Ionomeri: caratteristiche, lavorazioni, impieghi

Gli ionomeri sono copolimeri contenenti ioni e, di fatto, sono polielettroliti speciali. Nel 1964 la DuPont annunciava di aver messo a punto nuovi materiali plastici che assommavano le proprietà delle resine termoplastiche e delle resine termoindurenti, per l’appunto gli ionomeri. Un ionomero è un polimero termoplastico con legami ionici tra le catene polimeriche. Sono possibili molti ionomeri diversi, ma gli ionomeri commercialmente in uso sono quasi esclusivamente copolimeri derivati dall’etilene con acido acrilico o metacrilico attraverso un processo ad alta pressione; i copolimeri così ottenuti contenenti fino al 10% di gruppi acidi sono successivamente trattati a 150 – 170°C con composto metallico (quale ossido di zinco, carbonato di zinco, idrossido di sodio, composti del litio) per neutralizzare parzialmente i gruppi acidi. Il prodotto residuo, se solubile in acqua, può essere evaporato; altrimenti viene reso solubile aggiungendo una sostanza adeguata allo scopo.

Le caratteristiche degli ionomeri

Gli ionomeri dell’etilene sono polimeri termoplastici cristallini caratterizzati da:

• buone proprietà meccaniche;
• sono suscettibili ad essere colorati con pigmenti e coloranti;
• possono essere caricati senza perdere le loro caratteristiche;
• facile lavorabilità;
• resistenza alle basse temperature;
• non sono attaccati da oli e grassi;
• buona resistenza ad acidi e basi diluite;
• inattaccabilità da parte di idrocarburi, chetoni, alcoli ed esteri;
• buone caratteristiche dielettriche;
• resistenza all’assorbimento di umidità e vapore migliore di altri polimeri a parità di trasparenza;
• saldabilità a caldo;
• facile lavorabilità.

Produzione e lavorazione degli ionomeri

Gli ionomeri possono essere lavorati con la tecnologia dello stampaggio a iniezione. La temperatura di trasformazione è compresa tra 170 e 210°C. Possono essere anche estrusi come film termoformabili, tubi, lastre, e possono anche essere soffiati a dare corpi cavi.

Oltre allo ionomero dell’etilene sono stati sintetizzati altri tipi di ionomeri, ad esempio a partire da stirene, metil metacrilato o acetato di vinile. Anche la gomma EPDM può essere trasformata in ionomero, mescolandola con acido solforico, e successiva neutralizzazione parziale con un idrossido di metallo o con un carbonato. Esiste anche un copolimero del tetrafluoroetilene (nome commerciali Naflon della DuPont): si tratta di un fluoropolimero – copolimero costituito da tetrafluoroetilene solfonato: le proprietà assolutamente uniche di questo copolimero gli derivano dall’inserimento di gruppi esteri perfluorovinilici che terminano con gruppi solfonici su uno scheletro di tetrafluoroetilene.

Gli impieghi degli ionomeri

Pur essendo un mercato di nicchia, gli ionomeri hanno diverse applicazioni:

• imballaggio: rappresenta l’impiego di gran lunga più consistente (vedi tabella 5). Gli ionomeri, sotto forma di film o fogli vengono utilizzati per il confezionamento di generi alimentari, cosmetici o prodotti farmaceutici. Le pellicole possono essere sia monostrato sia multistrato (come coestrusi), o anche in accoppiamento con alluminio o cartone; sul cartone viene applicata una sottile pellicola di alluminio. Nel confezionamento di farmaci gli ionomeri possono essere usati a formare blister;
• impieghi sportivi: uno dei più importanti è il rivestimento esterno di palline da golf; altri impieghi sono il rivestimento esterno trasparente di birilli, il fondo di bodyboard, parti di scarponi da sci, suole di calzature sportive;
• altri vari: rivestimento di cavi, rivestimento di superfici metalliche, articoli casalinghi, tappi di bottiglie di profumi (dove gli ionomeri sono apprezzati per la loro trasparenza e resistenza ai solventi), manici di utensili, articoli casalinghi, rinforzo dei tacchi o delle
• punte di scarpe, in particolare scarpe da trecking o scarpe per l’esercito che richiedano una particolare robustezza, strati intermedi tra strati di vetri di sicurezza in alternativa al butirrale di polivinile.

Il mercato degli ionomeri

Il consumo mondiale di ionomeri nel 2021 è stato di 32.000 tonnellate, in crescita ad un tasso medio annuo del 7,4% nell’arco dell’ultimo decennio.