Nuovi materiali termoplastici poliolefinici elettro-conduttivi, a matrice polietilenica, polipropilenica o mista, contenenti una ridotta percentuale ponderale di polveri metalliche disperse, per impieghi tecnici diversificati:

1. materiali plastici antistatici intrinseci permanenti;

2. materiali semiconduttivi / debolmente elettroconduttivi super-leggeri per componenti, apparecchiature e impianti elettrici/elettronici diversi;

3. materiali di schermatura elettromagnetica, per schermature di radiodisturbi e interferenze elettromagnetiche in genere di/da apparati di comunicazione, allarme, tele-sorveglianza e tele-controllo, apparecchi audio-video, computer, apparecchiature elettromeccaniche, ecc.;

4. materiali termoplastici per semilavorati estrusi, estrusi + calandrati o stampati, post-lavorabili a caldo con estrema rapidità sotto irradiazione a microonde (sotto riscaldamento UHF), ovvero, con velocità ed efficienza di processo ulteriormente incrementate, sotto irradiazione combinata a microonde + raggi infrarossi:

1. fabbricazione continua di reti, griglie, georeti e geogriglie plastiche mediante stiro uni- o bi-assiale a caldo di lastre estruse, o estruse + calandrate, recanti arrangiamenti geometrici di fori fustellati e/o depressioni punzonate, ovvero di strutture planari reticolari o di preforme polimeriche tridimensionali a cavità e/o protrusioni, ottenibili mediante processi di estrusione o co-estrusione dinamica;

2. stiro, curvatura, piegatura o altre deformazioni di geometria e/o dimensioni di semilavorati estrusi diversi, come barre, profilati, bacchette, tubi, tubetti, fogli, lastre, ecc.;

3. strozzatura o svasatura veloce a caldo delle porzioni terminali di tubi in materiale poliolefinico per realizzazione di connessioni sagomate per giunti a bicchiere.

5. materiali di saldatura ultra-veloce a microonde di parti o componenti in materiale poliolefinico.

Le composizioni e il relativo ambito applicativo e tecnologico delle post-lavorazioni superveloci a microonde, e combinate a microonde + raggi infrarossi, dei nuovi materiali poliolefinici elettroconduttivi sono coperti dalla domanda di brevetto internazionale WO-2004-048463 (A1) (June 10, 2004; assegnatario: F. Parodi) e dal Brevetto Italiano IT-1.334.163 (24 maggio 2006; assegnatario: F. Parodi) [pubblicato come Ital. Pat. Appl. ITGE20020104 (A1) (May 23, 2004)].

1.  Caratteristiche Costitutive dei Nuovi Materiali 

I nuovi materiali sono costituiti da.

1. una matrice poliolefinica termoplastica, selezionabile tra polietilene (HDPE, LDPE, MDPE, LLDPE, VLDPE, ULDPE), polupropilene, copolimeri plastici etilene-propilene, gomme EP(D)M, ovvero anche blend termoplastici PE o PP + copolimeri EP;

2. un modesto quantitativo di una polvere metallica super-fine (di preferenza, una polvere di alluminio, ottone o bronzo, o anche una miscela specializzata di diverse di queste polveri metalliche), tipicamente compreso nell'intervallo del 6-10% in peso dell'intera composizione, in funzione del valore desiderato di conducibilità elettrica;

3. un "cocktail" proprietario multi-funzionale di additivi (pre-granulabile), pari al 4-6% in peso del materiale complessivo, comprendente un additivo organico promotore (una triaril-, triarilmetil-, aril-diarilmetil, ovvero diaril-arilmetil-fosfina o ammina), preferibilmente dispersi in una poliolefina termoplastica chimicamente funzionalizzata.

Il sistema di additivi "C" agisce simultaneamente in seno alla composizione termoplastica come:

1. enfatizzatore "elettronico" specifico dell'elettroconduttività indotta dalla modesta aliquota di polvere/i metallica/che dispersa/e nel materiale poliolefinico;

2. disperdente della/e polvere/i metallica/che nella poliolefina, agente coesivo del sistema poliolefina-metallo, facilitatore del compounding e promotore di significativi miglioramenti delle caratteristiche meccaniche e termo-meccaniche del materiale;

3. enfatizzatore di riscaldabilità del materiale, di particolare valenza tecnologica nelle post-lavorazioni ultra-rapide a caldo dei materiali sotto irradiazione combinata a microonde + raggi infrarossi.

2.  Lavorabilità Super-Accelerata a Microonde dei Nuovi Materali

2.1.  Riscaldabilità a Microonde

Persino in condizioni blande di irradiazione a microonde (alla frequenza UHF std. ISM di 2450 MHz) in aria ambiente in comuni forni di tipo domestico di bassa potenza (800 W), e quindi in assenza di tutti i normali dispositivi di ottimizzazione di processing propri dei forni UHF industriali, i nuovi materiali manifestano un'intrinseca riscaldabilità a microonde particolarmente forte, con velocità medie di riscaldamento di 2-5 °C/sec in funzione del tipo e della percentuale di polvere metallica introdotta nella composizione.  Tali velocità di riscaldamento sono superiori del 25-40% a quelle delle equivalenti composizioni convenzionali poliolefina-polvere metallica in pari condizioni di trattamento UHF.

I Diagrammi 1 e 2 mostrano le curve di riscaldamento UHF in identiche condizioni di due materiali termoplastici innovativi, rispettivamente di tipo polietilene LDPE-polvere di alluminio e polipropilene-polvere di alluminio a confronto con equivalenti composizioni convenzionali con identiche matrici polimeriche e uguale percentuale della medesima polvere di alluminio.

Diagramma 1  -  Curve tipiche di riscaldamento UHF (potenza UHF = 800 W costanti) di due composizioni LDPE–polvere di alluminio:  a) innovativa;  b) convenzionale (con identica % della stessa polvere metallica).

Diagramma 2  -  Curve tipiche di riscaldamento UHF (potenza UHF = 800 W costanti) di due composizioni Polipropilene–polvere di alluminio:  a) innovativa;  b) convenzionale (con identica % della stessa polvere metallica).

2.2  Riscaldabilità Combinata a Microonde + Raggi Infrarossi

Grazie al sistema proprietario di additivi "C", gli strati (o porzioni) superficiali dei semilavorati o parti realizzabili con i nuovi materiali sono vantaggiosamente riscaldabili a raggi infrarossi con una rapidità molto superiore a quella propria delle corrispondenti composizioni convenzionali, intrinsecamente caratterizzate dalle forti reflettività ed emissività infrarosse conferite dalle normali polveri brillanti di alluminio, ottone o bronzo.  Lo spettro infrarosso in riflessione riportato in Diagramma 3 esemplifica le capacità di assorbimento di energia radiante emessa da "dolci" radiatori infrarossi (a temperatura compresa tra 100 e 250 °C, aventi massima intensità di emissione a lunghezze d'onda comprese nell'intervallo 5.5-8 micron, come le semplici pareti calde dello stesso forno di trattamento, ovvero corpi o porzioni adiacenti dello stesso materiale in corso di riscaldamento UHF), conferite dal sistema di additivi "C" ai nuovi materiali poliolefinici.

Diagramma 3  -  Spettro infrarosso FT-IR in riflessione (tecnica ATR) di una tipica composizione polietilene LDPE–sistema di additivi "C" secondo la domanda di brevetto internazionale WO-2004-048463.

Attraverso gli andamenti della temperatura del cuore e della superficie di provini, i grafici di Diagramma 4 esemplificano rispettivamente la veloce riscaldabilità interna con sola irradiazione a microonde e la rapidissima riscaldabilità contemporanea complessiva (sia interna che superficiale) con irradiazione combinata a microonde + raggi infrarossi di manufatti o semilavorati di forte spessore realizzabili con composizioni del nuovo tipo a matrice di polipropilene.

Diagramma 4  -  Curve di riscaldamento UHF e UHF + IR a potenza costante di un pezzo cilindrico (Ø = 38 mm) realizzato con una composizione termoplastica innovativa PP–polvere di alluminio:  temperature del cuore e della superficie del pezzo.

3.  Conducibilità Elettrica

3.1  Conducibilità Elettrica di Superficie

dati in preparazione

3.2  Conducibilità Elettrica di Volume

dati in preparazione

4.  Caratteristiche Fisiche Diverse dei Nuovi Materiali

4.1  Densità:  densità a 20°C compresa nell'intervallo 0.96-1.05 g/cm³ , a seconda del tipo di materiale poliolefinico (LDPE, LLDPE, PP, ecc.) e della percentuale di additivazione di polveri metalliche e sistema attivatore "C".

4.2  Colorazione e Colorabilità.  I nuovi materiali hanno colore grigio chiaro o grigio-dorato, con moderato lustro metallico, come tutti i materiali polimerici e vernici additivati con polveri di alluminio, ottone e/o bronzo.  In virtù del loro basso contenuto complessivo di polveri metallicche, sono però suscettibili, come le normali vernici metallizzate in commercio, di pigmentazione in una grande varietà di colorazioni mediante aggiunta di dosi poco superiori alla media degli ordinari pigmenti in polvere.  Tali pigmentazioni non attenuano, ma anzi in molti casi incrementano, la conducibilità elettrica, le capacità di assorbimento elettromagnetico e la riscaldabilità a microonde e a raggi infrarossi dei nuovi materiali.