La diffusione della materia è un fenomeno chimico frequente che riguarda tutti i settori industriali: dall’automotive alla cosmetica, passando per l’alimentare, il farmaceutico e l’industria chimica. Tutti gli operatori industriali possono essere interessati da una migrazione di specie chimiche, sia essa deliberata o inattesa.
La superficie svolge un ruolo preponderante per i materiali: è l’unica zona facilmente accessibile che si può modificare per proteggere un materiale dai fenomeni di corrosione, di usura, oppure per conferirgli proprietà particolari (estetiche, di adesione, resistenza chimica, resistenza meccanica, ecc.).
Queste diffusioni massiche possono essere di diversa natura chimica e possono avvenire in superficie di un materiale (adsorbimento di materia) oppure in profondità (assorbimento di materia).
Questi due tipi di migrazione possono, ad esempio, presentarsi secondo i seguenti fenomeni:
Diffusione deliberata di materia:
- Alogenazione: processo di diffusione di un alogeno in un materiale, che gli conferisce proprietà particolari, come la fluorurazione: diffusione di fluoro in superficie di un materiale con l’obiettivo di renderlo impermeabile (fluorurazione degli imballaggi in polietilene, fluorurazione dell’acqua per l’igiene dentale, ecc.).
- Vulcanizzazione: processo chimico che consiste nell’incorporare zolfo in un elastomero, al fine di migliorarne la resistenza rendendolo più elastico (vulcanizzazione della gomma degli pneumatici, vulcanizzazione di guarnizioni di tenuta, ecc.).
Diffusione di materia inattesa:
- Interazione contenitore/contenuto : diffusione di materia da un materiale all’altro a livello dell’interfaccia (diffusione di elementi da una bottiglia in una bevanda che genera un «sapore» plastico, diffusione di elementi tra un profumo e il suo contenitore che provoca una modifica della formulazione del profumo e una variazione di colore del contenitore, ecc.).
- Contaminazione : assorbimento o rilascio di materia sotto forma gassosa, liquida o solida da parte di un materiale (assorbimento di mercurio gassoso da parte dei capelli, assorbimento di gas tossico da parte di un alimento, assorbimento di pesticidi da parte dei vegetali, rilascio del colorante di un indumento sulla pelle, ecc.).
Per identificare la natura chimica delle specie migrate all’interno di un materiale, oppure determinare la distribuzione delle specie chimiche all’interno di un materiale, possono essere eseguite diverse analisi:
- Ricercare, identificare e quantificare gli elementi assorbiti
- Definire la profondità di penetrazione degli elementi migrati all’interno del materiale
- Determinare la distribuzione degli elementi penetranti in superficie o in profondità (gradiente di concentrazione, segregazione, ecc.)
- Ottenere mappe chimiche e profili di concentrazione in 3D
L’insieme di queste analisi si realizza mediante le seguenti tecniche:
- Mediante Cromatografia in Fase Gassosa (CPG) o Liquida (HPLC), per identificare i penetranti organici
o Mediante Microscopia Elettronica a Scansione accoppiata a una microsonda EDX (MEB-EDX) in sezione trasversale, per spessori di analisi micrometrici
o Mediante Spettrometria Fotoelettronica a Raggi X (XPS, tecnica non distruttiva), per spessori di analisi inferiori al micrometro
o Mediante Spettrometria di Massa a Ionizzazione Secondaria a Tempo di Volo (TOF-SIMS, tecnica distruttiva), per spessori di analisi inferiori a 10 Å
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