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Degradazione: tecniche di invecchiamento e analisi

I fenomeni di degradazione sono numerosi e coinvolgono un numero di variabili spesso molto più grande di quello che possiamo immaginare e simulare. Lo studio di questi fenomeni è relativo a tutta la Scienza dei Materiali. Per questo, prima di intraprendere uno studio serio sulla degradazione, è indispendabile farsi un'idea di quello che è lo "stato dell'arte" dell'argomento specifico consultando la letteratura relativa. Ricordiamo che non sempre si vuole evitare una "degradazione": ad esempio nel caso della biocompatibilità la degradazione è un fenomeno voluto e che dev'essere controllato.

COME STUDIARE LA DEGRADAZIONE DI UN MATERIALE

Definire con chiarezza gli obiettivi è il primo punto su cui ragionare. In generale questi possono essere:

  • Valutare la vita di un manufatto o di un prodotto, in determinate condizioni ambientali
  • Accelerare la degradazione naturale con tecniche adeguate, che simulino il più possibile le variabili esterne e che consentano una valutazione preventiva dei fenomeni degradativi
  • Studiare i meccanismi di degradazione del materiale, per comprendere quali sono i componenti maggiormente sensibili
  • Migliorare o mettere a punto sistemi di stabilizzazione efficienti, mediante additivazione specifica
  • Valutare e paragonare prodotti presenti sul mercato
  • Comprendere quali sono i prodotti della degradazione (per esempio per i materiali 'bio-degradabili')

A rigor di logica, è possibile far rientrare nell'argomento 'degradazione' anche tutti gli aspetti relativi al 'comportamento al fuoco'.  Tuttavia, per le sue peculiarità, per la vastità e l'importanza dell'argomento, è spesso preferibile trattarlo separatamente.

Elenchiamo di seguito, molto brevemente, alcuni punti generali riguardanti lo studio di laboratorio delle tematiche di degradazione e di invecchiamento accelerato, invitandoVi a contattarci direttamente per l'approfondimento di temi specifici.

DEGRADAZIONE TERMICA IN ATMOSFERA INERTE

In molti casi, soprattutto durante la lavorazione dei polimeri in macchine chiuse (es. estrusori), gli eventuali fenomeni di degradazione sono di tipo puramente termico; il modo più diretto per studiarli è effettuare prove in assenza di ossigeno.

Strumentazione

Sono necessari una stufa da vuoto ed eventualmente un po' di azoto

Misura

Il primo passo è concentrarsi sulle temperature di interesse e lavorarci intorno. Ad esempio se si processa a 230°C, occorre fare prove a 210°C, 230°C, 250°C e 270°C. Per i tempi di degradazione vale lo stesso discorso. L'analisi di ciò che succede va svolta attraverso l'utilizzo di tecniche appropriate: le prove meccaniche e l'infrarosso, oltre all'analisi visiva, sono strumenti utili in questo caso. 

DEGRADAZIONE TERMICA IN ARIA-OSSIGENO

Dopo aver capito cosa succede in assenza di ossigeno, si può provare a degradare in aria/ossigeno. Le regole sono le stesse di prima, ma ci si accorge delle differenze.

DEGRADAZIONE TERMICA IN AMBIENTI PARTICOLARI

Se i  materiali vengono a contatto, durante la trasformazione o l'uso, con sostanze particolari (ad esempio pensiamo ai cavi che trasportano la benzina nelle auto), le prove dovranno tenerne conto e si dovranno adottare particolari accorgimenti per le misure di invecchiamento.

Strumentazione

In questo caso dev'essere specifica e va studiata di volta in volta. Esistono però alcune normative di riferimento da prendere come base.

PROVE TECNOLOGICHE SPECIFICHE DI DEGRADAZIONE

E' possibile verificare cosa succede ad un materiale se rimane troppo nei forni di essicamento, nell'estrusore o nella pressa, etc. Tuttavia, a causa dell'elevato numero di variabili, queste prove devono essere accompagnate ad un'analisi più seria e fondamentale. I risultati vanno quindi interpretati attentamente.

TEST ACCELERATI: LUCE ED INTEMPERIE, INVECCHIAMENTO NATURALE

Le prove di invecchiamento per esposizione all'esterno servono a comparare il comportamento di diversi materiali SOLO se questi sono esposti tutti insieme contemporaneamente, nello steso posto e nello stesso momento. Confronti fatti in luoghi ed in tempi diversi devono essere considerati solo dal punto di vista qualitativo.

Strumentazione

Sembra banale, ma saper preparare ed esporre correttamente dei provini per invecchiamento naturale non è così semplice e richiede una notevole attenzione e cura. Basta una piccola scorrettezza per buttare all'aria prove di invecchiamento che durano anche anni.

Misure

A volte non si fa' altro che osservare i campioni nel tempo. A volte invece sono necessarie prove chimiche o meccaniche sui campioni degradati. Sono da preferire sempre le prove non distruttive, in quanto il numero di campioni da esporre per caratterizzazioni distruttive periodiche può essere molto elevato.

TEST ACCELERATI con lampade allo XENON

Per quel che riguarda i cosidetti "test accelerati",  sono in molti a sostenere che non riproducono le reali condizioni esterne. È vero. Però anche ciò che succede alll'esterno non è mai riproducibile! Rispetto alla degradazione in esterno hanno il vantaggio, oltre alla maggiore velocità, che, osservando la MASSIMA CURA nella strumentazione, si possono fare anche paragoni tra campioni esposti in macchine diverse ed in tempi diversi. Sono da preferirsi comunque confronti tra campioni esposti contemporaneamente.

Strumentazione

Gli strumenti con lampade allo Xenon trovano largo consenso in quanto la loro emissione spettrale dovrebbe essere la più simile a quella del sole. Per avere prove affidabili occorre controllare e mantenere la strumentazione in perfetta efficienza. Più che una semplice 'certificazione', è bene conoscere le variabili che sono coinvolte nella prova con la dovuta accuratezza: temperature, qualità dell'acqua, irradianza, cicli, filtri. Sono tutte conoscenze che consentono di interpretare al meglio i risultati dei test di invecchiamento accelerato.

Misure

Il controllo è spesso visivo. Ovviamente si possono usare tutte le tecniche analitiche disponibili per analizzare le cinetiche di degradazione, ma sono da preferire i controlli non distruttivi.

TEST ACCELERATI CON LAMPADE UV

Strumentazione

Esistono in commercio lampade diverse da quelle allo Xenon. Le lampade UV (UV-a o UV-b) emettono parecchia energia nella zona più degradante della radiazione solare e, per questo, accelerano notevolemente la degradazione. Non sempre riproducono fedelmente ciò che può avvenire all'esterno, ma, se usate per comparare diversi materiali, possono fornire le indicazioni volute. Consentono aree di esposizione genralmente maggiori rispetto agli setrumenti allo Xenon e sono più economici; anche la manutenzione richiesta è minore.

Misure

Come per le altre esposizioni, è importante controllare sempre il tipo di lampade prima di fare paragoni. Preferite un monitoraggio continuo dell'irraggiamento. 

STUDIO DEI FENOMENI DEGRADATIVI

Analizzare ciò che avviene durante i test di degradazione può essere importante per valutare precocemente il comportamento dei materialie (risparmiando quindi tempo e denaro). Non vogliamo esaurire in poche righe tutte le possibilità esistenti, tuttavia nei nostri laboratori possiamo studiare il comportamento mediante tecniche specifiche, quali:

  • Spettroscopia infrarossa di bulk e di superficie
  • Spettroscopia Raman
  • Microscopia ottica ed elettronica
  • Microanalisi degli aelementi chimici
  • Analisi ICP con laser ablation
  • Misure di colore, di gloss e delle caratteristiche ottiche in riflessione e assorbimento alle diverse lunghezze d'onda
  • Misure delle caratteristiche superficiali (rugosità, durezza, tensione superficiale, conducibilità elettrica, etc.)
  • Prove meccaniche

 Dr. Maurizio Veronelli - Specialista in Scienza dei Polimeri

RDLab137 srl - Milano : Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Ultima revisione: 03/02/2018