Tubo in polietilene reticolato con silani INTERSOL ... - Watts Industries

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TUBO DI POLIETILENE RETICOLATO CON SILANI 2 - METODO DI RETICOLAZIONE 4 Il polietilene ad alta densità è un composto macromolecolare termoplastico, derivato da polimerizzazione del monomero etilene (CH2 = CH2). La sua formula chimica è schematizzabile come: - (CH2 - CH2) - n in cui n definisce la lunghezza della catena macromolecolare (il valore medio di n può essere anche 10.000 - 16.000). D’ora in poi si schematizzeremo tale catena come: Il polietilene è perciò costituito da diverse catene macromolecolari (polimeriche), le cui forze di coesione non possono essere considerate a rigore legami chimici veri e propri, ma sono di natura elettrica e vengono comunemente chiamate forze di “Van der Waals”. Pur essendo tali forze di coesione basse, l’elevato numero di legami intramolecolari favorisce l’ottenimento di certe caratteristiche del manufatto. In ogni caso la bassa energia delle forze di coesione rende il materiale termoplastico particolarmente sensibile alla temperatura, che provoca un elevato decadimento delle caratteristiche. Se oltre alle forze di “Van der Waals”, si inseriscono dei legami chimici intramolecolari, detti legami di reticolazione aumentano considerevolmente le prestazioni termiche del manufatto. La reticolazione è un processo che modifica la struttura chimica del materiale, creando con delle connessioni tra le catene polimeriche una struttura “a rete” tridimensionale. La nuova struttura determina delle caratteristiche peculiari e cioè: • aumenta la massima temperatura di utilizzo • si riduce la deformazione sotto carico (creep) • aumenta la resistenza chimica • aumenta la resistenza ai raggi ultravioletti • aumenta la resistenza all’abrasione • aumenta la resistenza all’urto • aumenta l’insensibilità all’intaglio ed abrasione • conferisce al materiale caratteristiche di memoria termica (“polimero termoelastico”) 2.1 - Classificazione del polietilene reticolato Il polietilene reticolato viene classificato in base alle modalità in cui si effettua la reticolazione, come è schematizzato nella tabella seguente: Tabella 2 Tipologia di reticolazione Agente reticolante Sigla prodotto a Chimica Perossidi PEX-a b Chimica Silani PEX-b c Fisica Raggi elettronici (beta) PEX-c d Chimica Azocomposti PEX-d I processi a, b e c sono i più diffusi e verranno descritti in seguito. 2.2 - Reticolazione chimica con perossidi (PEX-a) Nel sistema Engel il perossido (formula chimica ROOR) viene aggiunto al polietilene durante la fase di estrusione. Il processo si articola in due fasi: • formazione di radicali liberi • reticolazione + ROOR + ROH + Per completare tale processo sono necessarie delle macchine particolari che consentono di raggiungere delle pressioni elevate fino a 2000 bar.
TUBO DI POLIETILENE RETICOLATO CON SILANI 2.3 - Reticolazione fisica con radiazioni, raggi beta (PEX-c) Come nella situazione precedente anche in questa circostanza la base della reticolazione è la formazione di radicali liberi, in questo caso generati dalle radiazioni beta. Tale tecnologia si basa sul metodo di reticolazione del manufatto finito in polietilene attraverso l’irraggiamento di un fascio di elettroni ad elevata energia, generati da un cannone acceleratore di particelle. Il processo di reticolazione può essere schematizzato come di seguito: 5 • formazione di radicali liberi raggio • reticolazione + I processi con perossidi e radiazione generano fra le catene un legame del tipo carbonio-carbonio. 2.4 - Reticolazione chimica con silani, del INTERSOL ® PEX-b Veniamo ora a soffermarci più approfonditamente sulla reticolazione chimica silanica che come vedremo crea fra le catene un legame carbonio-silicio-ossigeno-silicio-carbonio. In tale processo il polietilene viene addittivato con un silano, una piccola quantità di perossido, che funge da iniziatore, ed un catalizzatore metallico-organico. La reticolazione avviene col susseguirsi di due fasi: graffaggio e reticolazione. Il graffaggio avviene attraverso il processo di estrusione che è seguito da una reticolazione in acqua, accelerata dal catalizzatore. Di seguito viene schematizzato il meccanismo chimico di reazione con silani (es. viniltrimetossisilano contiene una piccola quantità di dicumilperossido): • graffaggio avviene all’interno dell’estrusore ad alta temperatura (140°C -190°C) + CH2=CH-Si-(OCH3)3 ROOR’ • reticolazione CH30-Si-OCH3 OCH3 (avviene a contatto con acqua, solitamente calda a 80°C - 85°C) + 3 H2O + 3 CH3OH CH30-Si-OCH3 OCH3 HO-Si-OH OH Polietilene reticolato INTERSOL ® PEX-b condensazione HO-Si-OH catal. + O + H2O HO-Si-OH OH HO-Si-OH OH HO-Si-OH Il legame intramolecolare che si genera è del tipo - Si - HO - Si - che possiede un’energia paragonabile all’energia del legame - C - C -.
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