Vorrei sapere perché quando si mettono certe sostanze (tipicamente solventi) in contenitori di plastica dopo qualche tempo questi sembrano andare sottovuoto e le pareti si flettono verso l’interno. Grazie

Ci possono essere vari motivi che provocano un cedimento strutturale dei contenitori di plastica per solventi.

CEDIMENTI DA MODIFICAZIONI AMBIENTALI DI TEMPERATURA
In generale la densità dei materiali dipende dalla loro temperatura e può subire variazioni anche notevoli a seconda della temperatura del materiale.
In particolare :
-i gas subiscono variazioni molto evidenti con la temperatura: aumentando la temperatura la densità diminuisce

-i liquidi subiscono variazioni più o meno apprezzabili: aumentando la temperatura la densità diminuisce per la maggior parte dei liquidi

-i solidi metallici subiscono variazioni che possono essere apprezzabili: aumentando la temperatura il metallo si dilata e quindi la densità diminuisce

-materiali con bassissimi coefficienti di espansione termica subiscono variazioni minime in genere poco apprezzabili.

La variazione di densità implica una variazione di volume dato che
densità = M/V (M = Massa [Kg], V = Volume [Litri]).

A) Vediamo cosa accade nel caso di variazione di temperatura del liquido.
Quando un liquido viene travasato in un contenitore ad una certa temperatura possiede una sua densità e quindi un suo volume a parità di massa.

Una volta chiuso il contenitore, se quest’ultimo viene trasportato in un ambiente a differente temperatura, piano piano il liquido raggiungerà una nuova temperatura e quindi la sua densità potrebbe variare sensibilmente:

1) se la nuova temperatura è inferiore a quella originale il liquido si contrae e quindi la densità aumenta. In questo caso si crea un leggero vuoto all’interno del contenitore (se questo è chiuso ermeticamente) e questo vuoto si traduce in un abbassamento di pressione all’interno del contenitore rispetto all’esterno. La differenza di pressione tra esterno ed esterno può provocare il colassamento delle pareti del contenitore che quindi si deforma verso l’interno.

L’effetto può essere più marcato se il contenitore non è completamente pieno, poichè la diminuzione di volume con l’abbassamento della temperatura è più marcato per i gas ed i vapori.

2) in caso la temperatura finale sia maggiore, si ha dilatazione del liquido e dei suoi vapori/gas in equilibrio e quindi il contenitore di espande poichè la pressione interna è maggiore di quella interna.

L’entità di questi due effetti dipende anche dalla resistenza meccanica del contenitore stesso che vediamo di seguito.

CEDIMENTI MECCANICI
Se lo spessore delle pareti del contenitore di un certo materiale non è sufficientemente elevato rispetto alla pressione idrostatica (pressione esercitata dal liquido per gravità sulle superfici) è possibile che il contenitore stesso si deformi, ad esempio:
CILINDRICO –> BOTTE
SFERA –> contenitore OVOIDALE OD ELISSIOIDALE
BOTTE –> BOTTE PROLATA/OBLATA (a seconda degli assi deformati)
PARALLELEPIPEDO –> SOLIDO A BASE QUADRATA/RETTANGOLARE CON PARETI ELISSIODIALI

Per sapere quale è la massima pressione che può sopportare un contenitore CILINDRICO (a forma di tubo quindi) è possibile utilizzare una equazione indicativa:

Pmax = s * d /D

Dove:
Pmax = pressione massima (Atmosfere, Pascal)
s = modulo di elasticità del materiale in Atmosfere o PASCAL
d = spessore delle pareti (mm, cm, metri)
D = diametro interno del cilindro (mm, cm, metri)

La pressione del liquido si può calcolare a differenti altezze del cilindro con la formula:

Pidro = m*g*h/A

Dove:
Pidro = pressione idrostatica del liquido
m = massa del liquido sovrastante
g = accelerazione gravitazionale 9,8 m/s^2
h = altezza della sezione in cui si vuole calcolare la pressione
A = superficie della sezione circolare del contenitore

Quindi se la pressione del liquido all’altezza della metà del contenitore è superiore a quella che le pareti possono sopportare normalmente è possibile che le pareti flettano verso l’esterno.

CEDIMENTI CHIMICO FISICI
Un ultimo fenomeno può contribuire alla deformazione delle pareti ed è l’interazione solvente/materiale plastico.

Infatti sebbene il materiale del contenitore è scelto in modo che sia insolubile nel solvente, è possibile che alcuni solventi vengano assorbiti dallo strato superficilae delle pareti interne del contenitore.
Questo provoca una diminuzione del volume interno del solvente e quindi un calo della pressione interna rispetto all’esterna. Se questo calo di pressione non è compensato da altri effetti come l’aumento di temperatura oppure il rigonfiamento del materiale plastico, l’effetto complessivo è la deformazione della plastica del contenitore e quindi un cedimento verso l’interno.