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Articoli - Archivio

02/01/2020
Pneumatici più facili da costruire con un processo produttivo sviluppato in Italia

La mescola con una parte di plastificante di origine biologica
(linea tratteggiata) si comporta mediamente meglio rispetto
a quella con l’additivo totalmente fossile

Ricerca e sviluppo

 

Polimeri migliori e più agevoli da lavorare: non è facile conciliare questi due aspetti ma un gruppo di ricercatori Eni–Versalis sembra esserci riuscito, aumentando anche la sostenibilità della mescola

Nicodemo Angì

L’utilizzo della gomma naturale è antichissimo e viene fatto risalire alla civiltà centroamericana degli Olmechi, che la usava per costruire palloni da gioco. Gli Aztechi la utilizzavano anche per impermeabilizzare contenitori e tessuti ma per arrivare a una descrizione scientifica occorre andare al periodo dell’Illuminismo e al trattato scritto da François Fresneau nel 1751. Il resto è storia recente, con Charles Goodyear che, sviluppando la vulcanizzazione, ha dato il via a una delle più antiche industrie del mondo. Anche se la gomma naturale ormai da moltissimo non è più il componente principale delle mescole, il processo produttivo di un manufatto prevede che il compound grezzo assuma una forma prestabilita prima della vulcanizzazione.

 

Lavorazione più semplice

La processabilità è fatta anche di “cose” non facilmente spiegabili scientificamente ma le proprietà reologiche, quelle che regolano l’equilibrio di un sistema deformato da sollecitazioni esterne, hanno un ruolo sicuramente importante.

Lo studio “Newly designed easy processing SSBR for optimum performance in rubber compounding”, condotto da Fabio Bacchelli e altri ricercatori di Versalis (gruppo Eni) espone nuovi processi che facilitano la formatura delle mescole conservando anche la qualità e le performances. Questi processi mostrano poi ulteriori miglioramenti nelle caratteristiche della mescola usando additivi di origine vegetale, con un importante riflesso sulla sostenibilità della lavorazione. I ricercatori danno conto di nuove scoperte nei metodi e nei meccanismi di polimerizzazione che hanno anche portato alla creazione di nuovi elastomeri.

 

Materiali nuovi ma non troppo

A questi successi nello sviluppo di nuovi materiali non sembrano però affiancarsi studi approfonditi dei metodi di lavorazione degli elastomeri stessi. Si può anzi dire che si cercano processi di polimerizzazione e produzione delle mescole che si possano adattare alle velocità e alle dimensioni dei macchinari esistenti. Le emulsione polimerizzate di Sbr (Styrene butadiene-rubber) sono molto utilizzate nella preparazione delle miscele di gomma, grazie alla buona incorporazione dei filler e a un’efficiente lavorazione della mescola. Nella copolimerizzazione in emulsione degli SBR esiste un un meccanismo di trasferimento della catena polimerica che porta alla formazione di rami. Questo meccanismo ha lo svantaggio di dare una scarsa flessibilità nell’architettura molecolare ma il tipo di distribuzione del peso molecolare e i rami già citati facilitano l'incorporazione dei filler e la processabilità della mescola.

 

Questione di pesi e non solo

Un breve inciso: la distribuzione del peso molecolare è una specie di inventario che dice: nel polimero XY c’è un 10% di molecole che pesano 15, un altro 10% pesa 20 e così via. Il peso molecolare è legato alla lunghezza delle diverse catene polimeriche e la distribuzione dei pesi modifica le proprietà chimico-fisiche generali del composto. La distribuzione dei pesi si dice “stretta” se i vari pesi molecolari non sono molto diversi fra loro. La polimerizzazione in soluzione (Sbr) permette invece un controllo migliore della microstruttura e quindi migliori caratteristiche, in termini di isteresi e proprietà meccaniche, dei manufatti vulcanizzati. Questi Sbr hanno una la struttura quasi lineare e questo, insieme alla distribuzione più “stretta” del peso molecolare, non è vantaggioso per la processabilità (composto Mooney più elevato, inizio precoce della distorsione dell'estruso, ecc.).

 

Una ricerca tutta italiana

Versalis (Eni), utilizzando una tecnologia di produzione proprietaria, sta sviluppando una nuova famiglia di Sbr a lavorazione continua che hanno una quantità controllata di rami della catena. Questo diminuisce la già citata linearità e permette di ottimizzare allo stesso tempo la lavorabilità e le prestazioni della mescola.

Si sono effettuati test di laboratorio confrontando il polimero di facile lavorazione oggetto dello studio (SOL R C2525 EP) con uno ad alte prestazioni in emulsione (SOL R 71420 additivato con il nerofumo) e con uno a emulsione molto lavorabile (SBR 1502). Come previsto, il SOL R 71420 ad alte prestazioni, caratterizzato da una distribuzione “stretta “del peso molecolare e un alto peso molecolare, ha eccellenti proprietà isteretiche, che limitano l’attrito di rotolamento ma resistenza a trazione e viscosità Mooney più elevate del C2525. Queste ultime quantità indicano una lavorabilità più difficoltosa rispetto al C2525, con quest’ultimo persino più lavorabile del SOL 1502 ottimizzato per questo aspetto.

Per ottimizzare sia le prestazioni sia la lavorabilità i ricercatori hanno provato a miscelare SBR ad alte prestazioni con il polimero di facile lavorazione SOL R C2525 EP. Il polimero in soluzione SOL C3555T così ottenuto, prodotto con la stessa tecnologia del SOL R C2525 EP, è stato confrontato con il SOL R 74618 ad alte prestazioni meccaniche.

 

Mescole lavorabili e sostenibili

Il diagramma “radar” mostra un riepilogo delle loro proprietà a confronto. Si nota un significativo miglioramento in termini di viscosità Mooney (inferiore), indice di una maggiore lavorabilità, affiancato a un leggero peggioramento delle proprietà isteretiche e meccaniche. Anche l’estrudibilità, ossia la capacità di assumere forme prestabilite uscendo da un foro sagomato, è buona e paragonabile a quella della mescola di riferimento per questa applicazione.

I miglioramenti non sono però finiti perché si è sperimentato anche un plastificante (un additivo per migliorare la lavorabilità della mescola) di origine vegetale. Si tratta del Matrilox prodotto da Matrìca, una joint venture tra Versalis e Novamont, attraverso un processo di raffinazione biologica di materiali vegetali.

I ricercatori hanno preparato una mescola con SOL R C3555T il cui plastificante di origine fossile è stato sostituito, per il 35%, con Matrilox. L'impiego di questo additivo bio ha avuto un effetto positivo, migliorando l'isteresi, la viscosità Mooney, la resistenza all'abrasione e altre proprietà. Questa mescola è quindi un’interessante combinazione di lavorabilità semplice e additivi di origine biologica.

 

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