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 />
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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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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 />
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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 />
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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 />
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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 />
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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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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 />
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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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File No.: PU21012-0409 it<br />
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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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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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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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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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 />
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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 />
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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 />
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File No.: PU21012-0409 it<br />
Issue 2004-09-15<br />
<strong>Insulation</strong><br />
Informazione tecnica