molto
venne inventata la
, che
successo. Nel 1869 venne inventata la
venne utilizzata per produrre i colletti delle camicie, le
palline da ping-pong e dai dentisti per produrre le
impronte dentali
Nel 1909 nacque la
, la prima plastica
interamente artificiale. Fu usata nella produzione
industriale di vari oggetti. Nel 1920 nacque la formica.
.
Nel 1963 Giulio Natta inventò il
 XIX secolo  vennero effettuati i primi esperimenti in Inghilterra e
Stati Uniti.
 1862  l’inglese Alexander Parkes inventò la parkesina, costituita da:
cellulosa, acidi e sostanze oleose. Essa venne inventata allo scopo di
sostituire il corno e l’avorio, che si stavano esaurendo ed erano inoltre
costosi.
 1869  John Wesley Hyatt inventò la celluloide costituita da:
cellulosa, canfora e acidi. venne inventata allo scopo di sostituire
l’avorio, caro e costoso. La celluloide venne utilizzata per produrre:
colletti delle camicie, palline da ping-pong e gli impianti per i denti.
 1909  nacque la prima plastica sintetica interamente artificiale, la
bachelite, creata dal chimico belga Leo Baekeland.
 1920  invenzione della formica, utilizzata maggiormente nelle
industrie di vari oggetti e per i piani delle cucine.
 1930  vi erano già 16 tipi di plastiche, molte delle quali derivanti dal
petrolio.
 1950-60  ormai erano diffuse le plastiche di vario tipo.
 1963  Giulio Natta vince il premio Nobel per il propilene, che
divenne insostituibile; la ricerca era ormai attivissima.
L'alto peso molecolare che i polimeri sono in grado di
raggiungere conferisce loro proprietà meccaniche e tecniche
decisamente superiori a quelle dei materiali non polimerici. I
polimeri si possono utilizzare per la creazione di microchips,
per l’industria aerospaziale, automobilistica, la fabbricazione
delle batterie ricaricabili.
Ci sono inoltre polimeri resistenti alla fiamma, al
calore, agli agenti chimici e polimeri elastici.
I polimeri hanno anche applicazioni domestiche.
Intrecciando e
le normali
usate per le lenze è possibile creare
in grado di uguagliare le prestazioni - per rapporto
peso/potenza - di un motore a reazione. Sarà così
possibile produrre protesi ed esoscheletri indossabili,
maneggevoli ed economici, ma le possibili applicazioni
o sono numerosissime, e includono anche la
microchirurgia.
Un
è in grado di
re la
in retine di ratti ciechi. Lo ha
dimostrato una ricerca dell’Istituto italiano di
tecnologia di Genova, che apre la strada alla
sperimentazione di protesi visive nei casi in cui i tessuti
della retina siano solo parzialmente danneggiati da
malattie come la retinite pigmentosa o la
degenerazione maculare senile.
La seta è una fibra proteica prodotta da alcuni insetti
dell'ordine dei lepidotteri oppure dai ragni. La seta utilizzata
per realizzare tessuti si ottiene dal bozzolo prodotto da
bachi da seta, nella maggior parte appartenenti alla specie
Bombyx mori. A volte vengono utilizzate anche alcune
specie della famiglia Saturniidae.
Il nylon è una famiglia di polimeri sintetici
(poliammidi), il cui capostipite - il nylon 6,6 – fu
sintetizzato per la prima volta il 28 febbraio 1935 da
Wallace Carothers alla Du Pont di Wilmington,
Delaware (USA).
I nylon sono usati soprattutto come fibre tessili e per produrre piccoli
manufatti (polimero termoplastico). Il primo prodotto commerciale
fu uno spazzolino da denti con le setole in nylon. Il primo successo
del nylon: calze da donna (1940). Durante la Seconda Guerra
Mondiale, il nylon venne ampiamente impiegato per realizzare le
calotte e le funi dei paracadute.
Occorrente
- 3,1 ml di NaOH (idrossido di sodio).
- 0.9 ml di EMDA (esametilendiammina)
in soluzione acquosa.
- 25 ml di cicloesano
- 0,5 ml di cloruro di adipoile
-acqua
1) Mettere in un beaker con 25 ml di H2O
l’idrossido di sodio e l’esametilendiammina.
2) Mettere in una beuta il cicloesano e il cloruro di
adipoile.
3) Versare molto lentamente il contenuto della
beuta (soluzione organica) nel beaker con la
soluzione acquosa.
Osservare la formazione del polimero ( nylon
6,6) all'interfaccia.
La plastica è molto preziosa, deriva dal petrolio,
.
Processo
di
cracking
polimerizzazione
Monomeri
Polimeri
Per degradare, le materie plastiche
impiegano un tempo molto lungo
La stessa natura opera “riciclando”
polimeri naturali esistenti
Cellulosa
enzimi
Glucosio
Il
consiste nella
lavorazione meccanica di oggetti in plastica. Si
possono ottenere:
• Polimeri termoplastici macinati
• Polimeri termoindurenti macinati
1 fase: vagliatura
2 fase: aspirazione
3 fase: selezione per
materiale
4 fase selezione
per colore
5 fase :
imballaggio
Le balle dopo essere state
vendute vengono aperte e
lavate in tre stadi
1 stadio: prelavaggio, rotazione
2 stadio: friction washer
3 stadio: risciacquo
Il prodotto così ottenuto viene
centrifugato e depolverizzato
1 fase: triturazione
2 fase: lavaggio
3 fase: asciugatura
4 fase: densificazione
5 fase: estrusione
6 fase imballaggio e spedizione