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Insulation Produzione dell'espanso rigido poliuretanico (PUR)

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<strong>Produzione</strong> <strong>dell'espanso</strong> <strong>rigido</strong> <strong>poliuretanico</strong> (<strong>PUR</strong>)<br />

Dr. Manfred Kapps<br />

Dipl.- Ing. Siegfried Buschkamp<br />

Page 1 of 41<br />

File No.: PU21012-0409 it<br />

Issue 2004-09-15<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Indice<br />

Pag.<br />

1. Introduzione 3<br />

2. Materie prime 4<br />

2.1 Polioli 4<br />

2.2 Poliisocianati 6<br />

2.3 Espandenti 6<br />

2.4 Attivatori 8<br />

2.5 Stabilizzanti della schiuma 8<br />

2.6 Ignifughi 8<br />

2.7 Materie prime della Bayer MaterialScience AG 8<br />

2.8 Magazzinaggio delle materie prime 9<br />

2.9 Misure di sicurezza da osservare nella manipolazione di materie prime <strong>PUR</strong> 9<br />

3. <strong>Produzione</strong> degli espansi rigidi <strong>PUR</strong> 10<br />

3.1 Ricettazione 10<br />

3.2 Preparazione dei componenti della reazione 11<br />

3.3 La miscela reagente e la schiumatura 11<br />

3.4 Regole generali per la produzione degli espansi rigidi <strong>PUR</strong> 15<br />

4. Procedimenti per la produzione degli espansi rigidi <strong>PUR</strong> 16<br />

4.1 Metodo manuale di miscelazione 16<br />

4.1.1 <strong>Produzione</strong> di espansi sperimentali su scala di laboratorio 17<br />

4.1.2 <strong>Produzione</strong> di blocchi di espanso <strong>rigido</strong> <strong>PUR</strong> mediante miscelazione manuale 18<br />

4.2 <strong>Produzione</strong> a macchina degli espansi rigidi <strong>PUR</strong> 20<br />

4.2.1 Macchine ed impianti per schiumatura 20<br />

4.2.1.1 Macchine a bassa pressione 21<br />

4.2.1.2 Macchine ad alta pressione 22<br />

4.2.1.3 Dispositivi di dosaggio e teste di miscelazione 24<br />

4.3 <strong>Produzione</strong> in continuo di blocchi di espanso 25<br />

4.4 <strong>Produzione</strong> di lastre di espanso <strong>PUR</strong> con strati di copertura (lastre isolanti, elementi compositi) 27<br />

4.4.1 <strong>Produzione</strong> in continuo di lastre isolanti e pannelli a sandwich 27<br />

4.4.2 <strong>Produzione</strong> in discontinuo di pannelli a sandwich 31<br />

4.5 Espanso in loco <strong>PUR</strong> 35<br />

4.5.1 Applicazione a spruzzo 35<br />

4.5.2 Sovrapposizione di strati 36<br />

4.5.3 Espanso monocomponente 38<br />

5. Controllo della qualità, sicurezza 38<br />

5.1 Controllo delle condizioni di produzione e del prodotto finito 38<br />

5.2 Polvere di espanso <strong>rigido</strong> <strong>PUR</strong> 39<br />

5.3 Misure di sicurezza antincendio 39<br />

6. Bibliografia 40<br />

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Issue 2004-09-15<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


1. Introduzione<br />

L'espanso <strong>rigido</strong> <strong>poliuretanico</strong> costituisce oggi uno<br />

dei migliori materiali termoisolanti. Per questa ragione<br />

in quasi tutte le sue applicazioni l'interesse<br />

s'incentra sulla coibentazione termica. Inoltre la<br />

possibilità di produrre l'espanso in abbinamento a<br />

strati di copertura di diversa natura, e realizzare<br />

così elementi compositi, lo rende idoneo all'impiego<br />

come materiale per costruzioni edili. Fra i più importanti<br />

campi d'applicazione degli espansi rigidi <strong>PUR</strong><br />

emergono i seguenti:<br />

Elettrodomestici<br />

• Isolamento termico di frigoriferi e congelatori,<br />

box refrigeranti, boiler<br />

Industria edile<br />

• Lastre composite con strati di coperture rigidi<br />

come elementi di pareti e tetti<br />

• Lastre isolanti con strati di copertura flessibili<br />

per tetti, pareti, soffitti e pavimenti<br />

• Materiale per isolamento e costruzione ricavato<br />

mediante taglio da blocchi di espanso<br />

• Poliuretano a spruzzo, espanso sul posto di<br />

lavoro, per coibentazione e imper-meabilizzazione<br />

in loco<br />

Isolamento termico industriale<br />

• Isolamento di contenitori e serbatoi, tubazioni,<br />

condutture di teleriscaldamento, celle<br />

e magazzini frigoriferi<br />

Fig. 1: Schema della reazione poliuretanica<br />

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Veicoli<br />

• Isolamento termico di veicoli stradali e vagoni<br />

ferroviari nonché di container.<br />

La produzione <strong>dell'espanso</strong> <strong>rigido</strong> <strong>poliuretanico</strong> per<br />

il settore edile viene descritta nei capitoli seguenti.<br />

L'espanso <strong>rigido</strong> <strong>PUR</strong> si distingue in particolare per<br />

le seguenti caratteristiche:<br />

- può essere realizzato entro un ampio intervallo<br />

di densità,<br />

- aderisce a strati di copertura di diversa natura,<br />

senza necessità di adesivi,<br />

- può formarsi anche entro cavità di forma<br />

complessa.<br />

Per la produzione <strong>dell'espanso</strong> <strong>rigido</strong> <strong>PUR</strong> occorre<br />

usare due componenti principali liquidi - un poliolo e<br />

un poliisocianato - nonché un espandente. Di regola<br />

l'espandente viene aggiunto al componente<br />

poliolico insieme ad altri ausiliari, come attivatori<br />

(acceleranti di reazione), stabilizzanti della schiuma<br />

e ignifughi. La reazione di poliaddizione che ha<br />

inizio dopo la miscelazione del poliolo e del poliisocianato<br />

porta alla formazione di macromolecole con<br />

struttura uretanica (poliuretani).<br />

Durante la reazione si sviluppa una notevole quantità<br />

di calore che viene utilizzata in parte per l'evaporazione<br />

di liquidi facilmente volatili (come gli espandenti),<br />

che provoca a sua volta la schiumatura della<br />

miscela reagente con formazione <strong>dell'espanso</strong>.<br />

Al poliolo vengono aggiunte normalmente anche<br />

differenti quantità d'acqua. Questa reagisce con il<br />

poliisocianato per formare poliurea e anidride<br />

carbonica, che si comporta come co-espandente,<br />

ma può agire anche come espandente unico.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 2: Reazione del poliisocianato con acqua<br />

In presenza di determinati attivatori gli isocianati<br />

possono reagire fra loro formando macromolecole<br />

con struttura di isocianurato (poliisocianurato =<br />

PIR). Poiché le reazioni degli isocianati con polioli o<br />

Fig. 3: Reazione dei poliisocianati in presenza di catalizzatori di trimerizzazione<br />

Gli espansi rigidi PIR-<strong>PUR</strong> trovano impiego ad<br />

esempio quando sono richieste elevate caratteristiche<br />

di resistenza alla fiamma.<br />

Informazioni più dettagliate sulla chimica poliuretanica<br />

possono essere desunte fra l'altro dal volume<br />

7 del manuale sulle materie plastiche "Poliuretani"<br />

di Günter Oertel [1].<br />

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con isocianati possono decorrere contemporaneamente,<br />

o l'una immediatamente dopo l'altra, è possibile<br />

ottenere macromolecole che contengono<br />

insieme legami uretanici e isocianurici (PIR-<strong>PUR</strong>).<br />

2. Materie prime<br />

2.1 Polioli<br />

I polioli sono liquidi viscosi la cui caratteristica chimica<br />

è costituita dalla presenza di gruppi ossidrilici<br />

(OH) formati da atomi di ossigeno e di idrogeno.<br />

Questi reagiscono con i gruppi isocianici dei poli-<br />

isocianati per formare legami uretanici. Nel contesto<br />

si distingue fra polioli di tipo polietere e poliestere.<br />

I polioli polieteri vengono prodotti facendo reagire<br />

alcoli polifunzionali (ad esempio glicoli, glicerina,<br />

saccarosio) o ammine (ad es. etilendiammina) con<br />

ossidi alchilenici, oppure con ossido di propilene nel<br />

caso dei polioli previsti per espansi rigidi.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 4: Formazione di polieteri sull'esempio di un alcole trifunzionale<br />

I polioli poliesteri si formano mediante reazione di<br />

acidi carbossilici polifunzionali (ad es. acido ftalico,<br />

tereftalico o adipico) con glicoli, glicerina e simili<br />

Fig. 5: Rappresentazione schematica della produzione di poliesteri<br />

Per l'impiego di polioli di tipo etere o estere non<br />

esistono regole generalmente valide; spesso i due<br />

tipi vengono combinati. Determinanti per la scelta<br />

dell'uno o dell'altro tipo sono le esigenze pratiche.<br />

Per ottenere materiali dotati della resistenza alla<br />

fiamma richiesta si consiglia spesso il coimpiego di<br />

polioli poliesteri aromatici, a base ad esempio di<br />

acido ftalico. Un'elevata viscosità e bassa funzionalità<br />

limitano in molti casi l'utilizzabilità dei polioli di<br />

tipo estere.<br />

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polialcoli; in questo caso i materiali di partenza reagiscono<br />

separando acqua e formando polioli con<br />

struttura di estere.<br />

La funzionalità di un poliolo indica il numero dei<br />

gruppi ossidrilici per molecola. Se il poliolo è costituito<br />

da una miscela di componenti aventi diversa<br />

funzionalità, si indica la funzionalità media. Le<br />

parti della molecola che sono in grado di reagire,<br />

come ad esempio i gruppi ossidrilici, vengono<br />

denominati gruppi funzionali. Grandezza di misura<br />

del contenuto di questi gruppi è il cosiddetto indice<br />

di ossidrile, o indice OH.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Per la scelta di un poliolo è indispensabile conoscere,<br />

oltre alla natura chimica, l'indice di ossidrile<br />

(OH), la viscosità e il contenuto in acqua; nel caso<br />

dei polioli poliesteri può essere importante anche<br />

l'indice di acidità.<br />

2.2 Poliisocianati<br />

Con la denominazione di isocianati si intendono<br />

composti contenenti gruppi isocianici (NCO) come<br />

gruppi funzionali. Questi gruppi sono formati da<br />

atomi di azoto, carbonio e ossigeno. Per la produzione<br />

degli espansi rigidi vengono utilizzati quasi<br />

esclusivamente gli isocianati a base di MDI (metilen-difenilen-diisocianato<br />

detto anche difenilmetandiisocianato<br />

o diisocianato-difenilmetano). Questi<br />

sono combinazioni di MDI (in prevalenza 4,4'difenilmetandiisocianato<br />

con percentuali dell'isomero<br />

2,4'-difenilmetandiisocianato) con componenti<br />

a più elevato peso molecolare. Poiché nella struttura<br />

di questo componente macromolecolare si ripete<br />

una determinata unità molecolare, la miscela isocianica<br />

viene detta anche MDI polimerico (PMDI)<br />

o polimero MDI.<br />

Fig. 6: Difenilmetandiisocianato, polimero MDI<br />

Mentre l'MDI è sempre rigorosamente bifunzionale -<br />

vale a dire contiene due gruppi NCO - i componenti<br />

PMDI a più elevato peso molecolare contengono tre<br />

o più gruppi isocianici. Per questa ragione il PMDI<br />

viene definito come poliisocianato. Le funzionalità<br />

medie dei tipi di PMDI di uso comune sono comprese<br />

fra 2,5 - 3,2.<br />

Nel contesto vanno menzionati anche i prepolimeri<br />

PMDI, benché essi rivestano solo importanza secondaria<br />

per la produzione degli espansi rigidi.<br />

Questi sono formati da un tipo di PMDI nel quale<br />

una parte dei gruppi NCO ha già reagito con un<br />

poliolo: rispetto al PMDI di partenza essi presentano<br />

pertanto un contenuto inferiore in gruppi NCO ed<br />

una viscosità decisamente più elevata. Con l'ausilio<br />

di questi prepolimeri è possibile ovviare a certe<br />

difficoltà e ottenere determinati effetti: la quantità di<br />

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calore che si sviluppa durante la reazione nella<br />

produzione degli espansi viene ridotta, inoltre vengono<br />

influenzate la compatibilità dei componenti di<br />

reazione e la struttura della macromolecola.<br />

I poliisocianati a base di MDI utilizzati per la produzione<br />

degli espansi rigidi <strong>PUR</strong> sono liquidi viscosi<br />

con colore da brunastro a bruno scuro. I loro dati<br />

caratteristici sono il contenuto in NCO, la viscosità<br />

e l'acidità.<br />

L'acidità è una misura del contenuto in acido, presente<br />

per ragioni dovute alla tecnica di produzione,<br />

che può influenzare la reattività.<br />

2.3 Espandenti<br />

Come è già stato detto, nella reazione dell'isocianato<br />

con acqua si sviluppa anidride carbonica che<br />

esercita la funzione di espandente. Si parla in questo<br />

caso di schiumatura chimica. Tale procedimento<br />

comporta alcuni svantaggi, per cui svolge<br />

solo un ruolo secondario nella produzione degli<br />

espansi rigidi. Il procedimento che interessa la pratica<br />

è la schiumatura fisica, ottenuta mediante<br />

aggiunta alla miscela reagente di un liquido bassobollente<br />

che evapora per azione del calore sviluppato<br />

durante la reazione.<br />

Affinché il gas permanga nelle celle chiuse <strong>dell'espanso</strong>,<br />

è necessario usare espandenti che si<br />

sciolgono facilmente nei componenti e nella miscela<br />

di reazione; inoltre devono presentare bassa conducibilità<br />

termica, essere quasi insolubili nel poliuretano<br />

risultante e non esercitare su di esso un effetto<br />

plastificante. Infine devono essere innocui sotto<br />

l'aspetto tossicologico ed ecologico.<br />

Con il carburo fluoroclorurato CFC 11, o monofluorotriclorometano,<br />

era possibile soddisfare molto<br />

bene la maggior parte di questi requisiti, però il suo<br />

impiego si è dimostrato a rischio per l'ambiente.<br />

L'effetto serra (GWP = global warming potential)<br />

provocato dal CFC 11 e la sua capacità di danneggiare<br />

lo strato di ozono della stratosfera (ODP =<br />

ozone depletion potential) hanno condotto al divieto<br />

d'impiego di questo prodotto (protocollo di<br />

Montreal del 1987).<br />

L'anidride carbonica è solubile nel poliuretano e<br />

diffonde perciò dalle celle <strong>dell'espanso</strong>, se questo<br />

non viene ricoperto con uno strato impermeabile<br />

alla diffusione. A causa della diminuita pressione<br />

del gas nelle celle, il materiale può subire raggrin-<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


zamenti. Inoltre la poliurea che ha origine contemporaneamente<br />

all'anidride carbonica può rendere<br />

l'espanso fragile, con conseguente effetto negativo<br />

sull'adesione degli strati di copertura (ad es. lamiera).<br />

Al posto del CFC 11 si utilizzano oggi idrocarburi<br />

(pentani), clorofluorocarburi idrogenati (H-CFC)<br />

e fluorocarburi idrogenati (H-FC). Tutti questi<br />

espandenti non sono diretti prodotti di sostituzione<br />

del CFC 11: per sviluppare le necessarie caratteristiche<br />

di schiumatura, occorre adattare polioli ed<br />

additivi ai nuovi espandenti.<br />

I pentani (n-, ciclo- ed iso-pentano) sono liquidi<br />

facilmente infiammabili i cui vapori formano con<br />

l'aria miscele esplosive. Utilizzandoli come espandenti<br />

è quindi necessario prendere determinate<br />

misure di sicurezza che comportano un maggiore<br />

dispendio di costi (cfr. Informazione tecnica N°<br />

1/1998 "Pentano: una via per la realizzazione di<br />

elementi di accoppiamento con metalli esenti da<br />

CFC e da H-CFC" [2]). Il maggiore vantaggio che il<br />

loro impiego comporta è il basso prezzo. Per la<br />

produzione di espansi rigidi <strong>PUR</strong> per il settore edile<br />

viene utilizzato in prevalenza n-pentano, perché è<br />

particolarmente economico e, a differenza del ciclopentano,<br />

non provoca un effetto plastificante, almeno<br />

per quanto ci risulta finora. Però l'n-pentano si<br />

scioglie solo in misura<br />

minima nei componenti della miscela, e il suo vapore<br />

ha una conducibilità termica più elevata.<br />

Tabella 1: Caratteristiche dei diversi espandenti in uso per gli espansi poliuretanici<br />

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Issue 2004-09-15<br />

Per l'impiego dei clorofluorocarburi idrogenati i<br />

Paesi firmatari del protocollo di Montreal avevano<br />

fissato un intervallo di tempo limitato, in quanto<br />

anch'essi presentano per l'ambiente un potenziale<br />

di rischio pur sempre elevato, anche se ridotto<br />

rispetto ai CFC. Dei tipi prodotti industrialmente -<br />

H-CFC 22, 142b, 141b - attualmente trova impiego<br />

quasi esclusivamente quest'ultimo. Esso presenta il<br />

vantaggio di sviluppare gas a bassa conducibilità<br />

termica, ma ha lo svantaggio di produrre un effetto<br />

plastificante.<br />

Il fluorocarburo idrogenato H-FC 134a - l'unico<br />

espandente di questo gruppo attualmente disponibile,<br />

insieme al 152a - trova solo limitata applicazione.<br />

Questo prodotto viene fluidificato sotto pressione<br />

e si scioglie solo difficilmente nei componenti di<br />

reazione: appena la pressione diminuisce, evapora<br />

spontaneamente, con immediato inizio della schiumatura,<br />

per cui la miscela di reazione può essere<br />

distribuita solo con difficoltà.<br />

Come espandenti del futuro si possono considerare<br />

i tipi H-FC 245fa e 365mfc, che dovrebbero essere<br />

presto disponibili. Entrambi sono liquidi a pressione<br />

normale e presentano una sufficiente solubilità nella<br />

miscela di reazione.<br />

Nella seguente tabella sono riportate le caratteristiche<br />

salienti degli espandenti descritti.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


2.4 Attivatori<br />

A temperatura ambiente i polioli e i poliisocianati<br />

reagiscono fra loro per la maggior parte solo a<br />

velocità moderata; lo stesso vale per la reazione dei<br />

poliisocianati con acqua. Per questa ragione alle<br />

miscele reattive vengono aggiunti adatti acceleranti<br />

(attivatori), costituiti generalmente da ammine<br />

terziarie, composti stanno-organici o sali alcalini di<br />

acidi carbossilici alifatici, che favoriscono soprattutto<br />

la formazione di isocianurati. I prodotti più noti<br />

sono: trietilammina, dimetilcicloesilammina, dibutilstagno-dilaurato,<br />

acetato di potassio. I singoli composti<br />

del numeroso gruppo degli attivatori esercitano<br />

un'influenza in parte molto differente sulle reazioni<br />

descritte. Di conseguenza è possibile utilizzare<br />

tale comportamento per pilotare l'andamento<br />

della reazione e della schiumatura in modo consono<br />

alle esigenze.<br />

2.5 Stabilizzanti della schiuma<br />

Nella maggior parte dei casi la schiuma che si produce<br />

in seguito alla formazione e all'evaporazione<br />

dell'espandente non è stabile: senza l'aggiunta di<br />

stabilizzanti si verificherebbe il collasso. Per questa<br />

funzione si utilizzano quasi esclusivamente composti<br />

silicoorganici (polisilossani polieteri) che, oltre ad<br />

esercitare un effetto tensioattivo, fungono da emulgatori.<br />

Gli stabilizzanti regolano la struttura della<br />

schiuma, la formazione di celle chiuse od aperte e<br />

le dimensioni delle stesse, per cui hanno un influsso<br />

essenziale sulle caratteristiche <strong>dell'espanso</strong>.<br />

2.6 Ignifughi<br />

In qualità di composti organici i poliuretani sono<br />

combustibili. Per ritardare la loro accensione e ridurre<br />

la propagazione della fiamma ci si avvale di<br />

un'adatta struttura chimica e dell'aggiunta di componenti<br />

ritardanti la fiamma. Come è già stato detto,<br />

i polioli poliesteri aromatici e i composti con struttura<br />

di poliisocianurato (PIR) ad esempio contribuiscono<br />

a conferire resistenza alla fiamma. Diffuso è<br />

anche l'impiego di polioli alogenati. Trialchil-, trisalogenoalchil-<br />

e triarilfosfati sono additivi ignifughi<br />

non reattivi. Tipici rappresentanti di questa classe<br />

sono il trietilfosfato, il tris-cloroisopropilfosfato e il<br />

bifenilcresilfosfato. Gli ignifughi solidi ed insolubili<br />

non trovano praticamente impiego in quanto comportano<br />

problemi di lavorazione, tuttavia in futuro<br />

potrebbero svolgere un ruolo più importante.<br />

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I test di estinguenza attualmente usati pongono<br />

differenti requisiti alla resistenza alla fiamma degli<br />

espansi (cfr. Informazione tecnica N° 10/1999 "Situazione<br />

della normativa europea sugli espansi<br />

rigidi <strong>PUR</strong> nel settore edile" [3]). Nella maggior parte<br />

dei casi per superare il test di estinguenza previsto<br />

bisogna combinare i diversi provvedimenti protettivi<br />

a disposizione.<br />

2.7 Materie prime della<br />

Bayer MaterialScience AG<br />

Per la produzione di espansi rigidi <strong>PUR</strong> previsti per<br />

un gran numero di applicazioni la Bayer Material-<br />

Science AG offre adatte materie prime nonché interi<br />

sistemi di materie prime. Questi sistemi, che possono<br />

essere formati da due o più componenti, sono<br />

prodotti la cui composizione chimica è studiata su<br />

misura per soddisfare i requisiti specificamente<br />

richiesti per singoli impieghi.<br />

Benché un tale sistema sia formato di regola da un<br />

poliolo, o da una miscela di polioli, contenente additivi<br />

e da un poliisocianato, tuttavia il termine di<br />

sistema viene applicato di frequente al poliolo,<br />

perché l'adattamento alle esigenze pratiche avviene<br />

di norma attraverso questo componente, mentre il<br />

poliisocianato resta invariato. Così è diffuso l'uso di<br />

definire formulato poliolico una combinazione<br />

formata da polioli e additivi. Per l'industria trasformatrice<br />

sono a disposizione tutte le forme di fornitura<br />

che vanno dal poliolo di base fino al poliolo completamente<br />

formulato, contenente tutti gli additivi<br />

necessari. Con il termine, usato di frequente, di<br />

formulato parziale si intende una miscela formata<br />

da due o più polioli alla quale prima della lavorazione<br />

vengono aggiunti attivatori, stabilizzanti e ignifughi.<br />

I componenti necessari per la produzione degli<br />

espansi rigidi <strong>PUR</strong> vengono distribuiti dalla Bayer<br />

AG con i seguenti marchi registrati:<br />

• Desmodur ® poliisocianati<br />

• Desmophen ® polioli di base e loro miscele<br />

• Baytherm ® sistemi/formulati di polioli per la<br />

produzione di espansi rigidi <strong>PUR</strong> cui non è<br />

specificamente richiesta resistenza alla<br />

fiamma<br />

• Baymer ® sistemi/formulati di polioli per la<br />

produzione di espansi rigidi <strong>PUR</strong> resistenti<br />

alla fiamma<br />

• Desmorapid ® attivatori<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


• Disflamoll ® ignifughi<br />

• Levagard ® ignifughi<br />

Stabilizzanti della schiuma vengono forniti fra l'altro<br />

dalle società GE Bayer Silicones, Th. Goldschmidt<br />

AG, Air Products GmbH, Nitroil Europe Handels<br />

GmbH e Witco Corp.<br />

Per la richiesta di espandenti è possibile rivolgersi<br />

ad es. alle ditte Erdölchemie GmbH, Exxon Chemical<br />

GmbH e Haltermann (alcani), Solvay Fluor und<br />

Derivate GmbH e DuPont (H-CFC e H-FC).<br />

2.8 Magazzinaggio delle materie prime<br />

Tutte le materie prime destinate alla produzione<br />

degli espansi rigidi <strong>PUR</strong> vanno immagazzinate in<br />

ambienti asciutti, al riparo dall'umidità. I polioli sono<br />

in generale igroscopici e assorbono umidità dall'aria,<br />

per cui il loro contenuto percentuale in acqua<br />

può aumentare in breve tempo di qualche unità e<br />

provocare così variazioni degli indici caratteristici<br />

(vedi punto 3.1) nonché un accresciuto sviluppo di<br />

CO2, il che ha come conseguenza una diminuzione<br />

della densità e della stabilità <strong>dell'espanso</strong>.<br />

La protezione dall'umidità durante il magazzinaggio<br />

riveste particolare importanza per i poliisocianati. La<br />

poliurea che si forma nella reazione con l'umidità<br />

dell'aria si separa come sostanza solida, provocando<br />

incrostazioni nei contenitori, mentre le particelle<br />

solide che si depositano possono causare l'intasamento<br />

di tubi e ugelli. Per questa ragione l'aria insufflata<br />

nei contenitori durante il prelievo di materiale<br />

deve essere ben secca.<br />

Le materie prime <strong>PUR</strong> presentano in parte una<br />

stabilità al magazzinaggio limitata. Mentre la maggior<br />

parte dei componenti di base, non miscelati,<br />

possono essere conservati per mesi ed anni in contenitori<br />

chiusi, le miscele (formulati) già dopo settimane<br />

possono presentare cambiamenti chimici,<br />

che si manifestano in viraggi di colore, aumento<br />

della viscosità, perdita della reattività e della stabilità<br />

della schiuma.<br />

Un magazzinaggio a temperature elevate può ridurre<br />

fortemente la conservabilità delle materie prime.<br />

Di ciò si deve tener conto in particolare nel caso di<br />

un trasporto di lunga durata e del riscaldamento<br />

provocato da un'eventuale esposizione all'irraggiamento<br />

solare. Di regola le materie prime in commercio<br />

presentano per breve tempo (da qualche<br />

giorno a settimane) una sufficiente stabilità a tem-<br />

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perature fino a 50 °C. Ciò è indispensabile, perché<br />

nel trasporto in autocisterna, ad esempio, la temperatura<br />

delle materie prime può salire effettivamente<br />

a 50 °C. Nella maggior parte dei casi si consiglia di<br />

effettuare la lavorazione ad una temperatura di 20 -<br />

25 °C, per cui dopo la consegna è necessario provvedere<br />

al raffreddamento del materiale, ad esempio<br />

mediante uno scambiatore di calore. Un condizionamento<br />

termico delle materie prime è opportuno<br />

anche nel caso di un magazzinaggio prolungato<br />

delle stesse: temperature alte possono pregiudicare<br />

la qualità, temperature troppo basse possono provocare<br />

difficoltà nella lavorazione a causa dell'elevata<br />

viscosità.<br />

Vogliamo ricordare inoltre che le materie prime<br />

contenenti espandenti (H-FC, H-CFC) vanno in<br />

generale immagazzinate a temperature inferiori a<br />

30 °C.<br />

Per il resto è necessario osservare le disposizioni di<br />

legge sul magazzinaggio di prodotti chimici.<br />

2.9 Misure di sicurezza da osservare nella<br />

manipolazione di materie prime <strong>PUR</strong><br />

Per ragioni di sicurezza, nella manipolazione delle<br />

materie prime <strong>PUR</strong> è necessario osservare le<br />

misure di protezione e prevenzione riportate nei<br />

fogli d'informazione e nelle schede di sicurezza dei<br />

prodotti.<br />

Il polimero MDI (PMDI) ad esempio è classificato<br />

fra le sostanze a rischio ed è soggetto all'obbligo di<br />

etichettatura, per cui va manipolato con la debita<br />

cautela. Per la manipolazione del PMDI è fissato un<br />

valore limite per la concentrazione massima ammessa<br />

sul posto di lavoro - in forma di gas, vapore<br />

o sospensione nell'aria - di una sostanza in esso<br />

contenuta. Il grado di possibile pericolosità dipende<br />

sostanzialmente dalla quantità di vapori ed aerosoli<br />

di isocianato che si sviluppano durante la lavorazione<br />

del PMDI. A prescindere dalla lavorazione a<br />

spruzzo, la trasformazione del PMDI fino a temperature<br />

di 20 - 23 °C non presenta problemi, qualora<br />

venga effettuata in ambienti ventilati. Sul posto di<br />

lavoro è necessario assicurare un'aspirazione dell'aria<br />

sufficiente e soprattutto ben localizzata, con<br />

movimento dell'aria in direzione di allontanamento<br />

dal posto in cui lavorano le persone.<br />

Vapori ed aerosoli di PMDI irritano gli occhi e le<br />

mucose del naso, della gola e dei polmoni, inoltre<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


possono provocare reazioni di ipersensibilità. Per<br />

questa ragione è necessario evitarne l'inalazione.<br />

In tutti i lavori è necessario usare occhiali protettivi,<br />

guanti di protezione impermeabili e tuta chiusa. Gli<br />

indumenti contaminati vanno cambiati immediatamente,<br />

per non prolungare la durata del contatto<br />

con la pelle. Prima di iniziare il lavoro si dovrebbe<br />

applicare sulle mani una pomata dermoprotettiva. Il<br />

PMDI va tenuto separato da cibi, bevande ed altri<br />

generi di consumo. Ulteriori informazioni tecniche<br />

importanti per la tutela e la prevenzione possono<br />

essere desunte dal Profilo di sicurezza dei prodotti.<br />

Nella produzione degli espansi rigidi <strong>PUR</strong> è necessario<br />

in generale osservare le misure e regole di cui<br />

si è detto.<br />

3. <strong>Produzione</strong> degli espansi rigidi <strong>PUR</strong><br />

3.1 Ricettazione<br />

Per un sistema di materie prime formulato come<br />

descritto al capitolo 2.7 si fornisce in generale una<br />

ricetta di lavorazione nella quale vengono precisate<br />

le quantità secondo cui il poliolo e il poliisocianato<br />

vanno combinati, ad esempio:<br />

100 parti in peso di poliolo<br />

x parti in peso di attivatore<br />

y parti in peso di espandente<br />

140 parti in peso di poliisocianato<br />

Se però si vuol formulare un sistema di materie<br />

prime partendo dai componenti di base, è necessario<br />

calcolare il rapporto quantitativo di miscelazione.<br />

A tal scopo occorre conoscere dati caratteristici<br />

come l'indice OH, il contenuto in acqua e il contenuto<br />

in NCO. Le formule per il calcolo vengono dedotte<br />

con il procedimento descritto qui di seguito.<br />

Indice KZ<br />

Effettuando la ricettazione occorre regolare le quantità<br />

dei componenti in modo che ad ogni gruppo OH<br />

del poliolo corrisponda un gruppo NCO del poliisocianato.<br />

Se questa condizione è soddisfatta, risulta<br />

dal cosiddetto indice, che per definizione è espresso<br />

dal numero delle grammomolecole (moli) di NCO<br />

per grammomolecola (mole) di OH moltiplicato per<br />

100.<br />

α<br />

Indize KZ =<br />

α<br />

NCO<br />

OH<br />

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x100<br />

equazione 1<br />

Se l'indice corrisponde a 100, la suddetta condizione<br />

è soddisfatta. Un indice >100 indica che i gruppi<br />

NCO sono in eccedenza. Gli indici delle ricette studiate<br />

per la produzione di espansi rigidi <strong>PUR</strong> corrispondono<br />

in generale a 105 - 125, nel caso degli<br />

espansi PIR-<strong>PUR</strong> gli indici sono compresi fra 180 e<br />

350. Indici superiori a 100 evidenziano che i gruppi<br />

OH hanno reagito completamente; i gruppi NCO in<br />

eccesso reagiscono ad esempio con formazione di<br />

strutture allofaniche (carbossilureiche).<br />

Poiché i valori αNCO e αOH non possono venire determinati<br />

direttamente, vengono calcolati con l'ausilio<br />

di altri dati caratteristici, quali il contenuto in<br />

NCO e l'indice OH.<br />

Calcolo dell'indice OH e di α<br />

OH:<br />

Per la determinazione dell'indice OH (IOH) un<br />

grammo di poliolo viene esterificato con l'anidride di<br />

un acido bicarbossilico e l'acido messo in libertà,<br />

equivalente a OH, viene titolato con idrossido di<br />

potassio (KOH).<br />

L'indice OH rappresenta quindi la quantità di KOH<br />

in mg impiegata per g di poliolo. Usando, anziché<br />

1 g di poliolo, una quantità Qpoliolo si ottiene per IOH<br />

la seguente definizione:<br />

Q<br />

IOH =<br />

Q<br />

KOH<br />

poliolo<br />

Se si riferisce l'equazione a millimole (mmole) KOH<br />

anziché a mg KOH, occorre dividere i due membri<br />

dell'equazione per 56,1 (peso molecolare di KOH):<br />

IOH QKOH<br />

α<br />

=<br />

=<br />

56,<br />

1 Q x 56,<br />

1 Q<br />

polyol<br />

αKOH = moli KOH<br />

KOH<br />

poliolo<br />

Poiché dalla definizione dell'indice OH consegue<br />

che ad ogni mole KOH corrisponde una mole OH, è<br />

possibile parificare α KOH e α OH:<br />

IOH α<br />

=<br />

56,<br />

1 Q<br />

OH<br />

poliolo<br />

Per conversione si ottiene:<br />

α<br />

OH =<br />

IOHx Qpoliolo<br />

56,<br />

1<br />

equazione 2<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Calcolo di α<br />

NCO:<br />

La quantità di NCO nel poliisocianato viene espressa<br />

normalmente come % in peso di NCO, per cui<br />

vale la relazione:<br />

% NCO =<br />

QNCO<br />

x100<br />

Q<br />

poliisocianato<br />

Tenendo conto della correlazione fra quantità e<br />

molarità secondo<br />

QNCO NCO<br />

42<br />

= α<br />

in cui 42 = peso molecolare di NCO<br />

e convertendo nello stesso tempo da mole a mmole<br />

(millimole), si ottiene<br />

% NCO = α NCO x 42<br />

1000 x Q<br />

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poliisocianato<br />

Da questa equazione per conversione è possibile<br />

calcolare α NCO:<br />

α NCO =<br />

% NCOx<br />

Qpoliisocianato<br />

4,<br />

2<br />

equazione3<br />

Calcolo della percentuale di poliisocianato di una<br />

ricetta:<br />

Introducendo le equazioni 2 e 3 nell'equazione 1 è<br />

possibile calcolare la quantità di poliisocianato occorrente<br />

per una determinata quantità di poliolo ad<br />

un indice KZ prefissato:<br />

Indice KZ =<br />

=<br />

da cui consegue<br />

Q<br />

poliisocia nato<br />

=<br />

% NCO x<br />

Q<br />

poliisocianato<br />

4,<br />

2 xIOHx<br />

Q<br />

% NCO x<br />

IOH x<br />

Q<br />

e x 56,<br />

1<br />

poliolo<br />

poliisocianato<br />

IOM x Q<br />

M<br />

1336 x%<br />

poliolo<br />

NCO<br />

poliolo<br />

xKZ<br />

x1336<br />

equazione 4<br />

Conoscendo l'indice OH del poliolo e il contenuto in<br />

NCO del poliisocianato, con questa formula è possibile<br />

calcolare la quantità di poliisocianato occor-<br />

rente per una determinata quantità di poliolo ad un<br />

dato indice KZ.<br />

3.2 Preparazione dei componenti della reazione<br />

Se il componente poliolico contiene già tutti gli additivi<br />

occorrenti per la schiumatura, prima della lavorazione<br />

è sufficiente regolarne la temperatura, ad<br />

esempio intorno a 20 °C - come avviene anche per<br />

il poliisocianato. Nella maggior parte dei casi il<br />

componente poliolico viene fornito senza attivatore<br />

ed espandente; entrambi gli additivi vanno aggiunti<br />

dopo il condizionamento termico, assicurandosi che<br />

anche l'espandente sia stato portato in precedenza<br />

alla giusta temperatura.<br />

Per garantire la costanza dei processi di reazione e<br />

schiumatura (vedi cap. 3.3), è necessaria una determinata<br />

temperatura, che va mantenuta costante.<br />

Se al poliolo vengono aggiunti anche acqua, ignifughi,<br />

stabilizzanti ed altri prodotti, bisogna tener presente<br />

che il processo di dissoluzione, che ha inizio<br />

dopo la loro miscelazione, richiede un certo tempo<br />

per compiersi. Ciò significa che al termine della<br />

miscelazione il componente poliolico, eventualmente,<br />

non ha ancora raggiunto la qualità definitiva;<br />

questo vale in particolare per l'aggiunta dell'acqua.<br />

Di conseguenza il comportamento di schiumatura di<br />

una miscela appena preparata può differire sensibilmente<br />

da quello presentato dalla stessa miscela<br />

dopo un certo periodo di invecchiamento, per cui<br />

occorre premunirsi contro questa eventualità. Per<br />

evitare problemi, si consiglia di riscaldare brevemente<br />

la miscela poliolica, senza espandente, a<br />

50 °C, o lasciarla riposare un'ora o due.<br />

Anche l'espandente può presentare un comportamento<br />

analogo, tuttavia le conseguenze sono di<br />

regola insignificanti.<br />

3.3 La miscela reagente e la schiumatura<br />

Per la produzione <strong>dell'espanso</strong> le materie prime<br />

contenenti gli additivi e debitamente termoregolate -<br />

cioè il componente poliolico ed il componente poliisocianico<br />

- vengono accuratamente mescolate fra<br />

loro.<br />

Dopo breve tempo ha inizio la reazione che decorre<br />

con sviluppo di calore. Durante la reazione la miscela<br />

si gonfia e schiuma di continuo in seguito allo<br />

sviluppo dell'espandente, finché a causa della progressiva<br />

reticolazione il prodotto di reazione rag-<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


giunge uno stato solido stabile, che conserva la<br />

struttura tipica di schiuma.<br />

Per caratterizzare il processo di reazione e schiumatura<br />

si distinguono diverse fasi.<br />

• Il tempo di miscelazione o di agitazione<br />

indica il tempo necessario per omogeneizzare<br />

i componenti di reazione.<br />

• Il tempo di crema indica il tempo che intercorre<br />

dall'inizio della miscelazione fino ai<br />

primi inizi visibili della formazione di schiuma.<br />

In molti casi questa fase si riconosce<br />

chiaramente da un viraggio di colore, la cui<br />

percezione tuttavia nel caso di miscele che<br />

reagiscono solo con lentezza richiede un<br />

occhio allenato.<br />

• Il tempo di filo, o tempo di "presa", evidenzia<br />

il passaggio della miscela dallo stato<br />

liquido a quello solido e corrisponde approssimativamente<br />

al punto di gelo. Al raggiungimento<br />

di questo punto la resa di reazione<br />

è del 50 % circa. Il tempo di filo viene<br />

misurato immergendo ed estraendo ripetutamente<br />

una bacchetta di legno nella miscela,<br />

nel frattempo in gran parte espansa,<br />

per determinare quando si formano i primi<br />

fili. La misurazione ha inizio subito dopo la<br />

miscelazione.<br />

• Il tempo di montata e l'assenza di appiccicosità:<br />

dopo la "presa" la velocità di crescita della<br />

schiuma comincia a diminuire. L'intervallo<br />

di tempo che intercorre fra l'inizio della miscelazione<br />

e il momento in cui secondo la<br />

percezione ottica dell'operatore la crescita<br />

della schiuma cessa, costituisce il tempo di<br />

montata. Al termine di questo processo la<br />

superficie della schiuma è ancora appiccicosa:<br />

toccandola ripetutamente con una<br />

bacchetta di legno si determina il momento<br />

in cui diviene secca, vale a dire è esente<br />

da appiccicosità.<br />

• Il tempo di sfiato:<br />

dopo un certo tempo, gli espansi a celle<br />

aperte possono dischiudere la superficie e<br />

scaricare gas espandente in eccesso, per<br />

cui l'intervallo di tempo che intercorre fra<br />

l'inizio della miscelazione e il momento in<br />

cui comincia l'emissione di gas viene definito<br />

tempo di sfiato.<br />

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Fig. 7: Prova di laboratorio: determinazione del<br />

tempo di filo<br />

I tempi di reazione dipendono dalla temperatura<br />

dei componenti, quindi della miscela reagente, e<br />

diminuiscono con l'aumentare della temperatura.<br />

Se per esempio ad una temperatura iniziale di<br />

20 °C il tempo di filo, o di gelo, corrisponde a 100 s,<br />

a 30 °C esso si riduce a circa 60 s. Il tempo di filo<br />

rappresenta l'indice più preciso e attendibile per<br />

valutare la reattività di una miscela, per cui per stabilire<br />

la velocità di reazione si utilizza quasi esclusivamente<br />

questo parametro. Dati comparativi relativi<br />

alla reattività devono riferirsi sempre alla stessa<br />

temperatura.<br />

Sulla formazione della schiuma esistono diverse<br />

teorie. Per la maggior parte esse presuppongono<br />

una nucleazione (formazione di bollicine) nella fase<br />

originaria. Non è tuttora chiaro se tutte le celle presenti<br />

nell'espanso finito esistano già in questa<br />

prima fase di formazione. Si deve ipotizzare che<br />

due fattori siano responsabili del fenomeno della<br />

nucleazione, e precisamente la sovrasaturazione<br />

della miscela liquida con il gas espandente formatosi<br />

e la formazione di cavità (cavitazione) nella<br />

fase di miscelazione della materie prime. Anche la<br />

formazione di una fine dispersione gassosa (aria,<br />

espandente già formatosi) durante la miscelazione<br />

potrebbe svolgere un ruolo importante.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


In questa prima fase di sviluppo della schiuma riveste<br />

importanza essenziale la presenza di composti<br />

tensioattivi, come gli stabilizzanti della schiuma.<br />

Le bollicine disperse di gas, di forma sferica,<br />

crescono dapprima in seguito alla diffusione del gas<br />

espandente sviluppatosi. Questo processo prosegue<br />

fino al raggiungimento di un determinato volume,<br />

in corrispondenza del quale si ha la massima<br />

densità di impaccamento, o "packing", delle sferette<br />

di gas nella matrice liquida. Se tale volume viene<br />

superato, la schiuma formata da bollicine sferiche si<br />

trasforma in un sistema di celle poliedriche - in prevalenza<br />

dodecaedri regolari (pentagonododecaedri).<br />

La maggior quantità di polimero liquido si<br />

trova nelle nervature di sostegno della struttura,<br />

mentre sottili membrane fungono da facce laterali<br />

separando le singole celle fra loro. Questo processo<br />

di crescita delle celle è rappresentato nella figura<br />

che segue.<br />

Fig. 8: Crescita delle celle durante la formazione<br />

<strong>dell'espanso</strong> <strong>rigido</strong> <strong>PUR</strong><br />

Al termine del tempo di filo la schiuma raggiunge la<br />

struttura e la distribuzione di massa definitive. Il<br />

quadro che abbiamo descritto, delle celle di forma<br />

sferica e delle successive strutture poliedriche, non<br />

corrisponde esattamente alla realtà. Poiché la<br />

schiuma nella fase di espansione si comporta come<br />

un fluido in movimento e le celle si ostacolano fra<br />

loro, queste assumono una forma allungata, vale a<br />

dire nella direzione del flusso presentano un diametro<br />

maggiore, rispetto alla direzione trasversale. Si<br />

parla in tal caso di orientamento delle celle. Questo<br />

stiramento delle celle che si conserva anche dopo il<br />

consolidamento della schiuma - a condizione ch'essa<br />

alla fine non venga ostacolata nel suo movimento<br />

di dilatazione - si riflette nelle caratteristiche <strong>dell'espanso</strong>.<br />

Così ad esempio la resistenza alla compressione<br />

nella direzione di schiumatura può essere<br />

fino a tre volte più elevata rispetto alla direzione<br />

trasversale.<br />

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Fig. 9: Struttura di una cella di schiuma<br />

La seguente figura mostra il flusso della miscela di<br />

reazione nella fase di schiumatura e ne evidenzia<br />

gli effetti. Sul fondo di un becher sono state disposte<br />

camere concentriche riempite contemporaneamente<br />

fino alla stessa altezza con miscele reagenti<br />

diversamente colorate. Per poter rappresentare le<br />

singole fasi temporali, è stata utilizzata una serie di<br />

becher riempiti con quantità crescenti di miscela.<br />

Fig. 10: Sezioni e vista esterna delle colonne di<br />

espanso<br />

A seconda del sistema di materie prime usato e<br />

della sua reattività nonché del volume e della densità<br />

della schiuma, nel nucleo <strong>dell'espanso</strong> hanno<br />

origine temperature comprese fra 120 e 180 °C. In<br />

seguito al riscaldamento aumenta proporzionalmente<br />

anche la pressione del gas nelle celle, che deve<br />

venire assorbita e neutralizzata dalle loro nervature<br />

e membrane. L'andamento nel tempo dell'aumento<br />

di volume (montata della schiuma), della pressione<br />

e della temperatura durante i processi di schiumatura<br />

e reticolazione è evidenziato dai diagrammi della<br />

fig. 11. Per la registrazione dei dati di misurazione<br />

la schiumatura è stata effettuata in un tubo in posizione<br />

verticale, posto in un becher contenente la<br />

miscela (cfr. fig. 14).<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 11: Comportamento di montata di differenti<br />

sistemi di espanso<br />

La velocità di montata della schiuma dipende dalla<br />

composizione della miscela reagente. Un influsso<br />

particolarmente elevato è esercitato dagli attivatori<br />

impiegati. Il seguente diagramma mostra l'altezza e<br />

la velocità di montata della schiuma in presenza di<br />

attivatori che accelerano in diversa misura lo sviluppo<br />

dell'espandente, cioè dell'anidride carbonica,<br />

e la formazione del poliuretano.<br />

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Fig. 12: Differente comportamento di montata in<br />

presenza di diversi catalizzatori (attivazione regolata<br />

in modo da ottenere lo stesso tempo di filo)<br />

Come si vede, i differenti attivatori influenzano in<br />

diversa misura l'inizio della schiumatura e la massima<br />

velocità di montata. Anche l'altezza di montata<br />

varia. Questa possibilità di influenzare l'andamento<br />

della schiumatura e della reazione viene utilizzata<br />

per finalizzare le caratteristiche dei sistemi alle esigenze<br />

di impiego.<br />

L'aumento di volume della schiuma formatasi è<br />

influenzato fra l'altro anche dalla pressione dell'aria.<br />

A pressione crescente l'aumento di volume si riduce<br />

e viceversa, per cui le variazioni atmosferiche di<br />

pressione esercitano un influsso notevole della<br />

densità <strong>dell'espanso</strong> risultante. Vale a dire, effettuando<br />

la schiumatura a diverse pressioni atmosferiche<br />

si ottengono espansi di differente densità,<br />

anche usando miscele contenenti espandenti alla<br />

stessa concentrazione. Nel caso di un materiale<br />

free-rise foam, ottenuto cioè lasciando montare la<br />

schiuma senza impedimenti, sono state determinate<br />

le seguenti densità in funzione della pressione<br />

atmosferica:<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 13: Dipendenza del volume della schiuma / della densità <strong>dell'espanso</strong> dalla pressione atmosferica<br />

Allo stesso modo, effettuando la schiumatura non<br />

coatta in luoghi situati a differente altitudine, si ottengono<br />

espansi di diversa densità.<br />

Nella determinazione della densità <strong>dell'espanso</strong> è<br />

quindi consigliabile tener conto della pressione<br />

atmosferica che si ha durante la schiumatura.<br />

Spesso l'espanso viene prodotto mediante schiumatura<br />

del poliuretano fra strati di copertura entro<br />

cavità di geometria complessa. Anche in questo<br />

Fig. 14: Schiumatura entro un tubo disposto verticalmente<br />

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caso la montata della schiuma è contrastata dalla<br />

pressione nell'ambiente circostante: un eccezionale<br />

innalzamento della pressione atmosferica può impedire<br />

il completo riempimento della cavità con la<br />

quantità prevista di materiale. La variazione dell'altezza<br />

di montata della schiuma dovuta alla pressione<br />

atmosferica viene dimostrata sull'esempio della<br />

fig. 14, nella quale la schiumatura si compie entro<br />

un tubo disposto verticalmente.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


3.4 Regole generali per la produzione di<br />

espansi rigidi <strong>PUR</strong><br />

Per ottenere risultati ottimali nella produzione <strong>dell'espanso</strong><br />

<strong>rigido</strong> <strong>PUR</strong> è necessario osservare determinati<br />

parametri e determinate regole. Per l'applicazione<br />

nel settore edile la schiumatura del materiale<br />

viene effettuata in prevalenza fra strati di copertura<br />

posti in posizione piana e parallela l'uno<br />

rispetto all'altro. La schiuma deve riempire la cavità<br />

compresa fra due coperture. Nella maggior parte<br />

dei casi un telaio sistemato ai bordi delle coperture<br />

provvede a limitare la propagazione della schiuma.<br />

Nella fase iniziale la schiuma si ancora saldamente<br />

a questi strati, per cui in dipendenza del materiale<br />

costituente e della qualità della superficie si ottiene<br />

un accoppiamento più o meno stabile.<br />

Le caratteristiche <strong>dell'espanso</strong> dipendono in gran<br />

parte dalla sua densità (cfr. Informazione tecnica<br />

14/2000 "Caratteristiche tecniche <strong>dell'espanso</strong> <strong>rigido</strong><br />

<strong>PUR</strong> come materiale isolante nell'edilizia" [4]). Di<br />

conseguenza, per ottenere determinate caratteristiche<br />

è necessario regolare opportunamente la densità.<br />

Ciò avviene attraverso la scelta mirata del<br />

sistema di materie prime e l'adattamento del contenuto<br />

in espandente. In linea generale la densità<br />

determinata nella schiumatura non coatta non è<br />

trasferibile al materiale espanso entro cavità, in<br />

quanto la resistenza di attrito a contatto delle coperture<br />

ostacola la libera espansione della schiuma, e<br />

tale effetto viene rinforzato dalla contropressione<br />

esercitata dall'aria da spostare. Come è già stato<br />

detto, la schiuma presenta un moto di scorrimento<br />

che causa a sua volta un orientamento delle celle,<br />

penalizzando di conseguenza le caratteristiche<br />

<strong>dell'espanso</strong>.<br />

L'orientamento delle celle può essere ridotto mediante<br />

un "addensamento" <strong>dell'espanso</strong>, vale a<br />

dire introducendo nella cavità una quantità di<br />

miscela superiore a quella necessaria per riempirla<br />

interamente. La quantità di miscela va regolata in<br />

modo che la cavità sia riempita completamente<br />

prima dell'inizio della gelificazione. Per questa ragione<br />

la densità del materiale liberamente espanso<br />

viene aggiustata su un valore decisamente più basso<br />

rispetto a quello previsto per l'espanso da produrre.<br />

L'addensamento della schiuma ha come<br />

conseguenza una notevole pressione da schiuma,<br />

che fino all'indurimento deve venire contenuta mediante<br />

adatte attrezzature (ad es. pressa, stampo<br />

contentivo o piccola unità con chiusura), allo scopo<br />

di mantenere le dimensioni desiderate. La pressio-<br />

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ne esercitata dipende dal grado di addensamento<br />

E che viene definito come segue:<br />

Densità prevista <strong>dell'espanso</strong><br />

E =<br />

Densità <strong>dell'espanso</strong><br />

non coatto<br />

La seguente tabella evidenzia la dipendenza della<br />

pressione dal grado di addensamento (valido per<br />

l'intervallo di densità intorno a 35 kg/m²).<br />

Tabella 2: Pressione in funzione del grado di addensamento<br />

La permanenza nella pressa o nello stampo va<br />

protratta finché l'espanso presenta una stabilità<br />

sufficiente per essere estratto senza che si verifichino<br />

deformazioni di entità intollerabile.<br />

Il tempo di permanenza determina fra l'altro l'economicità<br />

della produzione. Se il tempo minimo di<br />

permanenza non viene rispettato, il materiale può<br />

"spanciare" fortemente, formando una convessità, o<br />

addirittura lacerarsi nella zona del nucleo. Nel diagramma<br />

che segue si evidenziano le variazioni<br />

dello spessore di una lastra di espanso in funzione<br />

del tempo di permanenza nello stampo.<br />

Fig. 15: Variazione dello spessore di una lastra in<br />

dipendenza del tempo di permanenza nello stampo<br />

Le reazioni che portano alla formazione di poliuretani,<br />

poliuree e poliisocianurati sono esotermiche.<br />

Per mantenere la velocità di reazione su un livello<br />

sufficientemente elevato, si dovrebbe in primo luogo<br />

limitare la perdita di calore di reazione attraverso<br />

la superficie <strong>dell'espanso</strong>: già introducendo la<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


miscela fra gli strati di copertura o nello stampo la<br />

sottrazione di calore deve essere minima. Per questa<br />

ragione si consiglia di preriscaldare a 30 - 45 °C<br />

gli strati di copertura, lo stampo o il dispositivo di<br />

contenimento sul lato a contatto con la schiuma.<br />

Nella produzione degli espansi PIR-<strong>PUR</strong> la temperatura<br />

dovrebbe essere ancora più elevata (fino a<br />

60 °C). Tuttavia a queste temperature relativamente<br />

alte possono verificarsi perdite di espandente, che<br />

si manifestano con un aumento della densità <strong>dell'espanso</strong><br />

e talora anche con la formazione di cavità<br />

e bolle di certe dimensioni entro lo stesso.<br />

Anche nella fase di indurimento, allorché la schiuma<br />

ha riempito completamente lo spazio previsto, si<br />

dovrebbe mantenere entro certi limiti la sottrazione<br />

di calore attraverso gli strati di copertura e il dispositivo<br />

di contenimento. In caso contrario l'espanso<br />

potrebbe infragilire in superficie e sviluppare un<br />

adesione insufficiente agli strati di copertura.<br />

La miscela reagente dovrebbe venire introdotta<br />

nella cavità in modo che la schiuma che si forma si<br />

propaghi uniformemente senza turbolenze e sposti<br />

l'aria completamente. I fori di sfiato vanno posizionati<br />

in modo che la schiuma li raggiunga quando<br />

l'aria è stata completamente espulsa. In questo<br />

modo è possibile evitare inglobamenti d'aria. Si<br />

consiglia anche di sistemare lo stampo o il dispositivo<br />

contentivo (eventualmente inclinandoli) in una<br />

posizione che determini la direzione del flusso della<br />

schiuma in montata. Nella miscelazione in continuo<br />

dei componenti (ad esempio con macchine) e introduzione<br />

della miscela in una cavità, bisogna evitare<br />

l'aggiunta di materiale liquido a quello che si trova<br />

già in fase di schiumatura.<br />

4. Procedimenti per la produzione di<br />

espansi rigidi <strong>PUR</strong><br />

4.1 Metodo manuale di miscelazione<br />

Come metodo manuale si intendeva in origine la<br />

miscelazione delle materie prime con l'ausilio di una<br />

barra di agitazione. Oggi si usa tale termine anche<br />

quando i componenti vengono mescolati in un contenitore<br />

a mezzo di un agitatore elettrico.<br />

Questo metodo viene applicato oggi principalmente<br />

per lo sviluppo ed il controllo in laboratorio di sistemi<br />

di materie prime nonché per la produzione di<br />

blocchi di espanso di dimensioni ridotte.<br />

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Issue 2004-09-15<br />

4.1.1 <strong>Produzione</strong> di espansi sperimentali su<br />

scala di laboratorio<br />

Per la determinazione o la regolazione dei tempi di<br />

reazione di un sistema <strong>poliuretanico</strong> e della densità<br />

<strong>dell'espanso</strong> si utilizzano di regola piccoli blocchi di<br />

espanso con un volume di 5 - 10 litri prodotti in<br />

laboratorio. Poiché i risultati devono essere riproducibili,<br />

è necessario osservare sempre le stesse<br />

condizioni ed attenersi alla medesima procedura di<br />

produzione.<br />

Per la produzione si consigliano i seguenti apparecchi:<br />

- 1 agitatore di laboratorio Pendraulik, tipo<br />

LM-34 con interruttore a pedale (Pendraulik,<br />

- Maschinen- und Apparate GmbH, D-31832<br />

Springe, telefax +49 (5 41) 50 29)<br />

- 1 recipiente di plastica con detergente per<br />

la pulizia del piatto dell'agitatore<br />

- 1 agitatore rapido Lenart (Maschinenfabrik<br />

Paul Vollrath, Max-Planck-Str. 13, D-50354<br />

Hürth, tel.: +49 (2233) 7 98 90)<br />

- becher di cartone avvolti a spirale con fondo<br />

bordato in lamiera, 140/137 x 96 x 1<br />

[mm] (Brüggen & Söhne, Postfach 52303,<br />

D-52399 Düren)<br />

- 1 cronometro, precisione 1 s<br />

- 2 termometri con graduazione di 0,1 °C<br />

- 1 bilancia (suddivisione 0,1 g)<br />

- bacchette di legno, ca. 200 x 2 [mm]<br />

- scatoletta per test (cartoncino preparato<br />

con carta da imballaggio, base 20 x 20 cm²,<br />

altezza 14 cm)<br />

- 1 sega a nastro (per tagliare provini) con<br />

dispositivo di aspirazione da tavolo; filtri antipolvere<br />

per l'addetto al lavoro di taglio<br />

- adatto recipiente per il raffreddamento dei<br />

componenti in becher di cartone (ad es.<br />

contenitore Dewar con ghiaccio secco)<br />

- 1 barometro per la misurazione della pressione<br />

atmosferica.<br />

La temperatura delle materie prime impiegate<br />

dovrebbe essere superiore a 23 °C. Il condizionamento<br />

fino alla temperatura prevista (ad es. 20 o<br />

23 °C) può quindi essere effettuato mediante semplice<br />

raffreddamento (vedi più avanti).<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Conformemente alla ricetta di preparazione poliolo<br />

e additivi vengono pesati in un bicchiere di cartone<br />

e accuratamente mescolati con agitatore; è importante<br />

accertarsi che all'agitatore non resti attaccato<br />

del materiale, per cui si consiglia di estrarre alla fine<br />

l'agitatore dalla miscela per eliminare mediante<br />

centrifugazione eventuali residui che vi aderiscono.<br />

Durante la miscelazione il numero di giri dell'agitatore<br />

dovrebbe venire aumentato gradualmente per<br />

evitare spruzzi. La quantità di espandente persa per<br />

evaporazione va determinata mediante pesata di<br />

ritorno e reintegrata.<br />

Successivamente, in un altro becher di cartone<br />

viene pesata una quantità di poliisocianato di circa<br />

una volta e mezza rispetto alla quantità prevista<br />

dalla ricetta. La temperatura del contenuto del<br />

becher viene regolata su uno dei valori indicati in<br />

precedenza ± 0,5 °C. A causa dell'elevata temperatura<br />

iniziale le materie prime vanno raffreddate. Ciò<br />

avviene mediante ripetuta immersione nel recipiente<br />

di raffreddamento, agitando contemporaneamente<br />

il liquido con un termometro.<br />

Nel bicchiere di cartone contenente la miscela<br />

poliolica viene pesata velocemente la quantità di<br />

poliisocianato prevista. Si inserisce quindi<br />

l'agitatore che viene immerso nella miscela a bassa<br />

velocità di rotazione e portato quindi al numero di<br />

giri voluto (ad es. 1000 giri/min). Contemporaneamente<br />

all'immersione si fa scattare il<br />

cronometro. La durata di agitazione corrisponde<br />

normalmente a 10 - 15 s. Subito dopo<br />

l'omogeneizzazione la miscela viene versata nel<br />

cartoncino, rilevando uno dopo l'altro tempo di<br />

crema, tempo di filo, tempo di montata e tempo di<br />

essiccamento in superficie (assenza di<br />

appiccicosità).<br />

Il cartoncino dovrebbe posare su un materiale termoisolante,<br />

ad esempio una lastra di espanso, affinché<br />

la temperatura della miscela colata si mantenga<br />

invariata e di conseguenza all'espanso in<br />

formazione non venga sottratto troppo calore a<br />

contatto col fondo.<br />

Per la determinazione della densità è possibile ritagliare<br />

con sega dal nucleo, a raffreddamento avvenuto,<br />

cubi di materiale con lati della lunghezza di<br />

10,0 cm.<br />

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4.1.2 <strong>Produzione</strong> di blocchi di espanso <strong>rigido</strong><br />

<strong>PUR</strong> mediante miscelazione manuale<br />

Materiale espanso in blocco viene fornito in forma<br />

di lastre ed altri spezzoni, come semigusci per tubi.<br />

Con lastre tagliate è possibile realizzare elementi<br />

compositi di diverso tipo incollando sulle superfici<br />

strati di copertura.<br />

La "schiumatura manuale" è il metodo più semplice<br />

per ottenere piccoli blocchi di materiale espanso.<br />

Essa consente anche la lavorazione di materie<br />

prime ad alta viscosità e il facile incorporamento di<br />

sostanze solide e paste (ad es. paste coloranti).<br />

Inoltre richiede bassi costi di investimento. Di svantaggio<br />

sono il dispendio di manodopera e l'elevata<br />

perdita di materiale (residui rimasti nel contenitore<br />

di miscelazione).<br />

Per una quantità di impiego di circa 50 kg occorre la<br />

seguente attrezzatura:<br />

• un contenitore di miscelazione della capacità<br />

di 100 l<br />

• un agitatore rapido che consente movimenti<br />

rotatori e variazioni di altezza (nei casi più<br />

semplici è sufficiente un trapano fornito di<br />

agitatore)<br />

• una bilancia con capacità di pesatura di<br />

100 kg<br />

• una bilancia con capacità di pesatura di 1 -<br />

2 kg e precisione di 1 g, o un cilindro misuratore<br />

per piccole quantità<br />

• occhiali e guanti protettivi<br />

• cappa di aspirazione<br />

• detergenti.<br />

La quantità totale di materiale da preparare QA risulta<br />

dal volume V dello stampo da riempire, dalla<br />

densità media voluta D, dalla quantità di miscela QV<br />

che resta nel contenitore e dalla differenza di spinta<br />

S fra la miscela liquida e l'espanso finito (= peso<br />

dell'aria spostata, ca. 1,2 kg/m 3 a 20 °C) nonché<br />

dalla perdita di espandente QG che si verifica durante<br />

la miscelazione e la schiumatura. Vale pertanto<br />

la relazione<br />

Q A = V x D + V x S + Q V + QG<br />

equazione 5<br />

La quantità dei componenti QC da usare si calcola<br />

come segue:<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Q<br />

C<br />

=<br />

∑<br />

delle<br />

parti in peso<br />

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Issue 2004-09-15<br />

quantità totale Q<br />

Un esempio al proposito:<br />

A<br />

secondo ricettazione<br />

volume del particolare<br />

stampato V = 1,2 m³<br />

densità media desiderata D = 35 kg/m³<br />

differenza di spinta S = 1,2 kg/m³<br />

quantità di miscela che resta<br />

nel contenitore (determinata<br />

sperimentalmente) QV = 2 kg<br />

perdita di espandente QG = 1 kg<br />

(determinata sperimentalmente)<br />

In base all'equazione 5 si può calcolare la quantità<br />

di materiale da preparare:<br />

QA = 1,2 m³ · 35 kg/m³ + 1,2 m³ · 1,2 kg/m³ + 2 kg +<br />

1 kg<br />

= 42 kg + 1,44 kg + 2 kg + 1 kg<br />

= 46,44 kg<br />

Ricetta:<br />

100 p.p. poliolo<br />

20 p.p. espandente<br />

2 p.p. attivatore<br />

120 p.p. poliisocianato<br />

242 p.p. in totale<br />

Le quantità dei singoli componenti saranno:<br />

poliolo Baymer ® Qpoliolo =<br />

espandente QE =<br />

attivatore QDesmorapid<br />

=<br />

46,44 · 100 = 19,190 kg<br />

242<br />

46,44 · 20 = 3,838 kg<br />

242<br />

46,44 · 2 = 0,384 kg<br />

242<br />

poliisocianato QDesmodur = 46,44 · 120 = 23,028 kg<br />

242<br />

Nel caso più semplice lo stampo, nel quale l'espanso<br />

si forma e reagisce completamente, può essere<br />

una cassa di legno. Le superfici interne dovrebbero<br />

essere lisce per facilitare l'estrazione del blocco di<br />

espanso. Per il distacco si utilizzano carte adatte<br />

(ad es. carta kraft rivestita con polietilene o carta<br />

kraft sodata) che vengono inserite nello stampo o<br />

incollate alle sue pareti prima della schiumatura,<br />

oppure distaccanti (ad es. cere). In quest'ultimo<br />

caso si consiglia di ricoprire le pareti dello stampo<br />

con lamiera (ad es. di alluminio) o con lastre rivestite<br />

con resine melamminiche. È possibile rivolgersi<br />

ai seguenti fornitori di distaccanti:<br />

Acmos Chemie GmbH & Co.<br />

Industriestr. 37 + 49<br />

D-28199 Bremen<br />

Tel.: +49 (421) 51 89-0<br />

Fax: +49 (421) 51 14 15<br />

IGEFA GmbH<br />

Europaallee 68-72<br />

D-50226 Frechen<br />

Tel.: (+49) 22 34 9 57 21-0<br />

Fax: (+49) 22 34 5 21 37<br />

Goldschmidt AG<br />

Goldschmidtstr. 100<br />

D-45127 Essen<br />

Tel.: (+49) 201 173-01<br />

Fax: (+49) 201 173-3000<br />

Per la produzione di blocchi si procede come segue:<br />

lo stampo pronto all'uso viene trattato internamente<br />

con un distaccante. Nel contenitore di miscelazione<br />

tarato su una bilancia vengono versati e mescolati<br />

poliolo, espandente ed attivatore. Per l'ordine d'aggiunta<br />

vale la regola: quantità elevate hanno la<br />

precedenza su piccole quantità, e prodotti bassoviscosi<br />

sugli altoviscosi. Per ultimo viene introdotto il<br />

poliisocianato, pesandolo direttamente o versando<br />

una quantità di materiale pesata in precedenza. I<br />

componenti devono venire mescolati bene fra loro e<br />

colati nello stampo entro il tempo di crema, talora di<br />

durata molto breve (da 15 a 40 s circa).<br />

Fig. 16: Lato frontale di uno stampo per la produzione<br />

di blocchi<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 17: Pareti laterali e vista prospettica di uno<br />

stampo per blocchi<br />

Il procedimento più semplice è la schiumatura in<br />

stampo aperto. La miscela di reazione viene colata<br />

in una cassa di legno aperta, dove reagisce formando<br />

un blocco di espanso. Benché la pressione<br />

che agisce sulle pareti laterali sia relativamente<br />

bassa, tuttavia, a causa dell'ampia estensione delle<br />

superfici, è necessario tenerne conto nel dimensionamento<br />

dello stampo. Con i blocchi a base <strong>PUR</strong>,<br />

ad una densità di 35 kg/m³ è stata misurata una<br />

pressione di circa 0,1 bar e ad una densità di 60<br />

kg/m³ una pressione di circa 0,15 bar. Gli espansi<br />

PIR generano pressioni decisamente più elevate.<br />

Per ovviare all'innalzamento di pressione, è possibile<br />

aprire lo stampo già 5 - 15 min dopo l'inizio della<br />

reazione in modo che la schiuma possa espandersi<br />

liberamente. A questo scopo si tolgono due pareti<br />

contigue dello stampo. Il blocco, crescendo oltre le<br />

dimensioni dello stampo, deve ora potersi spingere<br />

senza impedimenti al di sopra del bordo della lastra<br />

di fondo. Se lo stampo non viene aperto entro il<br />

breve intervallo di tempo di cui si è detto, è necessario<br />

attendere qualche ora prima dell'apertura, per<br />

evitare un forte rigonfiamento o addirittura la rottura<br />

del blocco. Il blocco va estratto solo quando la<br />

pressione esercitata sullo stampo è sufficientemente<br />

diminuita; il momento migliore per la sformatura<br />

va determinato empiricamente.<br />

La schiuma che monta senza impedimenti forma<br />

una specie di cupola; le celle costituenti sono orientate<br />

in prevalenza in direzione verticale (in modo<br />

anisotropo). Si può contenere la formazione di questa<br />

cupola, che nel taglio da origine a una forte<br />

quantità di scarti, applicando sulla schiuma in fase<br />

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di montata un coperchio galleggiante. Quando la<br />

miscela colata sul fondo dello stampo comincia a<br />

reagire, si applica sulla schiuma un coperchio galleggiante<br />

che viene spinto verso l'alto durante la<br />

montata della schiuma. Anche in questo caso si<br />

può usare uno stampo di semplice costruzione, che<br />

però dovrebbe avere pareti interne lisce affinché il<br />

coperchio non si blocchi. Eventualmente il coperchio<br />

in salita può essere guidato a mano; il suo<br />

peso per unità di superficie corrisponde di regola a<br />

40 kg/m² circa.<br />

Per ottenere un blocco di forma rettangolare si può<br />

applicare sulle pareti un tacchetto di arresto che<br />

provoca anche un leggero addensamento <strong>dell'espanso</strong>.<br />

Fig. 18: Schiumatura ostacolata da un coperchio<br />

galleggiante<br />

Per alcune applicazioni è richiesto un materiale<br />

espanso formato da celle che presentano solo un<br />

orientamento molto debole. Questo requisito può<br />

essere soddisfatto versando la miscela in uno<br />

stampo chiudibile da tutti i lati, il che conduce ad un<br />

maggiore addensamento <strong>dell'espanso</strong>. In tal caso<br />

la pressione agente sulle pareti dello stampo è<br />

corrispondentemente più elevata (cfr. capitolo 3:<br />

"Norme generali per la produzione di espansi rigidi<br />

<strong>PUR</strong>"). In questo procedimento di schiumatura<br />

sotto pressione è necessario prevedere lunghi tempi<br />

di permanenza nello stampo, per evitare l'eventuale<br />

rottura dei blocchi.<br />

4.2 <strong>Produzione</strong> a macchina degli espansi rigidi<br />

<strong>PUR</strong><br />

4.2.1 Macchine ed impianti per schiumatura<br />

Il procedimento descritto, di schiumatura manuale,<br />

riveste solo importanza secondaria per la produzione<br />

degli espansi rigidi <strong>PUR</strong>. Di norma, per la loro<br />

produzione si utilizzano attrezzature meccaniche.<br />

Gli impianti in uso per la lavorazione di due o più<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


componenti constano come minimo di una schiumatrice<br />

e di un dispositivo di stampaggio.<br />

La schiumatrice costituisce indubbiamente il "cuore"<br />

dell'impianto. Essa ospita i componenti liquidi e li<br />

mantiene in condizioni idonee alla lavorazione,<br />

Fig. 19: Schema di un impianto di schiumatura per la produzione di blocchi<br />

I due componenti principali, poliolo e poliisocianato,<br />

vengono trasferiti dai serbatoi di stoccaggio ai contenitori<br />

di esercizio. Spesso vengono usati sistemi<br />

puramente bicomponenti; in tal caso i componenti<br />

principali contengono già tutti gli additivi indispensabili<br />

per la reazione, come attivatori, stabilizzanti,<br />

espandenti ed ignifughi. Tuttavia esiste anche la<br />

possibilità di ottenere combinazioni specifiche attraverso<br />

una stazione di premiscelazione, o di aggiungere<br />

gli additivi direttamente nei condotti di<br />

dosaggio delle pompe. Nei contenitori di esercizio i<br />

componenti vengono trattati in modo da renderli<br />

idonei alla lavorazione, vale a dire omogeneizzati e<br />

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inoltre provvede al dosaggio nel giusto rapporto<br />

quantitativo, all'omogeneizzazione di componenti e<br />

alla colata della miscela negli stampi. La figura seguente<br />

evidenzia le singole fasi del processo.<br />

condizionati termicamente. Quindi i dispositivi di<br />

dosaggio li trasferiscono in un determinato rapporto<br />

di miscelazione dai contenitori alla testa di miscelazione.<br />

Qui i partner di reazione si incontrano formando<br />

una miscela che viene colata nello stampo<br />

dove comincia a reagire e a espandersi in forma di<br />

schiuma.<br />

In linea generale si distingue fra due tipi di macchine:<br />

le schiumatrici a bassa pressione e le schiumatrici<br />

ad alta pressione. Entrambi i sistemi sono di<br />

facile definizione: mentre sulle macchine a bassa<br />

pressione i flussi dei componenti vengono trasferiti<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


direttamente alle camere di miscelazione, fornite di<br />

agitatore, sotto una pressione di 3 - 40 bar, nelle<br />

schiumatrici ad alta pressione i componenti vengono<br />

compressi fino a 150 - 300 bar con pompe a<br />

pistone, quindi omogeneizzati secondo il cosiddetto<br />

principio di iniezione a controcorrente. In questo<br />

procedimento per la miscelazione si utilizza l'elevata<br />

energia cinetica prodotta dal flusso dei componenti<br />

all'entrata nella camera di miscelazione.<br />

4.2.1.1 Macchine a bassa pressione<br />

Nelle schiumatrici a bassa pressione i componenti<br />

vengono fatti circolare per breve tempo prima dell'i-<br />

Fig. 20: Concezione di una schiumatrice a bassa pressione<br />

4.2.1.2 Macchine ad alta pressione<br />

In linea generale le schiumatrici ad alta pressione<br />

possono essere suddivise in due categorie: con<br />

sistema in linea diretta e con sistema a circuito<br />

chiuso.<br />

Sistema in linea diretta<br />

Nei vecchi sistemi in diretta i componenti vengono<br />

trasferiti direttamente dai serbatoi di esercizio alla<br />

testa di miscelazione tramite dispositivi dosatori;<br />

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nizio della stampata, solitamente mediante pompe<br />

ad ingranaggi. Quindi vengono alimentati alla camera<br />

di miscelazione ad agitatore; all'entrata sincrona<br />

dei componenti nella camera provvedono<br />

semplici dispositivi di commutazione che vengono<br />

pilotati da timer e determinano in tal modo la durata<br />

dell'iniezione. Al termine dell'operazione la camera<br />

deve venire pulita con un detergente acquoso per<br />

eliminare i residui di miscela.<br />

vale a dire, all'inizio della stampata o all'avviamento<br />

della pompa dosatrice, nei condotti ad alta pressione<br />

che alimentano la testa di miscelazione si produce<br />

la pressione necessaria per la lavorazione.<br />

Dopo aver superato la pretensione regolabile a<br />

molla, nella testa si aprono gli ugelli di iniezione,<br />

dando inizio alla miscelazione vera e propria.<br />

Per ottenere una buona omogeneizzazione, è indispensabile<br />

poter regolare secondo necessità la<br />

pressione della camera di miscelazione; questa<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


possibilità è assicurata dai cosiddetti torsori, posti<br />

a valle della camera, o dall'impiego di semplici<br />

lastre forate. A stabilizzare e trasformare in flusso<br />

laminare la miscela di reazione in uscita provvede il<br />

cosiddetto cono di rinvio, che suddivide il flusso<br />

dirigendolo verso la parete del condotto di efflusso.<br />

Al termine dell'iniezione la piccola camera di miscelazione<br />

(ca. 0,5 - 2,5 cm³) viene pulita insufflando<br />

un forte getto d'aria.<br />

Per assicurare, o regolare, l'apertura sincrona degli<br />

elementi dell'ugello, con carico a molla, nei condotti<br />

Fig. 21: Concezione di una schiumatrice ad alta pressione (sistema in linea diretta)<br />

Sistema a circuito chiuso<br />

Due sono i motivi che hanno spinto a sviluppare<br />

ulteriormente la tecnica di schiumatura ad alta<br />

pressione: la generale scarsa sicurezza nella conduzione<br />

di processi tramite elementi elastici a molla<br />

nonché le sempre crescenti esigenze poste al prodotto<br />

finito.<br />

Il sistema a circuito chiuso - nel quale i componenti<br />

attraverso dispositivi di dosaggio vengono trasferiti<br />

dal serbatoio di esercizio alla testa di miscelazione<br />

e quindi di ritorno al contenitore - offre numerosi<br />

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ad alta pressione sono installate le cosiddette camere<br />

di riserva che rendono possibile l'ampliamento<br />

volumetrico autonomo e regolabile del sistema di<br />

compressione e possono in tal modo ritardare l'innalzamento<br />

di pressione. Al termine dell'iniezione i<br />

due lati sotto pressione vengono riportati di colpo al<br />

livello di pressione iniziale tramite valvole di derivazione<br />

accoppiate, che presentano fori di scarico<br />

diversamente regolabili. Gli ugelli si chiudono e la<br />

macchina è pronta per l'iniezione successiva.<br />

vantaggi. Da un lato, già prima dell'inizio della<br />

stampata è possibile regolare secondo necessità la<br />

portata dei componenti liquidi e la pressione di iniezione;<br />

dall'altro, l'inversione dalla posizione di<br />

circuito alla posizione di iniezione si compie in teste<br />

di miscelazione a comando forzato (vedi sotto).<br />

Tutte le funzioni che sono responsabili per la<br />

realizzazione di un espanso di qualità ottimale, in<br />

particolare esente da frazioni di testa e di coda, si<br />

compiono a comando forzato per via meccanica o<br />

idraulica nella testa di miscelazione stessa.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 22: Concezione di una schiumatrice ad alta pressione (sistema a circuito)<br />

4.2.1.3 Dispositivi di dosaggio e teste di<br />

miscelazione<br />

Per ottenere buoni risultati, è indispensabile poter<br />

effettuare in modo riproducibile e con la massima<br />

precisione il dosaggio dei componenti nel giusto<br />

rapporto stechiometrico. Per questa ragione nelle<br />

macchine per schiumatura a bassa e ad alta pressione<br />

si utilizzano esclusivamente pompe di precisione.<br />

Per le prime si impiegano generalmente<br />

pompe ad ingranaggi di costruzione nota. La portata<br />

viene aggiustata variando il regime del motore<br />

mediante meccanismi regolabili in continuo e recentemente<br />

mediante convertitori di frequenza.<br />

Per gli impianti ad alta pressione trovano impiego<br />

pompe a pistone (ad es. in linea, assiali e radiali)<br />

che portano i componenti alle pressioni di iniezione<br />

richieste di 100 - 300 bar.<br />

La parte essenziale di una schiumatrice è la testa di<br />

miscelazione, per cui fin dall'inizio è stato investito<br />

molto lavoro nello sviluppo e perfezionamento della<br />

tecnica di miscelazione.<br />

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Nella loro concezione fondamentale, le teste di<br />

miscelazione con agitatore e le teste con comando<br />

a pressione si rifanno alla tecnologia a linea diretta<br />

(a bassa o ad alta pressione). Nel caso delle teste<br />

di miscelazione autopulenti a comando forzato si<br />

trovano tuttavia molte differenti forme di costruzione.<br />

Teste di miscelazione con agitatore<br />

Le materie prime alimentate nella parte superiore<br />

della camera di miscelazione vengono mescolate<br />

intensamente sulla via verso l'uscita mediante agitatori<br />

a numero di giri variabile. Si conoscono diversi<br />

tipi di agitatori, ad esempio a spina, a viti, a pala,<br />

a foglia o a coclea.<br />

Teste di miscelazione con comando a pressione<br />

I due ugelli d'iniezione sono posizionati direttamente<br />

uno di fronte all'altro in una piccola camera di<br />

miscelazione cilindrica. Gli ugelli di aprono quando<br />

la pressione esercitata dai componenti è superiore<br />

al pretensionamento elastico dell'otturatore a spillo<br />

dell'ugello. Nei tempi più recenti si utilizzano anche<br />

ugelli a bassa perdita di pressione (fig. 23) che<br />

vengono comandati ad aria attraverso una mem-<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


ana, per cui per aprire l'ugello la pressione del<br />

componente deve superare il pretensionamento<br />

pneumatico.<br />

Fig. 23: Testa di miscelazione con comando a<br />

pressione (ugelli a bassa perdita di pressione)<br />

Teste di miscelazione a comando forzato<br />

Oltre alla miscelazione per iniezione, in questo tipo<br />

di teste anche l'inversione dei flussi di materiale<br />

dalla posizione di circuito alla posizione di iniezione<br />

avviene sotto alta pressione. In tal modo gli ugelli<br />

vengono aperti e chiusi in modo sincrono all'inizio<br />

ed alla fine del processo di iniezione. Inoltre molte<br />

teste di questo tipo sono autopulenti, vale a dire al<br />

termine dell'iniezione i residui di miscela rimasti<br />

nella camera vengono espulsi con l'ausilio di un<br />

apposito pistone.<br />

La descrizione dei diversi tipi di teste di miscelazione<br />

- con comando a pistone, con ugelli a spillo, con<br />

otturatore a corsa o rotante - esula dall'ambito di<br />

questo lavoro.<br />

I produttori e i fornitori di impianti di schiumatura e<br />

di teste di miscelazione mettono volentieri materiale<br />

d'informazione a disposizione degli interessati (ad<br />

es.<br />

Hennecke GmbH<br />

Polyurethane Technology<br />

Birlinghovener Str. 30<br />

53754 Sankt Augustin<br />

Tel.: (+49) 22 41/339-0<br />

Fax: (+49) 22 41/339-204<br />

E-Mail: hennecke@hennecke.com<br />

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File No.: PU21012-0409 it<br />

Issue 2004-09-15<br />

Le parti di macchine che vengono a contatto con la<br />

miscela di reazione devono venire regolarmente<br />

pulite. Solventi adatti vengono forniti da:<br />

Kraemer & Martin GmbH<br />

Zum Siegblick 37 - 45<br />

D-53757 Sankt Augustin<br />

Tel.: (+49) 22 41 54 97-0<br />

Fax: (+49) 22 41 6 41 77<br />

Jäkle Chemie GmbH & Co. KG<br />

Matthiasstraße 10-12<br />

D-90431 Nürnberg<br />

Tel.: (+49) 911 326 46-0<br />

Fax: (+49) 911 326 46-6<br />

E-Mail: chemikalien@csc-jaekle.de<br />

Internet: www.csc-jaekle.de<br />

4.3 <strong>Produzione</strong> in continuo di blocchi di<br />

espanso<br />

Volendo produrre blocchi molto lunghi e larghi, nella<br />

tecnologia di schiumatura discontinua si è ben<br />

presto al limite del processo, che fra l'altro è subordinato<br />

alla condizione che la miscela venga colata e<br />

distribuita nello stampo prima che il tempo di crema<br />

giunga al termine. In tal caso la migliore soluzione<br />

sotto l'aspetto tecnico ed economico è costituita dal<br />

procedimento di produzione in continuo.<br />

In questa tecnologia la miscela di reazione viene<br />

colata su un nastro trasportatore mediante una<br />

schiumatrice fornita di una testa di miscelazione<br />

mobile.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 24: Concezione di un impianto per la produzione in continuo di blocchi di espanso<br />

Come distaccante ci si avvale di una foglia di carta<br />

piegata a forma di U, che viene trascinata insieme<br />

al blocco di espanso. A causa della pressione che<br />

agisce sui lati subito dopo la schiumatura, anche le<br />

delimitazioni laterali devono essere conformate<br />

come nastri trasportatori.<br />

Per evitare la formazione di una cupola e diminuire<br />

così le perdite dovute al taglio, nella lavorazione in<br />

continuo si opera in modo da ottenere blocchi prevalentemente<br />

rettangolari: a tal fine nella zona di<br />

montata si immette un nastro di carta che viene<br />

premuto sulla schiuma a mezzo di un adatto dispositivo.<br />

Il risultato è un blocco con sezione pressoché<br />

rettangolare.<br />

Il quoziente fra lunghezza della zona di compressione<br />

e velocità del trasportatore è paragonabile al<br />

tempo di permanenza nello stampo del procedimento<br />

discontinuo: rispetto ad esso, nella produzione<br />

in continuo sono possibili tempi di permanenza<br />

di gran lunga inferiori. Grazie ai brevi percorsi<br />

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Issue 2004-09-15<br />

che la miscela di reazione deve coprire, è possibile<br />

scegliere qui materiali con tempo di crema e di filo<br />

più brevi che assicurano una più veloce reticolazione.<br />

I blocchi presentano normalmente una larghezza di<br />

1,00 - 1,50 m, un'altezza di 40 - 100 cm e una densità<br />

di 30 - 200 kg/m³, per lunghezze del nastro di<br />

15 m circa e velocità di 2 - 7 m/min.<br />

Nella produzione in continuo di espanso in blocco<br />

occorre prestare attenzione in particolare all'angolo<br />

di inclinazione φ che la miscela in fase di montata<br />

può assumere rispetto all'orizzontale. È necessario<br />

regolare fra loro la portata A, la larghezza del blocco<br />

B, la densità D, l'altezza del blocco H e la velocità<br />

VN in modo che abbia origine uno stato stazionario:<br />

vale a dire, in modo che j resti costante e la<br />

posizione della linea di schiumatura si mantenga<br />

stabile. Aumentando l'inclinazione dell'angolo a del<br />

nastro è possibile produrre blocchi di maggiore<br />

altezza, tuttavia occorre assicurarsi che sotto la<br />

miscela in montata non si formi un flusso di miscela<br />

liquida.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 25: Linea di schiumatura nella produzione in continuo di blocchi<br />

4.4 <strong>Produzione</strong> di lastre di espanso <strong>PUR</strong> con<br />

strati di copertura (lastre isolanti, elementi<br />

compositi)<br />

La produzione di pannelli per costruzioni edili costituiti<br />

da espanso <strong>rigido</strong> <strong>poliuretanico</strong> con strati di<br />

copertura formati da differenti materiali rappresenta<br />

una tecnica molto razionale ed economica.<br />

Impiegando su entrambi i lati coperture rigide di<br />

materiale, si ottengono in un'unica operazione pannelli<br />

a sandwich che congiungono basso peso con<br />

elevata rigidità ed eccellente potere isolante (cfr.<br />

Informazione tecnica N° 9/1999 "Importance and<br />

usage of polyurethane metal faced panels in industrial<br />

buildings" [5]). Utilizzando coperture impermeabili<br />

alla diffusione è possibile mantenere invariata<br />

l'elevata conducibilità termica iniziale <strong>dell'espanso</strong>,<br />

realizzando in tal modo elementi a sandwich<br />

con copertura in metallo dotati di potere termoisolante<br />

ottimale.<br />

Le possibilità di combinazione degli espansi rigidi<br />

<strong>PUR</strong> con differenti strati di copertura sono molteplici<br />

e vanno dalle lastre isolanti rivestite con carta ai<br />

pregiati elementi per magazzini di raffreddamento<br />

ad elevato potere isolante con un nucleo in espanso<br />

il cui spessore giunge fino a 24 cm e strati di<br />

copertura in lamiera di metallo profilata ed esente<br />

da distorsioni.<br />

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Oltre a queste esistono molte altre possibilità di<br />

combinazione <strong>dell'espanso</strong> con strati flessibili da un<br />

lato e strati rigidi dall'altro. In questo caso, tuttavia,<br />

è necessario tener conto del pericolo di distorsione<br />

dei pannelli a causa dell'asimmetria di struttura.<br />

Per la produzione di pannelli per il settore delle<br />

costruzioni è stata sviluppata una serie di procedimenti<br />

in continuo e in discontinuo che a seconda<br />

del tipo desiderato e della capacità prevista assicurano<br />

di volta in volta la produzione più razionale ed<br />

economica sotto l'aspetto tecnico.<br />

4.4.1 <strong>Produzione</strong> in continuo di lastre isolanti e<br />

pannelli a sandwich <strong>PUR</strong><br />

Per la produzione su grande scala di pannelli di<br />

espanso forniti di strati di copertura si utilizzano<br />

impianti a doppio traino, che si comportano come<br />

uno stampo contentivo che si muove in modo sincrono.<br />

Gli impianti sono formati da due nastri trasportatori<br />

continui situati uno sull'altro in posizione<br />

orizzontale e ad una distanza regolabile in rapporto<br />

allo spessore richiesto per l'elemento da produrre. I<br />

trasportatori, che devono poter assorbire una certa<br />

pressione, scorrono in direzione opposta l'uno all'altro.<br />

La distanza dei punti di inversione corrisponde<br />

ad almeno 10 m, per cui si ha una zona di compressione<br />

di corrispondente lunghezza. Questa<br />

zona è fornita normalmente di riscaldamento a circolazione<br />

d'aria calda.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 26: Rappresentazione schematica di un impianto a doppio traino con strati di copertura flessibili (sopra) e<br />

rigidi (sotto)<br />

Gli strati di copertura - carta, film, feltro, lamiera -<br />

vengono svolti da rotoli e introdotti nello spazio<br />

compreso fra i nastri trasportatori. Solo raramente<br />

si impiegano strati di copertura rigidi, come truciolati<br />

o lastre di cartongesso. In questi casi essi vengono<br />

prelevati dalla stazione di impilamento e introdotti a<br />

giunzione nell'impianto. Per lo strato superiore occorre<br />

un supporto che svolge nel contempo la funzione<br />

di distanziale. Prima di raggiungere il nastro<br />

trasportatore le lamiere attraversano in generale<br />

una stazione di profilatura.<br />

La miscela di reazione viene applicata sulla superficie<br />

dello strato inferiore prima di entrare nella zona<br />

sotto pressione. Essa deve essere formulata in<br />

modo da montare rapidamente e raggiungere lo<br />

strato superiore già nel tratto iniziale della zona<br />

sotto pressione. A causa della pressione applicata<br />

la lastra composita che sta formandosi viene afferrata<br />

e trascinata insieme ai nastri trasportatori.<br />

Una delimitazione laterale impedisce la fuoruscita<br />

della schiuma dai lati. Il sistema di tenuta deve essere<br />

adattato alle diverse esigenze, in relazione alla<br />

differente conformazione degli elementi ed alle<br />

tecnologie di lavorazione impiegate. Esso costituisce<br />

la delimitazione laterale dello stampo continuo<br />

e può essere realizzato in forma di profilo<br />

fisso, scorrevole nel senso della larghezza (nel<br />

caso di coperture flessibili), o in forma di catena a<br />

barre accoppiata al sistema in movimento (nel caso<br />

di lamiera profilata).<br />

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La velocità di produzione dell'impianto a doppio<br />

traino dipende dalla velocità di indurimento <strong>dell'espanso</strong><br />

e dalla lunghezza della zona sotto pressione.<br />

Attualmente si dispone di sistemi di materie<br />

prime con i quali, ad uno spessore delle lastre di 3<br />

cm, già dopo una permanenza di 1 - 2 min nella<br />

zona di compressione è possibile realizzare lastre<br />

dotate di una rigidità abbastanza elevata da consentire<br />

l'immediata postlavorazione. All'uscita dal<br />

traino il blocco viene tagliato in elementi della lunghezza<br />

voluta.<br />

Oggi si ha la possibilità di produrre pannelli con<br />

spessori variabili da 30 a 240 mm e differenti profilature.<br />

Per assicurare un'elevata rigidità, i pannelli<br />

per tetti presentano di regola una profilatura più<br />

profonda rispetto a quelli per pareti.<br />

La scelta degli strati di copertura è determinata<br />

dalle esigenze d'impiego. Nel caso delle lastre isolanti<br />

per pavimentazioni si utilizzano carte bituminate<br />

e carte kraft sodate colorate in nero. Per l'isolamento<br />

di tetti, come strati di copertura trovano impiego<br />

principalmente carte kraft sodate rivestite con<br />

PE, feltri di vetro rivestiti con PE e feltri minerali. La<br />

necessaria impermeabilità alla diffusione è assicurata<br />

da strati metallici di spessore > 50 µm, ad esempio<br />

foglie di alluminio. Per migliorarne l'adesione,<br />

questi possono essere rivestiti, fra l'altro, con<br />

carta, polietilene o un primer di ancoraggio. Nella<br />

scelta degli strati di copertura si deve tener conto<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


dei requisiti eventualmente richiesti al comportamento<br />

di estinguenza dei pannelli isolanti.<br />

Nella maggior parte dei casi le coperture degli elementi<br />

per tetti e pareti sono formate da lamiera di<br />

acciaio o di alluminio profilata e verniciata. A causa<br />

della profilatura è necessario prestare particolare<br />

attenzione all'uniforme distribuzione della miscela di<br />

reazione. Inoltre le lastre profilate possono venire<br />

introdotte solo con un angolo relativamente piccolo<br />

nel traino, per cui viene limitata anche l'altezza<br />

consentita per dispositivo di distribuzione della<br />

miscela.<br />

La qualità della superficie della lamiera e della vernice<br />

applicata ha un influsso decisivo sull'accoppiamento<br />

e sulla qualità superficiale del pannello<br />

realizzato e se non è abbastanza elevata può provocare<br />

un'insufficiente adesione e difetti della struttura<br />

<strong>dell'espanso</strong> (cfr. Informazione tecnica N°<br />

7/1998 "Influssi esercitati da vernici di diverso tipo<br />

applicate sul retro di coperture in acciaio" [6]). Mediante<br />

un trattamento corona delle superfici delle<br />

coperture poste a contatto con l'espanso è spesso<br />

possibile prevenire questi problemi. (Fornitore di<br />

apparecchi per il trattamento corona: società<br />

Fig. 27: Applicazione mediante iniezione o colata della miscela in forma di strisce<br />

La testa di miscelazione si muove ad una velocità<br />

Vm compresa fra 50 e 150 corse/min. La lunghezza<br />

l del getto di iniezione, o la lunghezza del film di<br />

colata che può essere generato da un tubo forato in<br />

più punti, può giungere a 30 cm. Tenuto conto dell'esigenza<br />

di doppia sovrapposizione e per una<br />

larghezza B del nastro si può dedurre per la velocità<br />

del nastro VN il seguente valore limite:<br />

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File No.: PU21012-0409 it<br />

Issue 2004-09-15<br />

Agrodyn Hochspannungstechnik GmbH, Bisamweg<br />

10, D-33803 Steinhagen, fax: +49 (5204) 92 10 33).<br />

È superfluo aggiungere che le superfici da trattare<br />

devono essere pulite ed esenti da polvere e grasso.<br />

Una regolazione termica uniforme (riscaldamento)<br />

della superficie delle coperture in lamiera è molto<br />

importante ed influenza fortemente la formazione<br />

della schiuma. Nella zona di applicazione la temperatura<br />

dovrebbe essere di 35 - 40 °C circa.<br />

Applicazione della miscela di reazione<br />

La miscela reagente distribuita sulla copertura inferiore<br />

si espande fino a raggiungere un volume 40<br />

volte superiore allo spessore dello strato applicato;<br />

è molto importante ch'essa venga distribuita omogeneamente,<br />

in particolare su laminati piani e sottili.<br />

Per raggiungere questo obiettivo si dispone di diversi<br />

metodi. Il sistema più diffuso, per il facile maneggio<br />

e l'ampiezza di variazione, consiste nell'applicare<br />

la miscela in forma di linea oscillante per<br />

tutta la larghezza della lastra. A questo fine, ad<br />

esempio, si muove in qua e in là una testa di miscelazione<br />

perpendicolarmente alla direzione di corsa<br />

del trasportatore. La miscela viene colata o iniettata<br />

in modo da formare delle strisce sul piano inferiore.<br />

I<br />

x V<br />

2B<br />

VN m =<br />

equazione 6<br />

Dall'equazione 6 e presupponendo una velocità Vm<br />

di 150 m/min, una lunghezza l = 0,3 m e larghezza<br />

B = 1 m si ottiene la seguente velocità massima del<br />

nastro trasportatore:<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


VN mass<br />

0,<br />

3 x 150<br />

= =<br />

2 x 1<br />

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File No.: PU21012-0409 it<br />

Issue 2004-09-15<br />

22,<br />

5<br />

m / min.<br />

Le velocità di trasporto dipendono dallo spessore<br />

delle lastre e dalla lunghezza della zona sotto pressione<br />

e sono comprese fra 2 e 12 m/min. In alcuni<br />

casi speciali possono giungere fino a 20 m/min.<br />

A velocità più elevate non è possibile effettuare<br />

l'applicazione col sistema oscillante. In questi casi<br />

ci si serve di teste di miscelazione in posizione<br />

stazionaria ed eventualmente di speciali tecniche di<br />

distribuzione.<br />

Linea di schiumatura<br />

Osservando l'impianto dal lato, è possibile riconoscere<br />

la linea di schiumatura della miscela reagente.<br />

Lo stato stazionario necessario per ottenere risultati<br />

riproducibili si può considerare raggiunto quando la<br />

linea di schiumatura mantiene la sua posizione<br />

rispetto all'ambiente circostante: a questo fine è<br />

necessario regolare fra loro l'andamento della reazione<br />

e la velocità di trasporto.<br />

Fig. 28: Rappresentazione schematica della linea di<br />

schiumatura della miscela di reazione in un impianto<br />

a doppio traino<br />

La potenzialità della schiumatrice nonché la larghezza<br />

e l'altezza del doppio laminato sono parametri<br />

fissi. Teoricamente la velocità del traino dovrebbe<br />

essere regolata in modo che il materiale in<br />

montata raggiunga lo strato superiore senza esercitare<br />

alcuna pressione.<br />

In realtà una possibilità del genere non è data: lo<br />

spazio compreso fra i due strati di copertura deve<br />

venire riempito completamente con la schiuma, e a<br />

tal fine è necessaria una certa pressione che viene<br />

assorbita dalla miscela senza che si verifichino<br />

deviazioni in senso contrario alla direzione di moto.<br />

Una deviazione del genere porterebbe a "turbolenze".<br />

Una leggera turbolenza ha come conseguenza<br />

un livellamento della superficie della schiuma,<br />

leggermente ondulata, inoltre previene la formazione<br />

di bolle o inglobamenti d'aria sotto lo strato<br />

superiore. Una forte turbolenza causa notevoli<br />

svantaggi, perché la schiumatura della miscela<br />

viene fortemente disturbata dall'attrito che ne deriva.<br />

Le celle verrebbero stirate nella direzione di<br />

moto, il che pregiudicherebbe la resistenza alla<br />

compressione ed alla trazione nel senso dello<br />

spessore. Inoltre nelle lastre potrebbero formarsi<br />

fessure verticali.<br />

Fig. 29: Rappresentazione schematica del fenomeno<br />

di "turbolenza"<br />

Per questa ragione durante la produzione è importante<br />

osservare con l'ausilio di lampade o di apparecchi<br />

ottici la linea di schiumatura nel tunnel del<br />

traino.<br />

Il tempo di contatto, cioè il tempo occorrente alla<br />

schiuma per raggiungere la copertura superiore,<br />

viene determinato posando prima dell'applicazione<br />

della miscela un dado di espanso sul piano inferiore.<br />

Appena la miscela bagna il dado di espanso si<br />

fa scattare il cronometro e si misura il tempo che<br />

intercorre fino al momento in cui il dado viene a<br />

contatto con il piano superiore. Esso dovrebbe essere<br />

inferiore di 3 - 5 s al tempo di filo.<br />

Con l'ausilio di dispositivi di regolazione termica è<br />

possibile influenzare l'andamento della linea di<br />

schiumatura e con ciò la velocità di produzione, ma<br />

anche la distribuzione della densità. La temperatura<br />

delle materie prime, della zona di applicazione,<br />

degli strati di copertura nonché dei nastri trasportatori<br />

deve restare costante, al fine di mantenere uno<br />

stato stazionario.<br />

Di norma le temperature dei componenti corrispondono<br />

a 20 °C e le temperature del traino a 35 - 45<br />

°C; la temperatura della zona di applicazione viene<br />

regolata all'occorrenza intorno a 25 - 30 °C. Per la<br />

produzione di accoppiamenti con metallo è necessario<br />

preriscaldare la lamiera metallica in modo che<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


nella zona di applicazione presenti una temperatura<br />

di 35 - 40 °C.<br />

Zona di indurimento<br />

Nella maggior parte dei casi è necessaria solo una<br />

pressione molto debole per conferire alla miscela<br />

che sta espandendosi lo spessore o la forma desiderata,<br />

perché essa non deve avere ancora fatto<br />

"presa" quando raggiunge lo strato di copertura<br />

superiore. Tuttavia il tunnel dove scorre il nastro va<br />

progettato in modo da presentare una sovrappressione<br />

interna di 0,5 bar, qualora sia prevista la produzione<br />

di lastre isolanti con densità comprese<br />

entro il consueto intervallo da 30 a 50 kg/m3. Questa<br />

pressione interna non è di natura puramente<br />

idrostatica, ma corrisponde alla differenza fra le<br />

forze di espansione, come la pressione del gas e la<br />

dilatazione termica, e le forze che tengono unito<br />

l'espanso che sta formandosi. Col procedere della<br />

reticolazione, e più tardi anche in seguito al raffreddamento,<br />

queste ultime crescono di continuo, per<br />

cui la differenza dei due tipi di forze diventa trascurabile<br />

e l'espanso può lasciare la zona sotto pressione<br />

del doppio trasportatore.<br />

Come si verifica nella schiumatura in stampo, la<br />

stabilità di forma del manufatto finito costituisce in<br />

ultima analisi il criterio per fissare il tempo di permanenza<br />

- qui nello stampo "mobile". La reattività<br />

del sistema può essere molto elevata, grazie ai<br />

brevi percorsi che la miscela deve coprire: con<br />

lastre dello spessore di 3 cm sono possibili tempi di<br />

permanenza di un solo minuto.<br />

Zona di raffreddamento<br />

Dopo aver lasciato la zona di raffreddamento le<br />

lastre/i pannelli vengono tagliati a sega in elementi<br />

della lunghezza desiderata. Nel successivo impilamento<br />

occorre evitare un accumulo di calore che<br />

potrebbe causare numerosi difetti quali ondulazioni<br />

della superficie, deformazioni come i cosiddetti<br />

"spanciamenti", fessurazioni e cambiamenti di colore<br />

del nucleo. Se si manifestano questi fenomeni, è<br />

necessario raffreddare le lastre/i pannelli prima di<br />

impilarli. Per ridurre l'ingombro, è possibile impiegare<br />

un'attrezzatura nella quale questi manufatti vengono<br />

posti l'uno contro l'altro su fenditure, e provvedere<br />

al raffreddamento mediante circolazione<br />

d'aria; la durata dell'operazione va determinata<br />

empiricamente.<br />

Page 31 of 41<br />

File No.: PU21012-0409 it<br />

Issue 2004-09-15<br />

Fig. 30: Impianto a doppio traino Contimat della<br />

società Hennecke<br />

4.4.2 <strong>Produzione</strong> in discontinuo di elementi<br />

compositi<br />

Mentre il processo descritto, di produzione in continuo<br />

di elementi compositi in un impianto a doppio<br />

traino, è idoneo soprattutto per grandi serie, negli<br />

altri casi, come la produzione di piccole serie e di<br />

elementi di grande spessore, o quando sussiste la<br />

necessità di accoppiare telai o elementi di fissaggio<br />

in fase di schiumatura, si prestano meglio i procedimenti<br />

in discontinuo.<br />

In questi casi, come stampi contentivi si impiegano<br />

semplici stampi o unità a cerniera, che sono in grado<br />

di assorbire pressioni relativamente elevate,<br />

come ad esempio presse (anche presse a più piani).<br />

Gli interessati possono rivolgersi ai seguenti<br />

fornitori di dispositivi contentivi e presse:<br />

Hennecke GmbH<br />

Polyurethan Technology<br />

Birlinghovener Str. 30<br />

53754 Sankt Augustin (Birlinghoven)<br />

Tel.: (+49) 22 41 3 39-0<br />

Fax: (+49) 22 41 3 39-2 04<br />

E-Mail: hennecke@hennecke.com<br />

www.hennecke.com<br />

Dieffenbacher GmbH & Co.<br />

Heilbronner Straße<br />

75031 Eppingen<br />

Tel.: (+49) 72 62 65-0<br />

Fax: (+49) 72 62 65-2 97<br />

E-Mail: dse@dieffenbacher.de<br />

www.dieffenbacher.de<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Makron Oy<br />

Norokatu 5<br />

FIN-15201 Lahti<br />

Tel.: (+3 58) 3 81 23 12<br />

Fax: (+3 58) 3 7 33 12 99<br />

www.makron.fi<br />

Manni S.p.A.<br />

Via Campione, 11<br />

S. Biagio di Bagnolo S. Vito (MN)<br />

Italien<br />

Tel.: (+39) 03 76 41 50 41<br />

Fax: (+39) 03 76 41 52 64<br />

E-Mail: info@mannipresse.it<br />

www.mannipresse.it<br />

Siempelkamp GmbH & Co<br />

Siempelkampstr. 75<br />

47803 Krefeld<br />

Tel.: (+49) 21 51 92-30<br />

Fax: (+49) 21 51 92-5360<br />

E-Mail: info@siempelkamp.com<br />

www.siempelkamp.com<br />

Gli strati di copertura ed eventualmente anche le<br />

intelaiature dovrebbero venire inseriti orizzontalmente<br />

in stampi contentivi (presse) riscaldabili. Se<br />

l'intelaiatura non fa parte dell'elemento ma dello<br />

stampo (per la compensazione della pressione<br />

della schiuma che agisce sui lati), essa deve venire<br />

trattata in precedenza con un distaccante, ad<br />

esempio a base di cera, qualora venga direttamente<br />

a contatto con la schiuma.<br />

Nella chiusura dello stampo contentivo gli strati di<br />

copertura dovrebbero mantenere una certa libertà<br />

di movimento, per poter scansarsi verso i lati qualora<br />

si verifichi un allungamento dovuto alla dilatazione<br />

termica. Ciò si può ottenere ad esempio praticando<br />

un gradino nell'intelaiatura. Inoltre si dovrebbe<br />

ridurre la tendenza all'infossamento dello strato<br />

superiore in posizione orizzontale con l'impiego di<br />

distanziali (ad esempio blocchetti di espanso). Con<br />

questo provvedimento è possibile prevenire tensionamenti<br />

negli strati di copertura, che potrebbero<br />

condurre alla formazione di bolle, ed evitare ondulazioni<br />

in superficie. Però i distanziali possono ostacolare<br />

la schiumatura indisturbata della miscela<br />

reagente. Di conseguenza è necessario determinare<br />

con molta cura la loro posizione e il loro numero.<br />

È vantaggioso fissare lo strato superiore di copertura<br />

al dispositivo contentivo (pressa) mediante depressione.<br />

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La miscela di reazione viene introdotta nella cavità<br />

compresa fra gli strati di copertura e l'intelaiatura<br />

dove si espande e riempie la cavità espellendo<br />

l'aria. Gli accorgimenti da osservare sono descritti<br />

al capitolo 3 ("Regole generali per la produzione di<br />

espansi rigidi <strong>PUR</strong>").<br />

Di norma la miscela liquida viene introdotta attraverso<br />

l'intelaiatura, che deve essere fornita di fori di<br />

riempimento e di sfiato. L'apertura di riempimento (il<br />

cui diametro corrisponde alle dimensioni del tubo di<br />

alimentazione) nonché i fori di sfiato (del diametro<br />

di 2 - 5 mm) vengono praticati nell'intelaiatura in<br />

senso orizzontale o verticale a seconda della posizione<br />

di riempimento. Le aperture di riempimento<br />

devono essere posizionate in modo da sovrastare<br />

l'altezza presunta per il livello del liquido.<br />

In casi più rari la miscela di reazione viene colata,<br />

tenendo lo stampo aperto, sullo strato di copertura<br />

inferiore posto entro un'intelaiatura. L'unità viene<br />

quindi chiusa, applicando nello stesso tempo lo<br />

strato superiore che è fissato mediante depressione<br />

al "coperchio" della stessa.<br />

L'ermetizzazione fra intelaiatura e strati di copertura<br />

va eseguita con cura, accertandosi che la miscela<br />

non possa fuoriuscire in corrispondenza delle giunture.<br />

Nella pratica si sono affermati speciali profili o<br />

strati di copertura smussati, che vengono premuti<br />

uno contro l'altro dalla pressione di schiumatura,<br />

impedendo la fuoruscita di liquido o schiuma.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 31: Esempi di strutture ed accoppiamenti di lastre<br />

Una forte fuoruscita di schiuma dai fori di sfiato può<br />

condurre a un notevole peggioramento della qualità<br />

<strong>dell'espanso</strong>, con conseguenze come orientamento<br />

delle celle e consistenti inglobamenti di gas. Per<br />

evitare tale inconveniente si possono posporre ai<br />

fori tessuti permeabili ai gas o espansi flessibili.<br />

Occorre evitare lunghi percorsi di scorrimento della<br />

miscela in fase di schiumatura, per non pregiudicare<br />

le caratteristiche <strong>dell'espanso</strong> e per non essere<br />

costretti a regolare la densità su valori elevati al fine<br />

di assicurare un sufficiente addensamento. Si ottengono<br />

percorsi brevi mediante<br />

• impiego di un tubo di riempimento<br />

• distribuzione preliminare della miscela di<br />

reazione<br />

• ottimizzazione della posizione di riempimento.<br />

Mediante la scelta di un'adatta tecnica di alimentazione<br />

e di un'adatta posizione di riempimento nonché<br />

mediante il corretto posizionamento dei fori di<br />

sfiato è possibile evitare inglobamenti di aria nella<br />

schiuma durante la montata.<br />

Per la produzione di elementi compositi hanno fornito<br />

buoni risultati diverse tecniche di alimentazione<br />

e differenti posizioni dello stampo:<br />

Tecnica a iniezione unica<br />

La miscela di reazione può venire introdotta con<br />

una sola iniezione attraverso un foro di riempimento.<br />

Nel caso di elementi con geometrie molto lunghe<br />

e sottili può essere vantaggioso posizionare il foro<br />

sul lato frontale.<br />

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Tecnica a iniezione multipla<br />

Nella produzione di elementi compositi con una<br />

lunghezza superiore a 6 m spesso si introduce la<br />

miscela in tempi successivi attraverso fori praticati<br />

sul lato longitudinale. A causa della lunga durata<br />

dell'operazione, è inevitabile che la miscela iniettata<br />

per prima sia già in gran parte espansa quando la<br />

miscela introdotta per ultima comincia a montare.<br />

Ciò porta a difetti dovuti a turbolenze, formazione di<br />

bolle sotto gli strati di copertura, insufficiente stabilità<br />

dimensionale <strong>dell'espanso</strong>, ecc. Nella seguente<br />

figura si evidenzia l'andamento della schiumatura in<br />

vista verticale (posizione orizzontale della schiuma)<br />

poco prima del riempimento della cavità nella tecnica<br />

di iniezione tripla.<br />

Fig. 32: Rappresentazione schematica della distribuzione<br />

della miscela di reazione nella tecnica multipla<br />

dopo la terza iniezione (40 s dopo la prima<br />

iniezione)<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 33: Rappresentazione schematica della turbolenza della miscela in fase di montata nella tecnica di iniezione<br />

multipla (80 s dopo la prima iniezione)<br />

È possibile ovviare a questi problemi suddividendo<br />

la cavità in diversi scomparti mediante tramezze e<br />

riempiendoli separatamente. Le tramezze possono<br />

essere formate ad es. da strisce di espanso <strong>rigido</strong> e<br />

devono essere saldamente fissate per non spostarsi<br />

sotto la pressione della schiuma. Uno svantaggio<br />

del sistema è costituito dal fatto che le tramezze si<br />

delineano in maniera visibile sotto gli strati di copertura.<br />

Gli svantaggi di questa tecnica di iniezione possono<br />

essere evitati con l'impiego della tecnologia Vario-<br />

Cast sviluppata dalla Bayer AG e realizzata dalla<br />

Hennecke GmbH, che offre vantaggi anche nelle<br />

tecniche di riempimento cosiddette a lancia, ad<br />

estrazione e a rastrello.<br />

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Fig. 34: Tecniche di riempimento nella produzione<br />

discontinua di elementi compositi con nucleo in<br />

espanso <strong>rigido</strong> <strong>PUR</strong><br />

Tecnica di riempimento a lancia<br />

Alla testa di miscelazione viene annesso un tubo di<br />

efflusso la cui lunghezza corrisponde a 2/3 della<br />

lunghezza dell'elemento da produrre. Il foro di<br />

riempimento è collocato sul lato frontale. Durante il<br />

riempimento la lancia viene ritirata lentamente dallo<br />

stampo.<br />

Tecnica di riempimento con estrazione della<br />

testa<br />

Il sistema di riempimento è quello della tecnica a<br />

lancia, con la differenza che qui all'inizio l'intera<br />

testa di miscelazione si trova nello stampo e viene<br />

gradualmente estratta durante il riempimento; in<br />

questo caso è necessario disporre di una testa di<br />

miscelazione di dimensioni adeguatamente ridotte.<br />

Tecnica di colata a rastrello<br />

Il riempimento viene effettuato con un rastrello di<br />

colata che si muove sullo stampo aperto. Per l'impiego<br />

di questa tecnica occorre disporre di una<br />

pressa con coperchio a cerniera che si chiude immediatamente<br />

al termine dell'operazione. L'impianto<br />

di schiumatura Panel Foamer offerto dalla Hennecke<br />

GmbH è attrezzato con tubi o rastrelli di colata.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 35: Impianto di schiumatura Panel Foamer<br />

Posizioni dello stampo:<br />

orizzontale: idonea per tutte le tecniche di riempimento<br />

descritte,<br />

verticale: come sopra, ad esclusione della<br />

colata a rastrello<br />

inclinata: utilizzata solo nella tecnica ad iniezione<br />

unica e multipla<br />

Gli stampi contentivi o le presse e le rispettive chiusure<br />

vanno progettati in modo da permettere una<br />

deformazione ammissibile sotto le rispettive pressioni<br />

di schiumatura.<br />

Fig. 36: Linea di produzione a funzionamento<br />

discontinuo (pressa a più piani) per pannelli a<br />

sandwich<br />

4.5 Espanso in loco <strong>PUR</strong><br />

L'espanso in loco <strong>PUR</strong> viene prodotto direttamente<br />

sul posto di lavoro con i procedimenti a colata (generalmente<br />

multistrato) e a spruzzo, per cui è sottoposto<br />

a molti influssi. Nell'applicazione della<br />

schiuma su tetti piani, muri di edifici e serbatoi di<br />

magazzinaggio si deve pertanto tener conto, fra<br />

l'altro, delle inevitabili forti oscillazioni di temperatura<br />

e umidità atmosferica. Il principale vantaggio di<br />

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questa tecnologia è costituito dal fatto che è sufficiente<br />

trasportare sul posto di lavoro le materie<br />

prime e la schiumatrice, di scarso ingombro, invece<br />

di voluminosi elementi espansi. Inoltre con questo<br />

sistema è possibile ricoprire con strati di espanso<br />

relativamente uniformi anche superfici di configurazione<br />

complessa.<br />

4.5.1 Applicazione a spruzzo<br />

La miscela di reazione formata dai due componenti,<br />

poliolo (con tutti gli additivi, espandenti compresi) e<br />

poliisocianato, viene prodotta in prevalenza con<br />

macchine ad alta pressione e applicata senza apporto<br />

d'aria compressa. Le macchine sono trasportabili<br />

e fornite di lunghi tubi di alimentazione collegati<br />

alla testa di miscelazione. I tubi sono incamiciati<br />

con dispositivi di regolazione termica. La testa è<br />

integrata a una pistola di spruzzo che permette di<br />

avviare o porre termine all'operazione.<br />

Alla miscela viene aggiunto un adatto attivatore che<br />

ha il compito di accelerare i tempi di reazione e di<br />

indurimento <strong>dell'espanso</strong>. La miscela applicata sulla<br />

superficie da rivestire schiuma spontaneamente<br />

formando uno strato termoisolante. La reattività può<br />

essere regolata in modo che la miscela non coli<br />

neppure se viene applicata su superfici verticali o<br />

sopra la testa. All'operatore è richiesta la stessa<br />

abilità che è necessaria ad esempio per l'applicazione<br />

di vernici a spruzzo.<br />

Fig. 37: Coibentazione ed impermeabilizzazione di<br />

una superficie in un'unica operazione<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Già più di una volta si è accennato alla dipendenza<br />

della temperatura del processo di schiumatura.<br />

Nell'applicazione a spruzzo occorre prestare particolare<br />

attenzione alla temperatura delle materie<br />

prime e della superficie da ricoprire: poiché viene<br />

applicato solo uno strato molto sottile, dello spessore<br />

di circa 1 mm, sulle superfici fredde la miscela si<br />

raffredda molto rapidamente. Le conseguenze sono<br />

colature su superfici inclinate, cambiamenti della<br />

struttura cellulare e infragilimento <strong>dell'espanso</strong>. A<br />

questi problemi non è sempre possibile rimediare<br />

mediante un riscaldamento della miscela o un<br />

aumento della quantità di attivatore: se il tempo di<br />

crema è troppo breve, la miscela comincia a reagire<br />

già nell'aria e non può più distribuirsi uniformemente.<br />

Il risultato è una superficie di struttura granulare.<br />

A seconda del calore specifico e della conducibilità<br />

termica, la superficie da rivestire dovrebbe presentare<br />

una temperatura non inferiore ai 15 °C; inoltre<br />

deve essere asciutta, perché in caso contrario il<br />

poliisocianato reagirebbe con l'acqua formando un<br />

espanso con struttura cellulare grossolana e scarsa<br />

adesione al supporto. L'adesione viene pregiudicata<br />

anche se le superfici non sono pulite ed esenti da<br />

olio e polvere. Le superfici metalliche devono venire<br />

previamente protette dalla corrosione. Effettuando<br />

l'applicazione all'aperto, occorre accertarsi che<br />

l'umidità atmosferica non sia troppo elevata (< 70<br />

%) e che la miscela non venga trasportata dal vento<br />

sulle superfici che non vanno trattate. Di aiuto sono<br />

qui teloni protettivi. Nel contesto vogliamo richiamare<br />

l'attenzione in particolare sul fatto che nell'applicazione<br />

a spruzzo si sviluppano quantità relativamente<br />

elevate sia di vapori di PMDI che di nebbie<br />

(aerosoli) di miscela poliuretanica. Per questa ragione<br />

sono necessari efficienti dispositivi di aspirazione<br />

ed equipaggiamenti di protezione delle vie<br />

respiratorie, di preferenza respiratori ad alimentazione<br />

d'aria autonoma, perché i respiratori a filtri<br />

possono venire intasati dalla schiuma.<br />

Nell'applicazione all'esterno si ottengono nella<br />

maggior parte dei casi strati di espanso dello spessore<br />

di circa 1,5 cm con densità comprese fra 35 e<br />

70 kg/m³. Per ottenere spessori più elevati si effettuano<br />

applicazioni ripetute di materiale, tuttavia in<br />

questo caso occorre tener presente che la densità<br />

degli strati superiori di espanso diminuisce, a causa<br />

della più elevata temperatura del substrato. In seguito<br />

alla sottrazione di calore, sulle superfici libere<br />

<strong>dell'espanso</strong> si forma uno strato a più elevata densità,<br />

la "pelle di espanso". Nell'applicazione multistrato<br />

è necessario assicurarsi che la pelle formatasi<br />

si congiunga perfettamente con lo strato successivo.<br />

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Attrezzature per l'applicazione a spruzzo di espansi<br />

vengono fornite dalle seguenti società:<br />

Gusmer Europe S.A.<br />

Sector Industrial Masia d'en Barreres<br />

Rambla Torre de l'Onclet, 7<br />

Apartado Correos no 203<br />

08800 Vilanova i la Geltrú, Barcelona<br />

Tel.: (+34-93) 8 11 53 00<br />

Fax: (+34-93) 8 93 96 00<br />

E-Mail: info@gusmer-europe.com<br />

www.gusmer-europe.com<br />

Isotherm AG<br />

Industriestraße 6<br />

CH-3661 Uetendorf<br />

Tel.: (+41-33) 3 46 02 02<br />

Fax: (+41-33) 3 46 02 09<br />

E-Mail: isotherm@isotherm.ch<br />

www.isotherm.ch<br />

4.5.2 Sovrapposizione di strati<br />

La tecnica multistrato è un metodo di uso diffuso<br />

per la produzione <strong>dell'espanso</strong> in loco e trova applicazione<br />

per il trattamento di cavità che non possono<br />

venire riempite in un'unica operazione con la<br />

schiuma, perché la capacità della schiumatrice è<br />

limitata e la pressione della schiuma non può venire<br />

compensata.<br />

Nella tecnica multistrato la miscela reagente viene<br />

colata a più riprese nella cavità aperta in alto. La<br />

bassa pressione generata viene assorbita da una<br />

spessa cassaforma che non necessita di un ulteriore<br />

dispositivo di contenimento.<br />

Dopo la produzione di diversi strati di espanso la<br />

cassaforma può essere spostata verso l'alto; contemporaneamente<br />

è possibile installare il mantello<br />

di lamiera spesso impiegato a protezione <strong>dell'espanso</strong>,<br />

ad esempio nel caso di contenitori per materie<br />

prime.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Fig. 38: Sovrapposizione di strati con il metodo a<br />

colata<br />

Come è già stato detto nel capitolo sull'applicazione<br />

a spruzzo, anche nel caso della tecnica multistrato<br />

le temperature delle superfici non dovrebbero essere<br />

inferiori a 15 °C. Per gli oggetti in metallo è sempre<br />

consigliabile un trattamento preliminare della<br />

superficie con un fondo anticorrosivo. Durante i<br />

lavori di isolamento l'umidità va evitata. È importante<br />

che la miscela venga applicata in modo uniforme:<br />

già piccole irregolarità dei primi strati possono riflettersi<br />

negativamente sulla struttura degli strati successivi.<br />

Infatti anche una miscela applicata uniformemente<br />

su una superficie non piana scorre, prima<br />

dell'inizio della schiumatura, nelle zone poste a<br />

maggiore profondità, portando localmente alla formazione<br />

di uno strato di espanso eccessivamente<br />

elevato. Di conseguenza possono aver origine cavità.<br />

A questo effetto indesiderato è possibile rimediare<br />

in gran parte riducendo la durata del tempo di<br />

crema: la consistenza cremosa impedisce alla miscela<br />

di scorrere e raccogliersi negli avvallamenti.<br />

Per non pregiudicare la resistenza e la stabilità di<br />

forma <strong>dell'espanso</strong> occorre limitare ad un massimo<br />

di circa 20 cm l'altezza dei singoli strati. L'applicazione<br />

dei singoli strati va effettuata ad intervalli<br />

della durata da 10 a 30 minuti; ad intervalli più lunghi<br />

peggiora l'adesione intermedia fra gli strati. La<br />

sovrapposizione di elementi di espanso lavorato<br />

meccanicamente (ad es. livellato con sega o pialla)<br />

può peggiorare l'attacco fra i singoli strati (emissioni<br />

di gas dalle celle tagliate).<br />

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La lamiera di acciaio zincata usata per rivestimenti<br />

va previamente trattata per migliorare l'adesione<br />

all'espanso. A questo scopo è possibile, ad esempio,<br />

applicare sulla lamiera un wash primer contenente<br />

acido fosforico, ricoprendolo successivamente<br />

con una vernice adatta.<br />

Lo spessore complessivo dell'isolamento è limitato<br />

di regola a 150 mm, non solo in considerazione<br />

della potenzialità della schiumatrice, ma anche a<br />

causa delle difficoltà che abbiamo descritto, di realizzare<br />

strati uniformi.<br />

Fig. 39: Difetti nell'applicazione di strati sovrapposti<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


4.5.3 Espanso monocomponente<br />

Il materiale di base per la produzione di espansi<br />

monocomponenti <strong>PUR</strong> è una massa reattiva contenente<br />

espandenti che indurisce per azione dell'umidità<br />

dell'aria e si presta molto bene per numerosi<br />

impieghi, come isolamenti, incollaggi e impermeabilizzazioni,<br />

nonché per il riempimento di cavità e il<br />

montaggio.<br />

Questa massa reattiva è composta da un prepolimero,<br />

prodotto combinando un poliolo formulato<br />

con un isocianato, e contenente tutti gli additivi<br />

necessari per la schiumatura (attivatori, stabilizzanti,<br />

ignifughi). La formazione di schiuma si verifica in<br />

seguito all'evaporazione spontanea dell'espandente<br />

sciolto o emulsionato nel prepolimero. L'indurimento<br />

della schiuma ha luogo per effetto della reazione<br />

dei gruppi NCO liberi del prepolimero con l'umidità<br />

ambientale.<br />

Gli espansi monocomponenti vengono impiegati nel<br />

campo edile dall'inizio degli anni ´70. Per i differenti<br />

impieghi sono a disposizione diversi tipi, la maggior<br />

parte dei quali viene utilizzata come espansi per<br />

montaggio e riempimento, ad esempio, per il fissaggio<br />

di intelaiature di porte e finestre e di casse<br />

per avvolgibili nonché per il riempimento di cavità e<br />

aperture passanti di muri a scopo termo e fonoisolante.<br />

5. Controllo della qualità, sicurezza<br />

5.1 Controllo delle condizioni di produzione e<br />

del prodotto finito<br />

I produttori di espansi rigidi <strong>PUR</strong> e PIR hanno diverse<br />

possibilità per raggiungere e mantenere il<br />

livello desiderato di qualità. In ogni caso il presupposto<br />

essenziale è di disporre di un sistema di controllo<br />

che consenta di riconoscere tempestivamente<br />

cambiamenti e disturbi. Per evitare o almeno scoprire<br />

eventuali errori possono essere di aiuto un<br />

sistema di gestione della qualità secondo ISO 9000<br />

e corrispondenti istruzioni per la lavorazione e la<br />

conduzione del processo.<br />

Come è già stato detto, la temperatura delle materie<br />

prime influenza fortemente il decorso della reazione.<br />

Effettuando il magazzinaggio delle materie<br />

prime in ambienti o in contenitori condizionati si ha<br />

la certezza di mantenere sempre per poliisocianato<br />

e poliolo la stessa temperatura di lavorazione (nella<br />

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maggior parte dei casi una temperatura di 20 °C è<br />

risultata ottimale).<br />

Inoltre occorre controllare regolarmente la correttezza<br />

della ricettazione. Impiegando schiumatrici è<br />

necessario verificare le portate delle pompe dei<br />

singoli componenti. Benché gli impianti moderni<br />

dispongano generalmente di misuratori della portata,<br />

è indispensabile controllare le curve di prova. Un<br />

altro punto importante è la sincronia di flusso dei<br />

componenti, che devono giungere nella testa di<br />

miscelazione contemporaneamente e nei rapporti<br />

quantitativi previsti. Per il controllo si cola una striscia<br />

di miscela su un nastro di carta: dopo l'indurimento<br />

<strong>dell'espanso</strong>, da eventuali cambiamenti di<br />

colore si può facilmente accertare se avviando la<br />

macchina un componente giunge troppo presto<br />

nella testa (anticipo di flusso) o dopo il disinnesto<br />

scorre più a lungo degli altri (ritardo di flusso), un<br />

effetto che può manifestarsi in particolare nel caso<br />

delle teste di miscelazione con comando a pressione.<br />

Per controllare la bontà della miscelazione si taglia<br />

il provino in senso trasversale e longitudinale per<br />

verificare l'eventuale presenza di striature.<br />

Se le pompe funzionano correttamente, se il flusso<br />

e il deflusso dei componenti sono ben sincronizzati<br />

e se la miscelazione risulta soddisfacente, si procede<br />

alla schiumatura di un provino (cfr. capitolo 3)<br />

controllando, a confronto con i valori richiesti, i tempi<br />

di crema, di filo, di montata e di indurimento fino<br />

all'assenza di appiccicosità, nonché eventualmente<br />

il tempo di "sfiato".<br />

Il provino indurito viene tagliato per valutare la struttura<br />

e le dimensioni delle celle. Dopo il raffreddamento,<br />

si ritaglia un dado con lati della lunghezza di<br />

10 cm determinandone la densità mediante pesata.<br />

Le prove dovrebbero essere effettuate prima di<br />

iniziare la schiumatura (quindi all'inizio di ogni turno).<br />

Inoltre si consiglia di ripetere il test dopo ogni<br />

pausa prolungata, schiumando un nuovo provino e<br />

controllando eventuali cambiamenti di colore, struttura<br />

e dimensioni delle celle e all'occorrenza la<br />

densità. Verificare regolarmente anche le temperature<br />

ed eventualmente la pressione di lavorazione.<br />

Anche lo stampo va controllato per verificare il funzionamento<br />

delle chiusure, la tenuta ed eventualmente<br />

anche pulizia, temperatura ed applicazione<br />

del distaccante.<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Alimentando la miscela, controllare il funzionamento<br />

delle pompe per accertare se nello stampo viene<br />

introdotta la quantità necessaria. Spesso è possibile<br />

osservare direttamente il processo di schiumatura,<br />

ad esempio nel caso di stampi aperti per la produzione<br />

di blocchi o con trasportatori doppi. Con<br />

stampi chiusi si ha la possibilità di dedurre l'andamento<br />

del processo di riempimento se si osserva la<br />

fuoruscita di espanso dalle aperture di sfiato.<br />

Dopo la sformatura si può accertare se lo stampo è<br />

stato riempito completamente dalla schiuma. Con i<br />

manufatti di dimensioni relativamente piccole è<br />

possibile controllare la quantità introdotta mediante<br />

pesata del pezzo finito (tenendo ovviamente conto<br />

della differenza di spinta ed eventualmente della<br />

perdita di gas).<br />

I controlli descritti qui di seguito richiedono la distruzione<br />

dei pezzi per cui possono essere effettuati<br />

solo su un numero limitato di provini. I test di controllo<br />

vanno eseguiti non prima che siano trascorse<br />

24 ore dall'estrazione dallo stampo.<br />

Prelevare campioni da diverse zone del manufatto<br />

espanso, in particolare da quelle che si sono rivelate<br />

critiche, e controllare la densità nonché la struttura<br />

e le dimensioni delle celle. Nel contesto è importante<br />

che questi provini vengano prelevati nei punti<br />

iniziali e finali del percorso della miscela. A causa<br />

dell'addensamento delle zone marginali, la densità<br />

del nucleo di un espanso è inferiore alla densità<br />

globale, determinata in un altro punto del percorso<br />

di scorrimento. È importante accertarsi che in nessun<br />

punto la densità del nucleo sia inferiore ad un<br />

valore minimo ammesso, che condiziona la stabilità<br />

dimensionale: in dipendenza della struttura e delle<br />

dimensioni delle celle, della presenza di celle aperte,<br />

della ricettazione e del tipo di espandente usato,<br />

alle basse temperature gli espansi possono raggrinzarsi,<br />

o crescere in misura inammissibile alle<br />

temperature elevate. Per questa ragione è necessario<br />

controllare la stabilità dimensionale, esponendo<br />

provini di espanso o interi manufatti all'azione di<br />

temperature, ad esempio tre ore a -30 °C e cinque<br />

ore a +100 °C.<br />

In molti casi è necessario controllare se l'adesione<br />

<strong>dell'espanso</strong> agli strati di copertura è sufficiente.<br />

Poiché la prova oggettiva è laboriosa - essa consiste<br />

nel determinare la resistenza alla trazione trasversale,<br />

ad esempio secondo DIN 53292, per un<br />

rapido controllo sulla linea di produzione occorre<br />

scegliere un sistema più semplice, vale a dire cercare<br />

di staccare con la mano l'espanso dalla coper-<br />

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tura. L'adesione è da considerarsi buona se dopo il<br />

distacco rimangono residui di espanso sulla copertura.<br />

La forza applicata per il distacco viene registrata<br />

e confrontata. Naturalmente si deve tener<br />

presente che si tratta di una prova soggettiva e<br />

comparativa, irrilevante per l'accertamento dell'idoneità<br />

funzionale del composito, a meno che sia<br />

stato dimostrato che un determinato comportamento<br />

è indizio di un'adesione sufficiente.<br />

Nella maggior parte dei casi i controlli qualitativi<br />

descritti permettono di riconoscere tempestivamente<br />

difetti e disturbi ed evitare danni. Nel caso di<br />

speciali applicazioni, come isolamenti per basse<br />

temperature, tubi di teleriscaldamento, pannelli<br />

compositi ed espansi a spruzzo è talora opportuno<br />

effettuare altri controlli specificamente finalizzati ai<br />

requisiti pratici.<br />

Per una rapida valutazione della stabilità dimensionale<br />

di materiale applicato a spruzzo, espanso in<br />

loco, si ottengono risultati attendibili effettuando un<br />

prelievo e una prima misurazione dopo 20 minuti, e<br />

ripetendo la misurazione rispettivamente dopo un'ora<br />

e dopo 24 ore.<br />

Per applicazioni a temperature eccezionalmente<br />

elevate è necessario un collaudo di durata adeguata<br />

alla temperatura d'impiego prevista. Nel caso dei<br />

pannelli compositi occorre fra l'altro verificare planarità,<br />

dilatazione termica e resistenza alla piegatura.<br />

Gli espansi stratificati applicati a spruzzo vanno<br />

controllati per verificare anche l'adesione al supporto<br />

e l'adesione intermedia fra gli strati.<br />

5.2 Polvere di espanso <strong>rigido</strong> <strong>PUR</strong><br />

Nel corso dei successivi trattamenti l'espanso <strong>rigido</strong><br />

<strong>PUR</strong> viene lavorato spesso con seghe, frese e<br />

smerigliatrici. In queste operazioni si formano quantità<br />

considerevoli di polvere. Come molte altre polveri,<br />

anche quella generata dall'espanso <strong>PUR</strong> non<br />

solo è sgradevole per gli addetti ai lavori, ma può<br />

anche arrecare danno ai polmoni e alle vie respiratorie.<br />

Inoltre in miscela con l'aria sussiste il pericolo<br />

di esplosione.<br />

Per evitare fastidi e rischi per la salute dovuti alla<br />

formazione di polvere, si dovrebbero prendere<br />

provvedimenti adeguati:<br />

1. ai singoli posti di lavoro occorre prevedere<br />

un dispositivo di aspirazione sufficiente per<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


eliminare le polveri che si formano durante<br />

la segatura e la smerigliatura;<br />

2. gli addetti ai lavori dovrebbero possibilmente<br />

portare mascherine con filtri adatti;<br />

3. pulire il posto di lavoro con un adatto aspirapolvere<br />

industriale almeno una volta al<br />

giorno, o anche più volte a seconda della<br />

quantità di polvere sviluppata.<br />

Per ulteriori informazioni rimandiamo al prospetto<br />

sulla protezione delle vie respiratorie dell'Ente di<br />

assicurazione antinfortunistica dell'industria chimica<br />

tedesca (Carl-Heymanns-Verlag KG, Luxemburger<br />

Str. 449, D-50939 Köln, tel.: +49 (221) 94 37 30,<br />

fax: +49 (221) 94 37 39 01).<br />

Come tutte le polveri combustibili, anche quelle<br />

prodotte dagli espansi rigidi formano con l'aria miscele<br />

esplosive, per cui è necessario evitare che si<br />

formino depositi in quantità tale da comportare possibili<br />

rischi (strati di polvere dello spessore di 1 mm<br />

sono già considerati pericolosi). Per il resto si rimanda<br />

alle direttive sulla protezione antideflagrante<br />

dell'Ente di assicurazione antinfortunistica dell'industria<br />

chimica tedesca.<br />

5.3 Misure di sicurezza antincendio<br />

In queste sede non viene discusso il comportamento<br />

all'incendio degli espansi sotto l'aspetto delle<br />

disposizioni delle competenti autorità comunali,<br />

della sorveglianza edile e degli enti di assicurazione<br />

antinfortunistica, in quanto esula dall'ambito della<br />

presente trattazione.<br />

Tutte le sostanze organiche, e quindi anche gli espansi<br />

poliuretanici, sono combustibili. Per questa<br />

ragione nella lavorazione e nel magazzinaggio è<br />

necessario adottare adeguate misure di prevenzione<br />

in conformità alle disposizioni delle autorità locali.<br />

Non si può escludere che a condizioni sfavorevoli e<br />

nel caso di errori di dosaggio gli espansi appena<br />

prodotti si infiammino spontaneamente. Per questa<br />

ragione è necessario tenere sotto osservazione<br />

materiale di recente produzione.<br />

In caso di combustione di espansi <strong>PUR</strong> sono idonei<br />

i seguenti estinguenti: acqua, acqua-schiuma, polvere<br />

ABC o BC (secondo DIN 14406).<br />

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File No.: PU21012-0409 it<br />

Issue 2004-09-15<br />

Gli estinguenti di uso comune a base di anidride<br />

carbonica hanno scarsa efficacia. Per l'estinzione di<br />

incendi in ambienti confinati occorre usare respiratori<br />

autonomi.<br />

6. Bibliografia<br />

[1] G. Oertel: Kunststoff-Handbuch (Manuale<br />

delle materie plastiche) vol. 7, Carl Hanser<br />

Verlag 1993<br />

[2] I. Kellerhof: Pentan: Ein Weg zum FCKW-<br />

und HFCKW-freien Metallverbundelement -<br />

Entscheidungs- und Arbeitshilfen<br />

(Una via per la produzione di pannelli a<br />

sandwich con copertura metallica esenti da<br />

CFC e H-CFC). Informazione tecnica N°<br />

1/1998, Bayer AG<br />

[3] R. Walter: Stand der europäischen Normung<br />

für <strong>PUR</strong>-Hartschaumstoffe im Bauwesen<br />

(Situazione della normativa europea sugli<br />

espansi rigidi <strong>PUR</strong>). Informazione tecnica<br />

N° 10/1999, Bayer AG<br />

[4] J. Kleser: Technische Eigenschaften von<br />

<strong>PUR</strong>-Hartschaum als Dämmstoff im Bauwesen<br />

(Caratteristiche tecniche <strong>dell'espanso</strong> <strong>rigido</strong><br />

<strong>PUR</strong> come isolante nel settore edile). Informazione<br />

tecnica N° 14/2000, Bayer AG<br />

[5] U. Maier, R. Walter, J. Kleser: Importance<br />

and usage of Polyurethane material foams<br />

and panels in industrial buildings. Informazione<br />

tecnica N° 9/1999, Bayer AG<br />

[6] I. Kellerhof: Einflüsse verschiedenartiger<br />

Rückseitenlacke von Stahldeckschichten<br />

auf die Produktionsqualität von Metallverbundelementen<br />

(Influssi esercitati sulla qualità di pannelli<br />

compositi da vernici di diverso tipo applicate<br />

sul retro delle coperture in acciaio). Informazione<br />

tecnica N° 7/1999, Bayer AG<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica


Le presenti informazioni e la nostra attività di consulenza tecnica‚ svolta a voce‚ per iscritto oppure tramite prove ed esperimenti‚ hanno<br />

luogo sulla scorta delle nostre migliori conoscenze. Tuttavia esse devono essere considerate quali informazioni senza alcun valore vincolante‚<br />

anche per quanto concerne eventuali diritti di proprietà industriali di terzi‚ e non esimono il cliente dall’eseguire propri controlli delle<br />

versioni correnti dei nostri consigli e suggerimenti‚ in particolare dei nostri profili di sicurezza e delle informazioni tecniche‚ e dei prodotti da<br />

noi forniti allo scopo di stimarne l’idoneità all’impiego nei processi ed ai fini previsti. L’applicazione‚ l’impiego e la trasformazione dei nostri<br />

prodotti e dei prodotti realizzati dal cliente sulla base della nostra consulenza tecnica avvengono al di fuori delle nostre possibilità di controllo<br />

e ricadono pertanto sotto l’esclusiva responsabilità del cliente. La vendita dei nostri prodotti è disciplinata dalle nostre condizioni generali<br />

di vendita e di consegnanella versione corrente.<br />

Herausgeber: Business Development – <strong>Insulation</strong><br />

Bayer MaterialScience AG,<br />

D-51368 Leverkusen<br />

www.bayermaterialscience.com<br />

Page 41 of 41<br />

File No.: PU21012-0409 it<br />

Issue 2004-09-15<br />

<strong>Insulation</strong><br />

Informazione tecnica

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