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Permabilità ai gas

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La permeabilità dei polimeri


I polimeri barriera limitano il trasporto di sostanze (permeanti)  attraverso o dentro il polimero. La permeazione è un processo multistadio in cui la molecola di permeante ; o si scontra  con il polimero o viene assorbita sulla superficie e disciolta nella massa del polimero; grazie all’energia termica e al moviemneto delle  catene , il gas si diffonde; la diffusione casuale risulta in un movimento dal lato ad alta concentrazione di permeante verso l’altro lato; dopo avere attraversato il polimero, arriva alla superficie, viene rilasciato e si allontana. Il movimento del permeante è un processo fisico controllato da fattori sia termodinamici che cinetici.

Il processo di permeazione


Nel caso di polimeri senza un particolare trattamento superficiale, il è nella fase di dissoluzione: il permeante   contributo termodinamico si partiziona tra ambiente e polimero secondo fattori termodinamici. è nella diffusione. La velocità netta dipende   contributo cinetico  Il dalla velocità di movimento del permeante e dalla disponibilità di nuove vacanze nel polimero. Alcune semplici equazioni descrivono la maggior parte delle applicazioni dei polimeri barriera.

"D"  La permeabilità è il prodotto del coefficiente di diffusione   per il  "S"  coefficiente di solubilità  .

  D*S   =   P

dove P , è il termine cinetico chiamato diffusività.Il coefficiente di diffusione, descrive la velocità di movimento. Il coefficiente di solubilità è il  termine termodinamico che descrive la quantità di permeante che si  scioglie nel polimero. Il coefficiente di solubilità è dato da:

Ceq= Spx

dove Ceq è la concentrazione di equilibrio del permeante che si scioglie nel polimero quando il permeante ha una pressione parziale px
Un polimero può avere una bassa permeabilità perché ha bassi  di "S"  o "D"    o di entrambi.  L'orientazione può diminuire l'effetto di permeabilità ,aumentando la densità di impacchettamento e riducendo "D", quindi aumentando l'effetto barriera.Lo stiramento non sempre porta all'orientamento delle catena , ma può creare vuoti che ne aumentano la permeabilità.L’impacchettamento influenza come le molecole di permeante si muovono attraverso il volume libero o vacanze della matrice: quando il volume libero è basso, il movimento è limitato. Una maggiore cristallinità riduce la permeabilità in quanto i cristalli sono impenetrabili,in pratica si riduce "S".


Permeabilità ai gas

Le caratteristiche proprie degli elastomeri li rendono permeabili ai gas, e tale permeabilità dipende dal tipo di gas, dalla temperatura di esercizio e dalla pressione che il gas esercita.La permeabilità può causare una perdita di gas, che passa dall'area a pressione maggiore a quella a pressione minore,attraverso l'elastomero.Una certa quantità di gas si ferma all'interno della mescola formando delle bolle che hanno effetto sul comportamento elastico dell'anello.Inoltre il contatto diretto del gas con la superficie esterna dell'elastomero può accelerare il processo di invecchiamento della mescola.Vedi tabella permeabilità Fig.1



Polimero

Permeazione O2

Polietilene LDPE

3400

Polietilene HDPE

1400

Polipropilene

1400

Polistirene

2800

PVC Rigido

82

Poliammide 6.6

38-100

cm3/m2*24h

La permeabilità a gas e a vapori di un polimero è sostanzialmente  legata alla natura polare/apolare dei legami .Per cui le molecole  fortemente polari come quelle dell’acqua, caratterizzata dal legame  O-H, sono poco compatibili con i legami C-C e C-H e quindi permeano e diffondono  nel polimero con grande difficoltà, mentre le molecole strutturalmente  simmetriche, prive di un forte dipolo elettrico, come ad esempio  la molecola di ossigeno (O=O) o quella dell’anidride carbonica (O=C=O), permeano nel polimero con legami C-C e C-H è maggiormente facilità. Ne consegue che ii polimeri apolari si fanno attraversare  poco dall’acqua mentre, hanno una maggiore permeabilità all’ossigeno  ed alla anidride carbonica.A parità di altre variabili la permeabilità  ai gas diminuisce all’aumentare della densità. È infatti meno facile  ai gas permeare nelle macromolecole più impaccate. Naturalmente la permeabilità ai gas dipende anche dalle condizioni  ambientali (temperatura, tempo di esposizione) e dallo spessore del manufatto.

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