Le schiume poliuretaniche o i prodotti a base di poliuretano derivano dalla reazione chimica di due componenti principali: il sistema poliolo (Componente A) e l'isocianato (Componente B). Ecco una spiegazione più dettagliata di questi componenti:

I. Componente (Component A): Sistema di polioli
Il sistema poliolo è una miscela composta da polioli basati su polietere o poliestere, combinati nelle giuste proporzioni. A questa miscela possono essere aggiunti catalizzatori, siliconi, coloranti, agenti espandenti e altre sostanze chimiche. Il sistema poliolo contiene gruppi ossidrilici (OH) liberi.

II. Componente (Component B): Isocianato
Gli isocianati, quando miscelati con il sistema poliolo, entrano in una reazione esotermica e contengono gruppi NCO liberi. Gli isocianati sono classificati in base alla percentuale di NCO. Ad esempio, l'MDI ha una percentuale di NCO pari al 31%, mentre il TDI al 48%.

Quando il sistema poliolo (Componente A) e l'isocianato (Componente B) vengono combinati in proporzioni e temperature appropriate, si verifica una reazione esotermica che porta alla formazione di schiuma poliuretanica o prodotto. Durante la reazione si sprigionano calore e gas.

La reazione (espansione) si sviluppa in tre dimensioni, permettendo così alla schiuma poliuretanica di riempire completamente gli spazi dello stampo o del recipiente in cui viene inserita, assumendo la sua forma. Le schiume di poliuretano hanno una capacità di espansione superiore rispetto ad altri prodotti chimici.

Il grado di rigidità della schiuma poliuretanica (rigida, semi-rigida o flessibile) dipende dalle percentuali di OH e NCO. Nelle schiume rigide la percentuale di OH è generalmente superiore a 300, mentre nelle semi-rigide è intorno a 100. Questi valori determinano le proprietà meccaniche della schiuma prodotta.

Le schiume poliuretaniche vengono impiegate come materiali isolanti, riempitivi, imballaggi, nella produzione di mobili, nel settore automobilistico, nell'edilizia e in molte altre applicazioni industriali. I poliuretani flessibili trovano utilizzo in cuscini, imbottiture e materassi per il comfort, mentre quelli rigidi sono preferiti in pannelli isolanti, materiali strutturali o parti che richiedono particolare resistenza.

Caratteristiche del poliuretano:

1. Struttura Chimica: I poliuretani sono resine ottenute dalla reazione tra un poliolo e un isocianato. Questa reazione genera gruppi carbonilici contenenti uretano e urea, che costituiscono l'unità strutturale del poliuretano. Questa configurazione conferisce al materiale proprietà elastiche, durevoli e versatili.

2. Flessibilità e Resistenza: I poliuretani, grazie alla loro elasticità, offrono flessibilità in vari impieghi. Questa elasticità consente al materiale di deformarsi e recuperare la forma originaria. Inoltre, presentano un'elevata resistenza agli urti e all'abrasione.

3. Leggerezza: I materiali in poliuretano sono generalmente leggeri e non comportano un incremento significativo del peso. Questa caratteristica li rende ideali nei settori automobilistico, aeronautico e navale per migliorare l'efficienza e ottimizzare la capacità di carico.

4. Proprietà Isolanti: I poliuretani garantiscono eccellenti prestazioni di isolamento termico e acustico, principalmente nell'edilizia. La schiuma poliuretanica è ampiamente utilizzata per l'isolamento di pareti, tetti e pavimenti, mentre la schiuma spray viene usata per riempire cavità e garantire tenuta.

5. Resistenza Chimica: I poliuretani sono resistenti a numerose sostanze chimiche. Questa proprietà li rende adatti a rivestimenti industriali, vernici, sigillanti e serbatoi di stoccaggio chimici.

6. Versatilità: I poliuretani si presentano in diverse forme: rigida, elastica o schiumosa. Questa gamma di possibilità permette l'adattamento alle esigenze di molteplici applicazioni.

7. Campi di Applicazione: I poliuretani hanno un ampio ventaglio di utilizzi. Nell'industria automobilistica vengono impiegati nella produzione di parti, imbottiture e isolamenti; nell'edilizia come materiali costruttivi, adesivi e rivestimenti; inoltre, trovano applicazione nella produzione di mobili, rivestimenti tessili, suole per scarpe, articoli sportivi, apparecchi elettronici e molto altro.

La vasta gamma di applicazioni rende il poliuretano un materiale estremamente versatile e ampiamente utilizzato in molti settori industriali.

Proprietà Generali del Poliuretano

Le proprietà generali del poliuretano dipendono in gran parte dalla struttura della catena polimerica. Tra queste proprietà spiccano elevata resistenza meccanica, rigidità oppure elevata elasticità, adattabili a seconda della formulazione.

• Resistenza agli urti: Il poliuretano mantiene una notevole resistenza agli urti, prevenendo fratture, rotture e rigonfiamenti anche a basse temperature.

• Resistenza all'abrasione: Utilizzato in particolare nei settori minerario, petrolifero e del gas, il poliuretano si distingue nella risoluzione dei problemi di usura, dimostrando superiorità rispetto ad altri materiali.

• Facilità di stampaggio: I componenti in poliuretano possono essere colati in stampi meno costosi e a bassa pressione, riempiendo anche geometrie complesse senza necessità di presse ad alta pressione.

• Resistenza meccanica: Il poliuretano sopporta sia forze di trazione che di compressione. Può deformarsi ma ritorna alla forma originale una volta rimosso il carico.

• Rapidità di produzione: Grazie a tempi di consegna brevi e costi di attrezzaggio contenuti, il poliuretano è spesso la soluzione ideale per prototipi, produzione una tantum o produzione in serie ad alto volume.

Proprietà Termiche del Poliuretano

I poliuretani resistono a un ampio intervallo di temperature, mantenendo forma e caratteristiche in condizioni estreme. I poliuretani termoset standard operano tra -26°C e 93°C, mentre alcune formulazioni possono tollerare fino a 148°C. Oltre questi limiti possono però degradarsi nel tempo.

Conducibilità Termica

La conducibilità termica è la capacità del materiale di trasferire calore. Il poliuretano presenta ottime proprietà isolanti grazie alla bassa conducibilità.

Permeabilità al Vapore Acqueo

Il fattore di resistenza al vapore acqueo misura il rapporto tra la trasmissione del vapore dell'aria e quella del campione. I poliuretani in generale resistono bene al vapore acido e agli agenti aggressivi.

Stabilità Dimensionale

Grazie alla sua struttura termoset, il poliuretano mantiene un'eccellente stabilità dimensionale, consentendo un impiego duraturo tra -30°C e +90°C, in funzione della densità e del tipo di rivestimento.

Proprietà Meccaniche

Le proprietà meccaniche della schiuma poliuretanica dipendono da struttura interna, dimensione delle celle e caratteristiche del polimero. Nelle applicazioni dinamiche e sotto compressione le prestazioni sono influenzate dall'attrito tra le celle e dall'aria contenuta al loro interno.

Resistenza al Fuoco

I poliuretani possono essere modificati per offrire resistenza alla fiamma. A contatto con il calore tendono a carbonizzarsi invece di sciogliersi, contribuendo a rallentare la propagazione della fiamma.

Resistenza ad Acidi e Vapori Acidi

La resistenza chimica del poliuretano dipende dalla formulazione. In generale i poliuretani di tipo poliestere resistono meglio a oli, solventi e acidi/basi deboli. Rispetto a molti metalli, gomma e plastiche, offrono una resistenza superiore.

Campi di applicazione del Poliuretano

Il poliuretano, in forma di schiuma flessibile, è comunemente utilizzato in mobili, materassi e sottofondi per tappeti. Sotto forma di schiuma rigida trova impiego nel settore dell'isolamento termico e negli impianti di riscaldamento/raffreddamento. Nell'industria calzaturiera è spesso usato come legante per gomma.