La degradazione termica sta emergendo come un avversario formidabile nel mondo dei materiali, un fenomeno che sfida la resistenza dei polimeri come un colpo di calore decisivo in una partita ad alta posta. Definita dall’American Society for Testing and Materials (ASTM) come il processo in cui il calore elevato fa perdere proprietà fisiche, chimiche o elettriche a un materiale, questa forza distruttiva è particolarmente evidente nei polimeri, trasformando strutture robuste in fragili contendenti in tempi record.
Meccanismi della degradazione termica
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Quando un materiale viene esposto a temperatures elevate, le sue molecole subiscono modifiche nella struttura chimica e fisica, portando a una riduzione della stabilità e delle prestazioni originali. La velocità con cui avviene la degradazione dipende fortemente dalla temperatura: più alta è la temperatura, più rapido sarà il deterioramento, fino a raggiungere valori di degradazione significativi in tempi molto brevi.
Fattori che influenzano la degradazione termica
La comprensione della degradazione termica è cruciale non solo per la progettazione di materiali resistenti al calore, ma anche per prevedere il comportamento dei prodotti durante l’uso, la lavorazione o lo smaltimento. Essa interessa settori molto diversi, dall’industria dei polimeri all’ingegneria degli materiali, dalla conservazione degli alimenti alla sicurezza elettrica, dimostrando come il calore possa influenzare in modo determinante la durabilità e l’affidabilità dei materiali moderni. La degradazione termica può avvenire tramite diversi meccanismi, a seconda della natura del materiale. La scissione casuale delle catene polimeriche (Random Chain Scission) è uno dei meccanismi primari: 
Random Chain Scission
La scissione casuale è uno dei meccanismi primari della degradazione termica. A temperatures elevate, le catene polimeriche possono rompersi in punti casuali a causa della rottura dei legami chimici, formando radicali liberi altamente reattivi. Questi radicali possono a loro volta causare ulteriori scissioni o reazioni di crosslinking, che alterano la struttura e le Samaria del materiale. Questo processo porta a una riduzione del peso molecolare, con conseguente perdita di resistenza meccanica oltre che all’aumento della fragilità del polimero. Anche in assenza di ossigeno atmosferico, durante la lavorazione dei polimeri possono formarsi perossidi organici attraverso reazioni di ossidazione termica. Questi perossidi possono decomporre ulteriormente il materiale, generando sostanze volatili e composti carboniosi. L’ossidazione termica accelera la degradazione, specialmente in polimeri come il polipropilene e il polietilene, che, sebbene siano relativamente resistenti, possono subire danni significativi in presenza di ossigeno e calore. 
ossidazione termica La depolimerizzazione è il processo inverso della polimerizzazione, in cui le lunghe catene polimeriche vengono spezzate in monomeri o oligomeri più piccoli. Questo fenomeno può essere indotto termicamente, portando alla perdita di massa e alla modifica delle proprietà fisiche del materiale. Ad esempio, nel caso del polimetilmetacrilato (PMMA), la depolimerizzazione termica può liberare monomeri come l’acrilato di metile, con conseguente riduzione della viscosità e diminuzione della trasparenza del materiale. La carbonizzazione è il processo di decomposizione termica di materiali organici che avviene in assenza di ossigeno e che porta alla formazione di carbonio. Durante la carbonizzazione dei polimeri, le catene molecolari si rompono, liberando gas volatili e lasciando un residuo solido carbonioso. 
carbone attivo Questo processo è influenzato dalla temperature e dalla presenza di ossigeno: in condizioni controllate, può essere utilizzato per produrre materiali come il carbone attivo. Tuttavia, la carbonizzazione incontrollata può compromettere la struttura e la resistenza del materiale originale. La fotodegradazione e la degradazione idrolitica sono altri tipi di degradazione che avvengono, rispettivamente in presenza di luce e di acqua che possano interagire con il calore e altri fattori, modificando significativamente la stabilità dei materiali. La velocità e la modalità della degradazione termica dipendono da una serie di fattori interconnessi, che possono accelerare o rallentare il deterioramento dei materiali. La temperatura è il fattore più ovvio. In generale, all’aumentare della temperature, la degradazione termica dei materiali diventa più rapida. Ogni materiale possiede una soglia critica di temperature, oltre la quale la sua stabilità chimica e fisica crolla rapidamente. Nei polimeri, per esempio, superare la temperature di transizione vetrosa o la temperature di fusione può portare alla scissione delle catene molecolari. Anche piccole differenze di temperature possono avere effetti significativi sulla velocità di degradazione, rendendo necessaria una valutazione precisa dei limiti termici durante progettazione e lavorazione. Il tempo di esposizione al calore è il secondo fattore cruciale. Anche temperatures moderate, se mantenute per periodi prolungati, possono causare un progressivo deterioramento del materiale. Questo significa che un materiale può resistere brevi picchi di calore elevato, ma subire danni irreversibili se esposto a temperatures inferiori per tempi più lunghi. La combinazione di temperature e durata è quindi determinante per stimare la vita utile di un prodotto. La composizione dell’ambiente circostante gioca un ruolo fondamentale. La presenza di ossigeno o di altri agenti chimici può accelerare notevolmente la degradazione, favorendo processi di ossidazione termica. L’umidità, per esempio, può combinarsi con il calore per innescare reazioni idrolitiche, mentre atmosfere inerte come l’azoto possono rallentare la degradazione di materiali sensibili all’ossidazione. Anche contaminanti o residui chimici presenti sul materiale possono modificare la sua resistenza termica. Non tutti i materiali reagiscono allo stesso modo al calore: la composizione chimica e la struttura molecolare sono determinanti. Polimeri aromatici e materiali ceramici, per esempio, possiedono legami più stabili, resistendo meglio alle alte temperatures rispetto ai polimeri alifatici o a materiali organici semplici. La presenza di additivi, plastificanti, pigmenti o stabilizzanti può aumentare o diminuire la resistenza termica, modhmica la modalità di degradazione. Spesso, la degradazione termica non avviene in isolamento. Luce, umidità, stress meccanico o agenti chimici possono combinarsi con il calore, accelerando il deterioramento o modificando i meccanismi coinvolti. Ad exemplo, un polimero esposto al sole e all’umidità può degradarsi molto più rapidamente di quanto farebbe solo con il calore, a causa della sinergia tra fotodegradazione, idrolisi e termodegradazione.
