ANTIOSSIDANTI

L'efficacia degli antiossidanti si basa sul fatto che essi influenzano i processi descritti precedentemente in modi diversi a seconda della loro struttura chimica.

Si distinguono due grandi gruppi di antiossidanti:

I terminatori di catena o antiossidanti primari
I decompositori di idroperossido o antiossidanti secondari.

I primi sono capaci di reagire velocemente con i radicali perossidi e vengono detti catturatori di radicali.

Tramite il loro impiego vengono neutralizzate o limitate la propagazione e la ramificazione.

Gli antiossidanti secondari sono essenzialmente composti di zolfo. La loro funzione consiste nel decomporre gli idroperossidi, che sono responsabili della ramificazione, in modo non radicale. Eventuali radicali liberi vengono subito catturati.

E' conseguente che la qualità degli antiossidanti ci viene data dalla loro capacità di reagire velocemente in sincronia (nella combinazione primari-secondari).

Altra caratteristica richiesta agli antiossidanti è che siano incolori e che contribuiscano il meno possibile allo scoloramento o perdita di colore del substrato nei tempi lunghi.

Generalmente si osserva comunque una certa scoloritura, o meglio ingiallimento, (il cosiddetto indice di giallo), dovuta alla formazione di prodotti di ossidazione degli antiossidanti.

L'effetto di ingiallimento può essere provocato sia dal polimero che dall'additivo, a seconda delle condizioni di invecchiamento diverse.

Gli effetti di ingiallimento sono in qualche modo più complessi a seconda che l'esposizione alla luce avvenga alle condizioni ambientali precedentemente descritte oppure sia artificiale.

L'ingiallimento può comunque avvenire anche durante il processo di polimerizzazione ed i successivi processi di lavorazione.

Uno dei rimedi per i diversi tipi di scolorimento potrebbe essere l'uso di composti di fosfito o di tioetere.

Stabilità termica

Un antiossidante deve sopravvivere alle condizioni di fabbricazione e alle condizioni di trasformazione del polimero in granuli prima e in manufatto finale poi, e deve avere una stabilità termica a breve termine per temperature non inferiori a 280C.

Stabilità all'idrolisi

Gli antiossidanti devono essere stabili all'idrolisi, altrimenti sarebbero favoriti i processi di idrolisi stessa, che a sua volta influisce sulla degradazione.

Volatilità

Durante il processo di essiccazione (a temperatura variabile tra i 60 ed i 110C), l'antiossidante non deve essere espulso dalla matrice del polimero.

Resistenza all'estrazione

La resistenza all'estrazione è un requisito molto importante. Si pensi per esempio a manufatti usati per il settore medicale, che sono a contatto con il sangue. Inoltre la resistenza all'estrazione è una delle condizioni per il nullaosta tossicologico.

Resistenza alla migrazione

In alcuni polimeri si è osservato che gli additivi tendono ad affiorare alla superficie del materiale. Questo è particolarmente vero soprattutto per alcuni polimeri come polietilene a bassa densità e poliuretani.

Questi processi, per manifestarsi, richiedono solitamente da alcune settimane ad alcuni mesi. L'affioramento si osserva quando gli additivi formano una soluzione soprassatura nel polimero ed hanno sufficiente velocità di diffusione per migrare verso la superficie.

Anche questo requisito, come la resistenza all'estrazione, è una delle condizioni per ottenere il nullaosta tossicologico.

Polipropilene (PP)

Vista l'importanza degli stabilizzanti, riteniamo opportuno prendere in esame il PP, che è in assoluto il prodotto più usato ed il numero di aziende che trasformano tale prodotto è preponderante rispetto a quelle che trasformano altri materiali.

Il polipropilene è termostabile in assenza di ossigeno. Tuttavia è caratterizzato da una marcata sensibilità verso l'ossidazione, di conseguenza viene stabilizzato prima di arrivare alla granulazione.

Gli antiossidanti vengono aggiunti almeno in parte nel processo di polimerizzazione ed al più tardi nel processo di granulazione.

I requisiti più importanti che riguardano le proprietà ancillari di un antiossidante per polipropilene sono:

nessuna tendenza a scolorare il substrato
compatibilità e resistenza contro l'estrazione e le migrazioni
bassa volatilità

Stabilizzazione del polipropilene

Normalmente il polipropilene viene processato a temperature tra i 180 e i 260C, ma nello stampaggio a canali caldi o ad iniezione capillare potrebbe subire uno choc termico anche fino a 330.

In queste condizioni, se non sufficientemente stabilizzato, degrada. Questa degradazione si manifesta tra l'altro con un aumento di indice di fluidità, fragilità e diminuzione di izod, di allungamento, di resistenza allo strappo, di lucentezza superficiale, ed infine i manufatti subiscono uno scoloramento se sono colorati.

Viste le temperature elevate che si raggiungono durante la trasformazione, è indispensabile impiegare stabilizzanti termoresistenti.

Generalmente i produttori consigliano l'uso di composti a base di fenoli combinati con tioeteri, impiegati come sinergici.

L'efficacia di questi stabilizzanti sarà tanto maggiore quanto più verranno dispersi in modo omogeneo nella matrice del polimero.

Prima della granulazione devono essere perfettamente mescolati e durante la granulazione dovranno essere dispersi ulteriormente in modo omogeneo nel polimero mediante l'estrusione.