Produzione con plastica

Plastica è il nome dato a una vasta gamma di materiali modellabili in un elenco di forme, colori e dimensioni in continua espansione.

Siamo circondati da prodotti realizzati interamente in plastica, o contenenti componenti in plastica. Può trattarsi di oggetti semplici come le graffette fino a complesse meraviglie tecniche come i satelliti spaziali.

La popolarità della plastica nasce dal suo costo relativamente basso, dalla sua versatilità, dalla sua facilità di lavorazione, dalla sua resistenza, dalla sua versatilità e dalla sua impermeabilità.

Le plastiche sono costituite da una vasta gamma di composti organici sintetici o semi-sintetici, in cui l'elemento principale è costituito da lunghe catene molecolari chiamate polimeri. Questi polimeri conferiscono alla plastica la forza e la flessibilità che le permettono di essere trasformata in oggetti solidi.

Gli scienziati e gli ingegneri chimici hanno dedicato gli ultimi 100 anni a sviluppare una vasta gamma di plastiche diverse, di norma raggruppate in base alla struttura chimica del loro polimero primario.

Tra i gruppi più importanti figurano:

• Acrilici
• Poliesteri
• Siliconi
• Poliuretani
• Plastiche alogenate

Le plastiche utilizzate più spesso sono:

• Acrilonitrile Butadiene Stirene (ABS) – Le applicazioni includono gli involucri protettivi esterni di apparecchiature elettroniche ed elettriche, i componenti delle finiture automobilistiche, i mattoncini LEGO, i tubi e i raccordi per tubi. È inoltre ampiamente usato come materiale per la stampa 3D (vedi Quali sono i materiali plastici usati nella stampa 3D?)

• Poliammide (PA) – Esiste sia naturalmente, per esempio nella lana e nella seta, sia sinteticamente come nylon. Le applicazioni comprendono fibre tessili, setole di spazzolini da denti, tubi, lenze da pesca e componenti di macchine a bassa resistenza.
• Policarbonati (PC) – Materiale resistente usato per la produzione di CD, occhiali, scudi antisommossa, finestre di sicurezza, semafori e lenti.
• Poliestere (PES) – Ampiamente diffusa nell'industria tessile e dell'abbigliamento.
• Polietilene (PE) – La plastica più comune, usata principalmente nel settore degli imballaggi per sacchetti, pellicole e contenitori. Per alcune applicazioni talvolta viene chiamato politene.
• Polietilene ad alta densità (HDPE) – Spesso utilizzato per flaconi, custodie, legname di plastica e tubazioni.
• Polietilene a bassa densità (LDPE) – Ampiamente utilizzato nei mobili da esterno, nelle piastrelle per pavimenti, nelle tende da doccia e negli imballaggi a conchiglia.
• Polietilene tereftalato (PET) – Il polimero poliestere termoplastico più comune, con applicazioni quali fibre per abbigliamento e contenitori per liquidi e alimenti.
• Polipropilene (PP) – Tra le applicazioni figurano componenti automobilistici, imballaggi, etichette, tessuti, cancelleria, contenitori riutilizzabili e banconote in polimero.
• Polistirene (PS) – Utilizzato per realizzare chips in schiuma per imballaggi, contenitori per alimenti e stoviglie monouso.
• Polistirene antiurto (HIPS) – Ampiamente usato per la produzione di giocattoli, rivestimenti interni di frigoriferi, imballaggi alimentari e bicchieri per distributori automatici.
• Poliuretano (PUR e PU) – La plastica più comune nell'industria automobilistica. Tra gli altri usi figurano le schiume ammortizzanti, le forme di isolamento termico, i rivestimenti delle superfici e i rulli di stampa.
• Polivinilcloruro (PVC) – Tra le applicazioni più comuni del PVC rigido (RPVC) figurano tubi idraulici, grondaie, porte, finestre e carte bancarie o tessere. Il PVC flessibile (FPVC) viene impiegato per le tende da doccia, i pavimenti, la similpelle, i prodotti gonfiabili e come sostituto della gomma.

Che si tratti di derivati petrolchimici o di materiale biologico, il processo di produzione della plastica prevede cinque fasi:

• Estrazione

Le materie prime vengono rimosse dal petrolio (greggio), dal gas naturale e dal carbone o da materie prime rinnovabili come l'amido vegetale o la canna da zucchero. Il materiale estratto contiene molti composti diversi che devono essere separati l'uno dall'altro.

• Raffinazione

Riscaldandolo, il materiale viene convertito in diversi monomeri (molecole), rendendo più facile la separazione degli elementi utili dalle impurità e dai contaminanti. Nel caso del petrolio, i monomeri includono combustibili liquidi, lubrificanti, prodotti petrolchimici e nafta, ingrediente fondamentale nella produzione di plastica.

• Polimerizzazione 

Viene quindi usata una combinazione di calore e pressione per legare insieme chimicamente le catene di questi monomeri per ottenere i polimeri, gli elementi costitutivi di tutte le plastiche moderne.

• Compoundazione

Gli additivi vengono miscelati con i polimeri per creare plastiche con diverse resistenze e applicazioni. Ad esempio, gli stabilizzatori UV vengono aggiunti per proteggere la plastica in modo analogo a come la crema solare protegge la pelle. Tra gli altri additivi figurano la fibra di vetro per aggiungere resistenza o sostanze chimiche per consentire alla plastica di decomporsi e biodegradarsi.

• Estrusione

L'ultimo passo consiste nell'estrudere meccanicamente, o spremere, questa miscela fusa, di solito a forma di lunghi tubi o fogli. Questi elementi vengono poi suddivisi in fogli o pellet di forme, dimensioni e colori diversi a seconda dell'uso finale previsto e vengono spediti ai produttori per essere trasformati in innumerevoli prodotti.

Le tecniche utilizzate nella produzione della plastica sono varie, ma quasi tutte iniziano con il riscaldamento di fogli di plastica o pellet. I processi più comuni comprendono:

• Estrusione – Si tratta di un processo molto simile a come viene prodotta la plastica stessa. I pellet di plastica vengono riscaldati all'interno di un cilindro a temperatura controllata e forzati attraverso una filiera metallica da una vite meccanica. Raffreddando la plastica all'uscita, la forma si fissa e può essere tagliata alla lunghezza desiderata.

• Stampaggio a iniezione – I pellet riscaldati vengono fusi e iniettati tramite una vite nella cavità di stampo a temperatura controllata. Lo stampo viene quindi serrato e raffreddato in modo che la plastica si indurisca assumendo la forma finale. Questo processo è ideale per la produzione di grandi volumi perché permette di realizzare molti articoli in poco tempo. Può essere utilizzato per creare piccole parti come tappi di bottiglia o oggetti di grandi dimensioni come paraurti di automobili e bidoni della spazzatura con ruote.

• Stampaggio a iniezione-soffiaggio – È simile allo stampaggio a iniezione, ma utilizza aria compressa per forzare la plastica fusa nella cavità dello stampo. Questa tecnica consente all'oggetto prodotto di essere cavo anziché pieno.

• Stampaggio rotazionale – È simile allo stampaggio a iniezione-soffiaggio perché produce un oggetto cavo. La differenza risiede nel fatto che lo stampo viene fatto ruotare una volta riempito, usando la pressione centrifuga anziché l'aria per forzare la plastica nella cavità. Agli oggetti realizzati con questa tecnica può mancare la raffinatezza di quelli prodotti mediante stampaggio a iniezione-soffiaggio.

• Termoformatura – Consiste nel riscaldare un foglio di plastica fino a renderlo duttile e poi nell'allungare il materiale ammorbidito su uno stampo in modo che ne assuma la forma. Per le forme più complesse, è possibile utilizzare un vuoto all'interno dello stampo per aspirare il materiale e farlo aderire alla forma. Si tratta della cosiddetta formatura sottovuoto. Sia la termoformatura che la formatura sottovuoto consentono di produrre molti oggetti molto rapidamente.

La plastica è così ampiamente diffusa perché offre diversi grandi vantaggi:

1. Versatilità – Esistono numerosi tipi di plastiche, ognuna con una serie specifica di proprietà.
2. Producibilità – La plastica è facile da lavorare e può essere modellata rapidamente in forme con varie dimensioni, colori e trasparenze.
3. Durabilità – A seconda di come sono realizzate, le plastiche possono essere molto solide, robuste e resistenti all'acqua e alle sostanze chimiche. La loro resistenza può essere ulteriormente aumentata mescolando additivi come vetro o fibre di carbonio.
4. Elevato rapporto resistenza/peso – Sostituendo oggetti più pesanti in metallo o vetro con oggetti in plastica, è possibile significativamente i costi di distribuzione, nel caso di contenitori per alimenti e bevande, o aumentare il risparmio di carburante dei veicoli.
5. Costo ridotto – Nonostante preveda un processo di produzione relativamente complicato, la plastica è facile da produrre in serie, risultando conveniente e comoda.
6. Riciclabilità – L'elenco delle plastiche trasformabili in nuovi prodotti continua a crescere, sebbene alcuni dei processi coinvolti non siano ancora diffusi.

Le materie plastiche presentano una serie di inconvenienti che occorre ricordare:

1. Fonti non rinnovabili – La stragrande maggioranza delle plastiche prodotte attualmente deriva da risorse destinate a finire come il petrolio greggio, il gas naturale o il carbone.
2. Monouso – Gran parte della plastica attualmente in uso è progettata per essere utilizzata una sola volta e poi buttata. Se non viene smaltita correttamente, ad esempio tramite raccolta destinata al riciclo, è probabile che il materiale rimanga nell'ambiente per centinaia di anni.
3. Costi di ritrattamento – Il costo del riciclo di alcuni tipi di plastica è estremamente elevato e il processo può richiedere complicati sistemi di smistamento e pulizia. Inoltre, la plastica di solito può essere riciclata solo poche volte prima che la sua qualità diventi troppo scarsa per consentirne il riutilizzo. Al contrario, materiali come il vetro o l'alluminio non si degradano durante il processo e possono quindi essere riciclati all'infinito.
4. Basso punto di fusione: Molte plastiche presentano punti di fusione relativamente bassi, risultando inadatte per l'uso ad alte temperature.
5. Infiammabilità – Le plastiche che contengono carbonio e idrogeno nelle molecole polimeriche sono spesso altamente volatili. Bruciano rapidamente e rilasciano gas tossici che possono essere esplosivi e fungere da accelerante.