Il termoplastico ambrato che non teme il vapore
Il polisulfone è un termoplastico amorfo ad alte prestazioni, riconoscibile a occhio perché è trasparente con una tinta ambrata leggera, e riconoscibile in reparto perché è uno dei pochi polimeri trasparenti che tornano dall’autoclave giro dopo giro senza cambiare. La sigla è PSU.
Fra le plastiche trasparenti occupa una posizione a sé. Il suo pregio non è la limpidezza, che altri materiali hanno maggiore, e non è la resistenza all’urto: è la tenuta all’acqua calda e al vapore in pressione, cioè proprio la condizione in cui le altre cedono.
Il gruppo sulfone in mezzo agli anelli
Ciò che tiene insieme la famiglia è un’unità che si ripete lungo la catena: due anelli aromatici agganciati a un gruppo sulfone, cioè un atomo di zolfo legato a due ossigeni con doppio legame. Accanto ai sulfoni la catena porta ponti a ossigeno, i legami etere, e nel tipo industriale più diffuso i residui del bisfenolo A.
Si ottiene facendo reagire un difenolo con la bis(4-clorofenil)sulfone: i due si agganciano formando un etere ed espellendo cloruro di sodio. Il processo pretende monomeri molto puri, altrimenti le catene restano corte e il materiale perde le sue proprietà.
La catena che ne esce è tutta fatta di anelli rigidi e di ponti corti, e non riesce a impacchettarsi in zone ordinate: il solido resta amorfo, ed è la ragione per cui si vede attraverso.
I numeri termici del polisulfone
Essendo amorfo, il polisulfone non ha un punto di fusione netto ma una temperatura di transizione vetrosa, sopra la quale la catena torna mobile. Le schede tecniche dei produttori la collocano fra i 185 e i 191 °C secondo il grado e il metodo di misura; la letteratura di riferimento allarga l’intervallo fra 190 e 230 °C perché considera l’intera famiglia dei sulfoni e non il solo tipo al bisfenolo A.
Il numero che descrive il comportamento sotto carico è un altro: la temperatura di distorsione al calore, misurata su provino inflesso a 1,8 MPa secondo il metodo ASTM D648, sta a 174 °C. Sono grandezze diverse e vanno tenute separate, tanto che qualche scheda di settore riporta i 174 °C chiamandoli transizione vetrosa. Il valore su cui si progetta è più basso di entrambi: i semilavorati dichiarano un impiego continuo fino a circa 160 °C.
La distanza fra questi numeri e un ciclo di sterilizzazione a vapore, che lavora a 121 o a 134 °C, è quindi ampia. In autoclave il polisulfone non si avvicina alla soglia in cui ammorbidisce, e il problema del pezzo non è mai la temperatura in sé.
Perché il polisulfone regge i cicli in autoclave
Il calore è solo metà della prova. In autoclave c’è vapore saturo, e il vapore idrolizza: attacca certi legami della catena e li spezza, un poco a ogni ciclo. È il motivo per cui parecchie plastiche trasparenti reggono la temperatura e non reggono la ripetizione.
L’ossatura del polisulfone è fatta di anelli aromatici uniti da eteri e da sulfoni, e quei legami non offrono all’acqua il punto debole che offrono invece un estere o un carbonato. Da qui la stabilità all’idrolisi che le schede mettono sempre in cima all’elenco, e la tenuta verso acidi, basi e soluzioni acquose lungo un campo di pH che va all’incirca da 2 a 13.
Sulla durata i numeri esistono ma vanno letti con prudenza. Una fonte di settore indica che il polisulfone mantiene le proprie proprietà per un centinaio di cicli a 134 °C, mentre il polifenilsulfone arriva a un ordine di grandezza in più. Sono valori dichiarati da un produttore sui propri gradi, non un requisito di norma.
Membrane per dialisi e resina per dispositivi
L’impiego di gran lunga più diffuso in sanità non è un pezzo stampato ma una membrana. I filtri per emodialisi si fanno in polisulfone e in polietersulfone perché il polimero si presta a una filatura in cui la dimensione dei pori si controlla con precisione, fino all’ordine di qualche decina di nanometri, e perché il modulo finito deve essere sterilizzato senza che la membrana ceda.
Sul fronte dei pezzi stampati la resina ha una specifica dedicata, la ASTM F702-18, Standard Specification for Polysulfone Resin for Medical Applications. Copre la resina vergine, in granuli, in polvere o in forme già lavorate, destinata a fabbricare dispositivi medici o loro componenti, e riguarda il polisulfone non caricato: le mescole con cariche, le leghe con altri polimeri e i materiali rigenerati restano fuori. Prescrive prove di contenuto non volatile e di indice di fluidità e fissa requisiti elettrici, fisici, meccanici e termici.
Un passaggio della stessa specifica merita attenzione. L’uso della resina nei dispositivi va limitato alle applicazioni non impiantabili finché non siano state condotte con esito favorevole le valutazioni di biocompatibilità adatte all’impiego previsto: la conformità del materiale non sostituisce la valutazione biologica del dispositivo finito.
Polisulfone, polietersulfone e polifenilsulfone
Sotto la parola sulfone stanno tre polimeri che si somigliano senza coincidere, e le sigle circolano mescolate.
Il polisulfone, PSU, è quello al bisfenolo A descritto qui sopra: il più limpido dei tre e il più diffuso.
Il polietersulfone, PES o PESU, toglie di mezzo il bisfenolo A e lascia una catena di soli anelli, eteri e sulfoni. Sale di temperatura e vira verso il giallo. Attenzione alla sigla: nel tessile PES indica il poliestere, che con i sulfoni non ha nulla da spartire.
Il polifenilsulfone, PPSU, è il più tenace e il più scuro, e i produttori lo indicano per i pezzi che affrontano il numero maggiore di cicli a vapore, cioè là dove il PSU comincia a cedere.
Vale infine la pena di sciogliere un dubbio di ortografia. In italiano si trovano scritte sia polisulfone sia polisolfone, come sulfone e solfone: indicano la stessa cosa, e la seconda forma segue l’italianizzazione del nome dello zolfo.
