#04 - Il principio fisico: la vulcanizzazione

La vulcanizzazione

Il processo di vulcanizzazione necessita di un componente elastomerico. Il processo permette la formazione di legami chimici o fisici (legami idrogeno o interazioni polari): questi legami variano la natura del materiale trasformandolo da un liquido viscoso a un solido elastico insolubile, nonché modificano alcune proprietà fisiche e meccaniche in base al grado di vulcanizzazione raggiunto (il modulo elastico, la durezza, il carico di rottura, la resistenza a lacerazione e la resistenza a fatica). 

Il processo può essere diviso in tre fasi:

 

Fase rossa: evidenzia il primo periodo di induzione in cui non si vede alcuna variazione della viscosità, è lo step di caricamento della pressa. È possibile individuare un intervallo tra la carica della pressa e l’inizio della reticolazione chiamato scorch time ovvero tempo di scottatura;

Fase blu: evidenzia il periodo di accelerazione ovvero il periodo di incremento del momento torcente e quindi di vulcanizzazione.

Fase verde: evidenzia una stabilizzazione che dipende dal tipo di gomma che viene sottoposta al processo.

Ad oggi ci sono diversi metodi per vulcanizzare la gomma. Il più utilizzato ma con ancora degli svantaggi legati alla necessaria presenza di doppi legami con idrogeni allirici nella gomma è la vulcanizzazione tramite zolfo:

VULCANIZZAZIONE TRAMITE ZOLFO

Lo zolfo è un grado di reagire con l’elastomero tramite reazioni di sostituzione, eliminazione o addizione che interessano i gruppi funzionali della gomma come idrogeni o doppi legami. È possibile suddividere la reazione in 4 step:

1. Decomposizione omolitica dello zolfo e formazione di polisolfuri

        𝑆8 → (𝑆𝑥)𝑛

        Con x<8 e n>4

2. Formazione di un radicale sulla catena

3. Formazione di un ponte sulfureo tra le catene

 4. Propagazione

Un altro metodo, usato in mancanza dei precedenti prerequisiti e per tipi specifici di gomme è la vulcanizzazione tramite perossido:

VULCANIZZAZIONE TRAMITE PEROSSIDO

Questo è tipico delle gomme sature e siliconiche e permette di ottenere vulcanizzati con elevata resistenza all’invecchiamento termico e buone proprietà elettriche. I perossidi sono formati da due atomi di ossigeno connessi tramite un legame semplice a due gruppi organici R – O – O – R’.

Di seguito un esempio di processo di vulcanizzazione tramite perossido.

Curiosità:

La composizione molecolare della gomma è stata per secoli oggetto di discussione scientifica. Questa storia trattata nello specifico si può trovare al seguente indirizzo: https://www.bisceglia.eu/chimica/materiali/storiagomma.pdf.

Bibliografia:

Relatore prof. Alberto Frache, Candidato Actis Comino Paola: Tesi di Laurea Magistrale, Analisi di mescole elastomeriche per componenti con applicazioni in campo automotive: Politecnico di Torino, Ottobre 2018.

Sitografia:

- Storia della gomma: https://www.bisceglia.eu/chimica/materiali/storiagomma.pdf <ultimo accesso 14/11/2021>