Rassegna internazionale di scienza e tecnologia

Più di dieci riviste esaminate

Ventesima puntata della rubrica dedicata agli articoli di stampa estera selezionati dal comitato di redazione di Elastica, composto da Fabio Bacchelli, Rino Gilotta e dal team di Cerisie, coordinati da Maurizio Galimberti

PREPARAZIONE DI MISCELE DI POLIPROPILENE E GOMMA NATURALE CENTRIFUGATA/GOMMA NATURALE TERMOPLASTICA. DETERMINAZIONE DELLE CONDIZIONI DI PROCESSO Testata: RubberWold.com - November 2021 Titolo originale: Preparation of polypropylene and skim natural rubber/thermoplastic natural rubber blends - Determining processing conditions Autori: D.S. Wijewardane e M.A.S.R. Senevirathna (Uva Wellassa University); Y.C.Y. Sudusingha, D. Edirisinghe e S. Siriwardena (Rubber Research Institute of Sri Lanka)

A CURA DI ROSARIO GILOTTA E DEL TEAM CERISIE

La produzione di lattice centrifugato dello Sri Lanka è pari al 25% della produzione totale annua di gomma di quel paese, ma tale quota tende ad aumentare se si considerano i dati dell’ultimo decennio. Durante la fase di centrifugazione, il lattice concentrato o “cremoso” (con contenuto di gomma secca del 60%) viene separato come lattice centrifugato e la gomma presente dal 5% al 10% viene rimossa come frazione diluita. Quest’ultima ha un contenuto di gomma secca del 3-5% e presenta un’elevata quantità di materiali non elastomerici. Tale frazione diluita è conosciuta come “lattice scremato” (“skim latex”) e la gomma estratta dalla coagulazione acida del lattice scremato è denominata gomma naturale “skim” (SNR, Skim Natural Rubber). Si tratta del principale sottoprodotto dell’industria della centrifugazione del lattice di gomma naturale e ha una composizione variabile dal 70% all’85% di molecole d’idrocarburo di gomma naturale (cis poliisoprene), dal 10% al 20% di proteine e dal 5% al 10% di sostanze grasse solubili in acetone, a cui si aggiungono quantità minori di ioni metallici. Anche se l’SNR contiene prevalentemente molecole d’idrocarburo di gomma naturale (NR), l’ampia variabilità della sua composizione chimica e la presenza significativa di sostanze non elastomeriche inducono variabilità nella polimerizzazione, con fenomeni di degradazione ossidativa e di altro tipo. Questi aspetti rendono la gomma naturale grezza (“skim”) di qualità inferiore, evidenziando alta plasticità Wallace, basso PRI (Plastic Retention Index) ed elevato contenuto di sostanze azotate. Pertanto, l’SNR riesce a raggiungere il prezzo più basso di tutti i gradi di gomma naturale nonostante possieda caratteristiche positive, come il ridotto contenuto di contaminanti, il colore chiaro ecc. Sono stati fatti numerosi tentativi per conferire maggiore valore all’SNR e sopprimere le proprietà tecnologiche considerate negative, purtroppo con scarsa applicazione nel settore. Può essere invece conveniente modificare l’SNR in forma dry (secca) piuttosto che in forma latex. Nel 2014 Somboonchai e colleghi ricercatori hanno riportato che il valore aggiunto alla gomma naturale “skim” si può realizzare mediante innesto (grafting) di anidride maleica. Si è trovato che il livello d’innesto è fortemente determinato dal contenuto d’azoto nel centrifugato. Tagli (blend) di gomma

Rosario Gilotta, esperto di formulazione delle mescole elastomeriche, processi di trasformazione e controllo qualità

centrifugata (“skim”) e gomma naturale, in diverse proporzioni e per la produzione in blocchi, sono stati studiati da Bristow all’inizio degli Anni Novanta. È risultato che l’aggiunta di gomma “skim” influisce sull’indurimento per il suo contenuto di proteine e acidi grassi. Si è concluso che, fino a 20 phr, la gomma “skim” può essere aggiunta alla normale gomma naturale senza ulteriori attivanti, pur mantenendo un livello elevato delle caratteristiche del vulcanizzato. L’aggiunta di tale tenore di gomma “skim” non ha comportato alcuna inversione della vulcanizzazione. Un altro studio condotto da Siriwardena e colleghi sulle proprietà meccaniche di alcuni “tagli” - gomma “skim” e foglie rigate affumicate (ribbed smoked sheet) in mescole per la produzione di battistrada - ha dimostrato che possono essere aggiunti alla gomma naturale fino a 25 phr di gomma “skim” senza alterare le proprietà desiderate. Tuttavia, mescole con gomma naturale standard non hanno riscosso interesse da parte dell’industria di settore, probabilmente per le difficoltà di mescolazione con la gomma “skim” più dura e con un ampio campo di variabilità. Sebbene siano stati condotti svariati studi su mescole e compositi a base di NR di tipo standard (come gomma in foglia ed elastomeri tecnici + termoplastici quali PE e PP), non esiste letteratura disponibile riguardante i tagli SNR/materie plastiche. Anche se sono disponibili molti metodi per la preparazione di blend a base di gomma e plastica, il taglio in fase fusa (melt blending) è quello più utilizzato per i suoi notevoli vantaggi. Studi del 2015-2016 sulle proprietà fisico-meccaniche e di processabilità di SNR e polietilene in taglio 50/50 in peso, eseguiti da Balasooriya e coll., hanno evidenziato che l’introduzione di legami di reticolazione (cross-link) nella gomma “skim” durante i melt blending migliora le proprietà della mescola risultante, in modo simile a ciò che è stato osservato nei blend con “gomme tecnicamente specificate” (TSR) e PE. Questa è l’unica letteratura disponibile sull’uso di SNR in taglio con materiale plastico. Il polipropilene è un altro termoplastico ampiamente usato per preparare i tagli con gomma naturale. Non da meno, l’SNR è un tipo speciale di gomma naturale con specifiche proprietà. Di conseguenza, è molto importante stabilire adeguate condizioni di mescolazione con le miscele SNR/PP per l’ottenimento delle morfologie desiderate, senza degradazione o agglomerazione della fase elastomerica. Come descritto in breve nell’articolo di RubberWold.com, una serie di blend di SNR e polipropilene copolimero, insieme ad additivi e vulcanizzanti, sono stati introdotti in un mescolatore interno in differenti condizioni di processo (quali temperature e velocità dei rotori). Le composizioni PP/ “skim” studiate sono state 70:30, 60:40, 50:50, 40:60, e 30:70, con velocità del rotore da 60 a 80 giri/min e incrementi di 10 giri per volta. Tre le differenti temperature di mescolazione utilizzate: 190°C, 200°C e 210°C. La mescolazione è stata fermata e la mescola scaricata solo dopo aver raggiunto un valore di plateau stabile della coppia (momento torcente). In conclusione, si è trovato che l’SNR può essere tagliato con polipropilene al fine di ottenere un elastomero termoplastico con proprietà fisico-meccaniche in un intervallo utile per diverse applicazioni. Le seguenti condizioni di prova si sono rivelate valide per preparare adeguati blend SNR/PP: temperatura di processo pari a 200°C; 70 giri/min del rotore; tempi di ciclo di 17-18 min per i blend vulcanizzati.

STUDI SUL RAPPORTO DI POISSON DELLE MESCOLE FKM Testata: Gummi Fasern Kunststoffe, 12, 525 (2021) Autori: R. Hornig, T. Beer, J. Ruppert

A CURA DI FABIO BACCHELLI

In generale, non tutti i laboratori di testing sono equipaggiati con macchine per prove di trazione dotate di dispositivi ottici in grado di misurare il restringimento di un compound elastomerico durante la deformazione uniassiale. Tuttavia, il cosiddetto rapporto di Poisson è di grande interesse per conoscere i processi di microdeformazione che hanno luogo all’interno del compound a seconda della ricetta utilizzata. Il comportamento in tal senso è legato a parametri come la viscosità del polimero, la densità di reticolazione, la concentrazione e la struttura del filler utilizzato. Nel presente articolo la trattazione è riferita a mescole reticolate con perossido, contenenti vari tipi di FKM e vari tipi di nerofumo. Nella parte teorica vengono discussi diversi processi di deformazione in scala micro, meso e macroscopica, che alla fine contribuiscono a innescare la rottura e la propagazione della frattura. La struttura delle ricette porta alla formazione di microdeformazioni interne molto complesse, di varia origine, che si traducono, in deformazione uniassiale, in un rapporto di Poisson che tendenzialmente parte da 0,5 e si riduce a zero. Tale evidenza implica un comportamento iniziale di tipo incomprimibile, seguito da un aumento dei volumi al crescere dello sforzo e da una diminuzione della tendenza alla contrazione al crescere dell’allungamento. I risultati del lavoro chiariscono che i vuoti già presenti dopo il processo di mescolazione, insieme al progressivo aumento di cavità all’aumentare della deformazione, dovuto a fenomeni di coalescenza, determinano l’andamento delle caratteristiche di restringimento. Viene dimostrato, poi, che il numero di cavità è specifico di una data formulazione. A dimostrazione di un effetto significativo del filler (nel caso di elastomeri reticolati, ma privi di carica rinforzante), la diminuzione del rapporto di Poisson all’aumentare della deformazione è meno pronunciata.

Fabio Bacchelli, direttore tecnico Tyre di Versalis