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Prolabin & Tefarm SRL

Additivi per Polimeri

La nanotecnologia per migliorare le proprietà e le prestazioni di polimeri e biopolimeri termoplastici e termoindurenti.

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Nanotecnologia e nanocompositi polimerici

La nanotecnologia rappresenta oggi una delle strategie più efficaci per migliorare le proprietà e le prestazioni di polimeri e biopolimeri, sia termoplastici che termoindurenti.

Nanocompositi polimerici: prestazioni avanzate
La realizzazione di nanocompositi polimerici consente di incrementare in modo significativo

  • Le proprietà meccaniche (rigidità, resistenza, durezza),
  • Le proprietà barriera ai gas e ai liquidi
  • Le prestazioni termiche
  • Il ritardo di fiamma

Tutto questo si ottiene con basse percentuali di additivo (< 5% in peso), rendendo la tecnologia economicamente sostenibile.

Additivi Prolabin & Tefarm

Gli additivi sviluppati da Prolabin & Tefarm sono il frutto di oltre 30 anni di ricerca accademica nel settore dei solidi lamellari inorgano-organici. Questa esperienza si traduce in soluzioni innovative ed efficaci per affrontare le moderne sfide tecnologiche ed ambientali.

Settori di applicazione

I nanocompositi polimerici trovano applicazione in numerosi settori: 2

  • automotive e trasporti
  • packaging e imballaggi avanzati
  • cavi e dispositivi elettrici
  • pannelli e pavimentazioni per edilizia
  • biomedicale
  • vernici e coatings
  • energia e ambienti industriali
  • tubi e raccordi tecnici

Filler nanostrutturanti: classificazione

I nanofiller utilizzati per rinforzare i polimeri possono avere diverse geometrie, con una, due o tre dimensioni nell’ordine dei nanometri:

  • Filler lamellari (2D) → forma a strati sottili, i più diffusi e versatili
  • Filler tubolari (1D) → nanotubi con elevata conducibilità
  • Filler sferici (0D) → nanoparticelle metalliche o ossidiche.

Tra questi, i filler lamellari sono i più interessanti per l’industria: hanno un costo inferiore rispetto ad altre tipologie e garantiscono ottimi risultati anche a basse concentrazioni.

Struttura e dispersione dei filler lamellari

I filler lamellari sono nanostrutture bidimensionali (2D) con spessore compreso tra 1 e 100 nm e dimensioni laterali nell’ordine dei micron. Grazie all’elevato rapporto superficie/volume e alla morfologia anisotropa, offrono un miglioramento notevole delle proprietà dei polimeri.

A seconda del grado di dispersione, un composito polimero/filler lamellare può essere:

  • Microcomposito: due fasi separate con bassa interazione.
  • Nanocomposito intercalato: le catene polimeriche penetrano parzialmente tra le lamelle.
  • Nanocomposito esfoliato: lamelle completamente separate e disperse nella matrice → massimo rinforzo e migliori proprietà finali.

L’aggiunta di nanoparticelle metalliche nei polimeri può indurre proprietà ottiche, catalitiche, elettriche o magnetiche non presenti nel materiale originale. Questo apre la strada a nuove applicazioni in settori ad alto contenuto tecnologico, dall’elettronica all’energia, fino ai dispositivi biomedicali.

Quando l’additivo metallico è esfoliato in modo uniforme all’interno della matrice polimerica, il nanocomposito finale mantiene il colore originale o la trasparenza del polimero. Ciò avviene perché le dimensioni delle particelle di filler risultano inferiori alla lunghezza d’onda della luce visibile, evitando fenomeni di dispersione ottica.

Questa caratteristica rende i nanocompositi polimerici trasparenti ideali per applicazioni che richiedono prestazioni funzionali avanzate senza compromettere l’estetica e la trasmittanza luminosa.

Scopri di più sulle proprietà dei nanocompositi polimerici

Nanoclay: additivi lamellari per sicurezza e prestazioni

L’impiego di additivi lamellari, come le nanoclay, permette un significativo incremento della temperatura di degradazione dei polimeri, limitando la diffusione di calore e gas. Durante la combustione, queste nanostrutture favoriscono la formazione di un char protettivo, uno strato carbonioso che salvaguarda il materiale sottostante.

Le nanoclay consentono di ridurre la quantità di ritardanti di fiamma tradizionali, migliorando la resistenza alla combustione senza compromettere le proprietà meccaniche e la processabilità del polimero. Ciò si traduce in vantaggi concreti in termini di prestazioni, sostenibilità e sicurezza.

Meccanismo di ritardo di fiamma

Il principio alla base è la capacità delle nanoclay di orientarsi nella matrice polimerica e generare una barriera fisica compatta che ostacola:

  • la diffusione di calore,
  • l'ossigeno,
  • ¡ prodotti volatili della

Inoltre, le nanoclay aumentano la viscosità del polimero fuso, riducendo drasticamente il gocciolamento durante la combustione.

L’efficacia può essere ulteriormente incrementata combinando le nanoclay con additivi sinergici non alogenati, a base di fosforo, azoto o boro, permettendo di ridurre ulteriormente la quantità di ritardanti nella miscela.

Gli additivi Prolabin & Tefarm sono privi di sostanze tossiche e alogeni, conformi alle normative più restrittive sulla sicurezza, e durante la combustione non rilasciano sostanze pericolose.

Vantaggi rispetto al polimero puro

  • Riduzione della velocità di rilascio del calore (Heat Release Rate, HRR)
  • Minore perdita di massa e produzione di fumi
  • Incremento del Limiting Oxygen Index (LOI)
  • Maggiore resistenza alla propagazione della fiamma (UL-94, Cone Calorimeter)

Nanoclay vs ritardanti di fiamma convenzionali

  • Minore quantità di additivo necessaria (2–5% in peso contro 20–50% di Al(OH)₃)
  • Mantenimento delle proprietà meccaniche del polimero
  • Approccio più sostenibile, riducendo l’uso di sostanze alogenate tossiche

Settori di applicazione

  • Elettronica: cavi, circuiti e dispositivi elettrici
  • Edilizia: pavimentazioni e pannelli strutturali
  • Aerospaziale: pannelli e componenti high-tech
  • Packaging: film barriera e ritardo di fiamma
  • Tubi, container, bioplastiche
  • Tessile: fibre e rivestimenti speciali

Miglioramento meccanico con basse percentuali di additivo

L’interazione tra le catene del polimero e le lamelle disperse a livello nanometrico consente un significativo miglioramento delle proprietà meccaniche anche con basse quantità di additivo (1–5% in peso).

L’elevato aspect ratio (rapporto superficie/spessore) degli additivi Prolabin & Tefarm conferisce al nanocomposito:

  • maggiore rigidezza (modulo elastico),
  • maggiore resistenza alla trazione, compressione e flessione,
  • riduzione della frattura allo stato fuso.

Il tutto senza alterare sensibilmente la viscosità della mescola, mantenendo quindi una buona processabilità.

La compatibilità del filler e la sua omogenea dispersione a livello nanometrico garantiscono un buon design e assenza di rugosità superficiali, permettendo la realizzazione di manufatti più leggeri e performanti.

NANOCOMPOSITO VS POLIMERO PURO

Modulo elastico (rigidezza)

L’aggiunta di pochi punti percentuali di nanoclays può aumentare significativamente il modulo elastico grazie alla rigidità intrinseca delle lamelle.

  • Un’esfoliazione completa garantisce un rinforzo molto maggiore rispetto a dispersioni parziali.

Resistenza a trazione

La resistenza a trazione aumenta, soprattutto se le nanoclays sono organofiliche e compatibili con la matrice.

  • Lamelle mal distribuite o aggregate possono ridurre o annullare l’effetto.

Tenacità e allungamento a rottura

Spesso diminuiscono perché le lamelle limitano la mobilità delle catene polimeriche.

  • Con adeguate funzionalizzazioni (es. compatibilizzanti a base di maleico anidride) è possibile mantenere un buon grado di duttilità.

Resistenza a fatica e creep

  • Le nanoclays riducendo la mobilità molecolare migliorano la resistenza al creep (deformazione lenta sotto carico costante).
  • Possono aumentare la durata a fatica se disperse uniformemente.

Resistenza a fatica e creep

  • Le nanoclays riducendo la mobilità molecolare migliorano la resistenza al creep (deformazione lenta sotto carico costante).
  • Possono aumentare la durata a fatica se disperse uniformemente.

Settori di applicazione

  • Automotive: serbatoi, paraurti, pannelli, pneumatici
  • Aerospaziale: pannelli e componenti high-tech
  • Edilizia: solai, pavimentazioni e pannelli strutturali
  • Film e packaging: maggiore resistenza meccanica e barriera
  • Tubi, cavi e container

Proprietà barriera dei nanocompositi con nanoclays

Le lamelle dei filler nei nanocompositi polimerici costituiscono una barriera fisica che ostacola il passaggio di gas, vapori o liquidi (O₂, CO₂, H₂O, solventi). Grazie all’elevato aspect ratio, il percorso delle molecole diventa tortuoso (“effetto labirinto”), rallentando significativamente la diffusione.

Effetto tortuosità

  • Le lamelle nanometriche, se ben disperse ed esfoliate, si allineano parallelamente alla superficie del polimero.
  • Le molecole di gas o vapore devono seguire un percorso più lungo, aumentando la lunghezza del cammino diffusivo e riducendo la permeabilità.

Riduzione dello spazio libero

  • Le nanoclays interagiscono con le catene polimeriche, riducendo la mobilità molecolare e lo spazio disponibile per la diffusione dei gas.

Interazione chimica/fisica

  • Alcune nanoclays modificate possono adsorbire o legare molecole polari, incrementando ulteriormente la resistenza alla permeazione.
  • La barriera agisce sia in ingresso (protezione da gas e vapori indesiderati) che in uscita (riduzione della fuoriuscita di sostanze volatili).

Applicazioni nel packaging

Queste proprietà sono fondamentali nel packaging alimentare, farmaceutico e cosmetico, garantendo la conservazione dei prodotti e prolungandone la shelf-life senza necessità di imballaggi multistrato.

Settori di applicazione principali

  • Packaging alimentare e farmaceutico/cosmetico
  • Bottiglie e contenitori con minore permeabilità
  • Automotive e aerospace (serbatoi carburante)
  • Dispositivi biomedicali

Agenti nucleanti

  • L'esfoliazione degli additivi genera lamelle sottili uniformemente disperse
  • Le lamelle agiscono da nucleanti, velocizzando la cristallizzazione del polimero e migliorando produttività e proprietà meccaniche.

Dispersione di plastificanti

  • Consente di intercalare e disperdere plastificanti senza evaporazione o migrazione, garantendo flessibilità, deformabilità e resistenza a basse temperature.

Lubrificanti

  • La struttura lamellare migliora le proprietà reologiche e lo scorrimento del polimero fuso, facilitando la lavorazione e riducendo l’attrito durante la produzione.

Protezione UV

  • L’intercalazione di assorbitori UV nei solidi lamellari produce additivi che filtrano efficacemente la radiazione UV, proteggendo film e pigmenti.

Proprietà antistatiche

  • Modificando idrofobicità/idrofilicità, le nanoclays possono dissipare cariche statiche e ridurre l’accumulo di polvere.

Proprietà antiappannamento

  • L’inserimento di molecole specifiche nella regione interstrato impedisce la condensazione del vapor d’acqua, conferendo proprietà antiappannamento durevoli.

Anticorrosione

  • Le idrotalciti catturano selettivamente ioni cloruro, riducendo la corrosione.
  • Molecole intercalate aumentano la protezione anticorrosiva del composito.

Antifouling

  • Additivi modificati impediscono la crescita di alghe e organismi marini, conferendo proprietà antivegetative.

Isolamento termico e acustico

  • Nanoclays funzionalizzate possono migliorare coibentazione, isolamento termico e correzione acustica, soprattutto in applicazioni edilizie.

Additive manufacturing (stampa 3D)

  • Gli additivi lamellari sono compatibili con polimeri per stampa 3D FDM, permettendo la deposizione strato per strato con prestazioni avanzate.

Filler attivi e multifunzionali

  • L’intercalazione di modificanti organici permette di creare filler con molteplici proprietà: antiossidanti, antibatterici, biomedicali, ottici, magnetici o catalitici.