Polietere etere chetone

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Polietere etere chetone
Struttura chimica del monomero costituente l'unità ripetitiva del polimero.
Struttura chimica del monomero costituente l'unità ripetitiva del polimero.
Nomi alternativi
PEEK
Numero CAS 29658-26-2
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) 1,320
Temperatura di fusione (K) circa 343 °C
Proprietà meccaniche
Modulo di elasticità longitudinale (GPa) 3,6

Il polietere etere chetone (PEEK) è un polimero termoplastico organico incolore della famiglia dei poliarileterchetoni (PAEK), utilizzati in applicazioni di ingegneria come tecnopolimero.

Sintesi[modifica | modifica wikitesto]

I polimeri PEEK sono ottenuti per polimerizzazione a stadi per dialchilazione di sali bisfenolati. La reazione più comune è quella del 4,4'-difluorobenzofenone con il sale disodico dell'idrochinone, che è generato in situ per deprotonazione con carbonato di sodio. La reazione è condotta a circa 300 °C in solventi aprotici polari, come il DMSO o la DMF.[1][2]

Synthesis of PEEK.svg

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

Per via della sua robustezza, per la quale infatti viene considerato un tecnopolimero, il PEEK viene utilizzato per fabbricare oggetti usati in applicazioni impegnative, tra cui i cuscinetti a sfera, parti di pistone, pompe, valvole, colonne HPLC, piastre a compressione e nell'isolamento dei cavi. È una delle poche plastiche compatibili con applicazioni ad ultra-alto vuoto. Il PEEK è considerato un biomateriale avanzato usato in protesi mediche. Si sta trovando sempre più impiego in dispositivi di fusione spinali e ferri di armatura. È ampiamente utilizzato nel settore aerospaziale, automobilistico, e di processo chimico.[3] Le proprietà meccaniche del PEEK ad elevate temperature lo ha portato ad essere utilizzato in almeno due varietà di estrusori Reprap come isolante termico. Questo significa che la principale struttura meccanica dell'estrusore può essere fatta dello stesso materiale che viene estruso, purché l'isolatore del PEEK impedisca al calore di allontanarsi oltre la zona di fusione prevista.

Proprietà[modifica | modifica wikitesto]

Proprietà meccaniche
Densità 1320 kg/m³
Modulo di Young (E) 3.6 GPa
Carico di rottura (σt) 90-100 MPa
Elongazione a rottura 50%
notch test 55 kJ/m²
Temperatura di transizione vetrosa 143 °C
Conducibilità termica 0.25 W/mK
fonte:[4]

Il PEEK è un polimero termoplastico semicristallino con eccellenti proprietà meccaniche e chimiche di resistenza che vengono mantenute anche ad alte temperature. Le condizioni di lavorazione utilizzate per stampare il PEEK possono influenzare la cristallinità, e quindi le proprietà meccaniche. Il modulo di Young è 3.6 GPa e il carico di rottura, che non varia molto con il peso molecolare, da 90 a 100 MPa.[5] Il PEEK ha una temperatura di transizione vetrosa di circa 143 °C e fonde a circa 343 °C. Alcune tipologie hanno una temperatura utile di funzionamento fino a 250 °C. La conduttività termica in funzione della temperatura aumenta quasi linearmente tra temperatura ambiente e temperatura di fusione.[6] È altamente resistente alla degradazione termica e dall'attacco di ambienti organici e acquosi. Viene attaccato da alogeni e acidi forti di Brønsted e di Lewis così come da alcuni composti alogenati e idrocarburi alifatici a temperature elevate. È solubile in acido solforico concentrato a temperatura ambiente, anche se la dissoluzione può richiedere molto tempo a meno che il polimero non abbia una elevata area superficiale rispetto al volume: come quindi una polvere fine o un film sottile. Presenta inoltre un'elevata resistenza alla biodegradazione.

Varianti di processo[modifica | modifica wikitesto]

Il PEEK fonde a una temperatura relativamente elevata (343 °C) rispetto alla maggior parte degli altri termoplastici. Nel range della sua temperatura di fusione può essere lavorato con stampaggio ad iniezione o metodi di estrusione. Una società di San Francisco ha dimostrato per la prima volta la possibilità tecnica di lavorazione del PEEK in forma granulare in forma filamentosa e di stampa 3D dal materiale filamentoso utilizzando la tecnologia del Fused Deposition Modeling - FDM (fuso filamento o fabbricazione - FFF).[7][8] Nel gennaio 2016 una startup tedesca, con sede a Karlsruhe, ha presentato un filamento PEEK per la produzione di dispositivi medici fino alla classe IIa.[9] Con questo nuovo filamento, è stato possibile usare il metodo FFF per varie applicazioni mediche come quelle dentali.

Il PEEK allo stato solido è facilmente lavorabile, ad esempio, da fresatrici (CNC) e viene utilizzato comunemente per produrre parti in plastica di alta qualità che sono termostabili e termicamente ed elettricamente isolanti. Il PEEK è spesso considerato un prodotto lussuoso per l'ingegneria della plastica, come il Delrin, il PTFE o il nylon.

PEEK a memoria di forma per applicazioni biomediche[modifica | modifica wikitesto]

Il PEEK non è tradizionalmente un polimero a memoria di forma; Tuttavia, i recenti progressi nel processo hanno portato il comportamento a memoria di forma nel PEEK tramite l'attivazione meccanica. Questa tecnologia ha ampliato le sue applicazioni in chirurgia ortopedica.[10]

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ (EN) David Parker, Jan Bussink e Hendrik T. van de Grampel, Polymers, High-Temperature, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 1º gennaio 2000, DOI:10.1002/14356007.a21_449, ISBN 978-3-527-30673-2. URL consultato il 5 luglio 2016.
  2. ^ David Kemmish "Update on the Technology and Applications of PolyArylEtherKetones" 2010.
  3. ^ Michael Lauzon, Diversified Plastics Inc., PEEK playing role in space probe, su PlasticsNews.com, Crain Communications Inc, 4 maggio 2012. URL consultato il 6 maggio 2012.
  4. ^ A.K. van der Vegt & L.E. Govaert, Polymeren, van keten tot kunstof, ISBN 90-407-2388-5
  5. ^ Material Properties Data: Polyetheretherketone (PEEK), www.makeitfrom.com
  6. ^ J. Blumm, A. Lindemann, A. Schopper, "Influence of the CNT content on the thermophysical properties of PEEK-CNT composites", Proceedings of The 29th Japan Symposium on Thermophysical Properties, October 8–10, 2008, Tokyo
  7. ^ Michael Newsom, Arevo Labs announces Carbon Fiber and Nanotube-reinforced High Performance materials for 3D Printing Process, su Solvay Press Releases, LouVan Communications Inc.. URL consultato il 27 gennaio 2016.
  8. ^ Ann Thryft, 3D Printing High-Strength Carbon Composites Using PEEK, PAEK, Design News. URL consultato il 27 gennaio 2016.
  9. ^ Press release Indmatec PEEK MedTec.
  10. ^ "Surgical Technologies; MedShape Solutions, Inc. Announces First FDA-cleared Shape Memory PEEK Device; Closing of $10M Equity Offering". Medical Letter on the CDC & FDA