Insulation Produzione dell'espanso rigido poliuretanico (PUR)

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giunge uno stato solido stabile, che conserva la struttura tipica di schiuma. Per caratterizzare il processo di reazione e schiumatura si distinguono diverse fasi. • Il tempo di miscelazione o di agitazione indica il tempo necessario per omogeneizzare i componenti di reazione. • Il tempo di crema indica il tempo che intercorre dall'inizio della miscelazione fino ai primi inizi visibili della formazione di schiuma. In molti casi questa fase si riconosce chiaramente da un viraggio di colore, la cui percezione tuttavia nel caso di miscele che reagiscono solo con lentezza richiede un occhio allenato. • Il tempo di filo, o tempo di "presa", evidenzia il passaggio della miscela dallo stato liquido a quello solido e corrisponde approssimativamente al punto di gelo. Al raggiungimento di questo punto la resa di reazione è del 50 % circa. Il tempo di filo viene misurato immergendo ed estraendo ripetutamente una bacchetta di legno nella miscela, nel frattempo in gran parte espansa, per determinare quando si formano i primi fili. La misurazione ha inizio subito dopo la miscelazione. • Il tempo di montata e l'assenza di appiccicosità: dopo la "presa" la velocità di crescita della schiuma comincia a diminuire. L'intervallo di tempo che intercorre fra l'inizio della miscelazione e il momento in cui secondo la percezione ottica dell'operatore la crescita della schiuma cessa, costituisce il tempo di montata. Al termine di questo processo la superficie della schiuma è ancora appiccicosa: toccandola ripetutamente con una bacchetta di legno si determina il momento in cui diviene secca, vale a dire è esente da appiccicosità. • Il tempo di sfiato: dopo un certo tempo, gli espansi a celle aperte possono dischiudere la superficie e scaricare gas espandente in eccesso, per cui l'intervallo di tempo che intercorre fra l'inizio della miscelazione e il momento in cui comincia l'emissione di gas viene definito tempo di sfiato. Page 12 of 41 File No.: PU21012-0409 it Issue 2004-09-15 Fig. 7: Prova di laboratorio: determinazione del tempo di filo I tempi di reazione dipendono dalla temperatura dei componenti, quindi della miscela reagente, e diminuiscono con l'aumentare della temperatura. Se per esempio ad una temperatura iniziale di 20 °C il tempo di filo, o di gelo, corrisponde a 100 s, a 30 °C esso si riduce a circa 60 s. Il tempo di filo rappresenta l'indice più preciso e attendibile per valutare la reattività di una miscela, per cui per stabilire la velocità di reazione si utilizza quasi esclusivamente questo parametro. Dati comparativi relativi alla reattività devono riferirsi sempre alla stessa temperatura. Sulla formazione della schiuma esistono diverse teorie. Per la maggior parte esse presuppongono una nucleazione (formazione di bollicine) nella fase originaria. Non è tuttora chiaro se tutte le celle presenti nell'espanso finito esistano già in questa prima fase di formazione. Si deve ipotizzare che due fattori siano responsabili del fenomeno della nucleazione, e precisamente la sovrasaturazione della miscela liquida con il gas espandente formatosi e la formazione di cavità (cavitazione) nella fase di miscelazione della materie prime. Anche la formazione di una fine dispersione gassosa (aria, espandente già formatosi) durante la miscelazione potrebbe svolgere un ruolo importante. Insulation Informazione tecnica
In questa prima fase di sviluppo della schiuma riveste importanza essenziale la presenza di composti tensioattivi, come gli stabilizzanti della schiuma. Le bollicine disperse di gas, di forma sferica, crescono dapprima in seguito alla diffusione del gas espandente sviluppatosi. Questo processo prosegue fino al raggiungimento di un determinato volume, in corrispondenza del quale si ha la massima densità di impaccamento, o "packing", delle sferette di gas nella matrice liquida. Se tale volume viene superato, la schiuma formata da bollicine sferiche si trasforma in un sistema di celle poliedriche - in prevalenza dodecaedri regolari (pentagonododecaedri). La maggior quantità di polimero liquido si trova nelle nervature di sostegno della struttura, mentre sottili membrane fungono da facce laterali separando le singole celle fra loro. Questo processo di crescita delle celle è rappresentato nella figura che segue. Fig. 8: Crescita delle celle durante la formazione dell'espanso rigido PUR Al termine del tempo di filo la schiuma raggiunge la struttura e la distribuzione di massa definitive. Il quadro che abbiamo descritto, delle celle di forma sferica e delle successive strutture poliedriche, non corrisponde esattamente alla realtà. Poiché la schiuma nella fase di espansione si comporta come un fluido in movimento e le celle si ostacolano fra loro, queste assumono una forma allungata, vale a dire nella direzione del flusso presentano un diametro maggiore, rispetto alla direzione trasversale. Si parla in tal caso di orientamento delle celle. Questo stiramento delle celle che si conserva anche dopo il consolidamento della schiuma - a condizione ch'essa alla fine non venga ostacolata nel suo movimento di dilatazione - si riflette nelle caratteristiche dell'espanso. Così ad esempio la resistenza alla compressione nella direzione di schiumatura può essere fino a tre volte più elevata rispetto alla direzione trasversale. Page 13 of 41 File No.: PU21012-0409 it Issue 2004-09-15 Fig. 9: Struttura di una cella di schiuma La seguente figura mostra il flusso della miscela di reazione nella fase di schiumatura e ne evidenzia gli effetti. Sul fondo di un becher sono state disposte camere concentriche riempite contemporaneamente fino alla stessa altezza con miscele reagenti diversamente colorate. Per poter rappresentare le singole fasi temporali, è stata utilizzata una serie di becher riempiti con quantità crescenti di miscela. Fig. 10: Sezioni e vista esterna delle colonne di espanso A seconda del sistema di materie prime usato e della sua reattività nonché del volume e della densità della schiuma, nel nucleo dell'espanso hanno origine temperature comprese fra 120 e 180 °C. In seguito al riscaldamento aumenta proporzionalmente anche la pressione del gas nelle celle, che deve venire assorbita e neutralizzata dalle loro nervature e membrane. L'andamento nel tempo dell'aumento di volume (montata della schiuma), della pressione e della temperatura durante i processi di schiumatura e reticolazione è evidenziato dai diagrammi della fig. 11. Per la registrazione dei dati di misurazione la schiumatura è stata effettuata in un tubo in posizione verticale, posto in un becher contenente la miscela (cfr. fig. 14). Insulation Informazione tecnica
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