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La Poliurea

La tecnologia della poliurea è basata sulla chimica di reazione dei sistemi bicomponenti applicati a spruzzo, attraverso l’impiego di pompe bi-mixer, utilizzati nel settore dei rivestimenti e delle impermeabilizzazioni.

I primi prodotti furono sviluppati e commercializzati alla fine degli anni ottanta negli Stati Uniti, da dove si diffusero rapidamente nel resto del mondo, soprattutto in Asia, dove ebbero una forte crescita nella seconda metà degli anni novanta.
In un primo tempo la poliurea fu usata come strato protettivo della schiuma poliuretanica nell’isolamento dei tetti, in Europa invece il mercato della poliurea ha iniziato a svilupparsi solo negli ultimi anni.

La poliurea è un elastomero ottenuto chimicamente dalla reazione di poliaddizione di un isocianato alifatico o aromatico o di un prepolimero isocianico con un’ammina polifunzionale o miscele di ammine, in un rapporto di miscelazione in volume generalmente di 1/1. 

Il componente isocianato è costituito, nel caso di sistemi aromatici, da prepolimeri basati su metilene diisocianato (MDI) ; nel caso dei sistemi alifatici, da esametilen diisocianato (HDI) o isoforone diisocianato (IPDI) e costituisce il segmento hard della catena.

Nella formulazione di poliuree standard si utilizzano solitamente dei prepolimeri, a base MDI, con un contenuto NCO compreso tra il 15% e il 16%.
In questo intervallo di NCO, si ottiene un buon compromesso tra la viscosità del materiale e la reattività del sistema.
Con valori inferiori di NCO, i prepolimeri hanno una viscosità più elevata, ma conferiscono al sistema una maggiore elasticità ed una minore reattività.

Certamente l’uso di prepolimeri a più basso contenuto di NCO è limitato dal conseguente incremento della viscosità che provoca un peggioramento della miscibilità dei due componenti, con conseguenti ripercussioni applicative.
Prepolimeri con un contenuto maggiore di gruppi NCO, e conseguentemente di segmenti hard in catena, hanno invece una viscosità minore, che agevola la miscelazione dei due componenti, rendendo il sistema più reattivo e con una maggiore durezza superficiale.
L’impiego di prepolimeri maggiormente reattivi incrementa il livello di stress all’interno del sistema, rendendolo più fragile durante le prime 24 ore dall’applicazione, ed inoltre il più rapido gel time risultante può tradursi nell’ ottenimento di un aspetto superficiale peggiore.
La percentuale di NCO ha effetto pertanto sulla durezza, sulla rigidità, sulla reattività.
In linea generale l’intervallo di NCO consentito per i prepolimeri utilizzati nella poliurea varia da un valore minimo pari a 8 fino ad un massimo di 20.

Ovviamente la scelta dell’uno o dell’altro è strettamente legata, così come qualunque altro parametro, all’utilizzo finale del sistema poliureico.
Il “bacone” del prepolimero influenza la resistenza chimica e ai solventi ed in generale la resistenza della membrana stessa.
L’indice del sistema poliurea è tipicamente mantenuto con un lieve eccesso di isocianato nell’intervallo 1,05-1,10. Dal momento che il gruppo-isocianato reagisce con l’umidità, l’eccesso di isocianato compensa la “perdita” di gruppi NCO durante lo stoccaggio e/o l’applicazione.

Il componente amminico della poliurea è generalmente molto più complesso rispetto al componente isocianico, e costituito principalmente da:

  • polieterammine aromatiche e alifatiche ad alto peso molecolare, la cui natura flessibile costituisce il segmento soft della catena;
  • polieterammine a basso peso molecolare impiegate come estensori di catena;
  • pigmenti e additivi.

La scelta delle ammine è determinante per l’ottenimento delle prestazioni e l’elaborazione stessa della poliurea.
Le polieterammine sono polieteri a base di ossido di propilene/etilene ammino terminati, generalmente di peso molecolare compreso tra 200 e 5000 g/mole. Il gruppo amminico primario di queste molecole reagisce rapidamente con l’isocianato, escludendo pertanto la necessità del catalizzatore.

Le polieterammine possono essere bi/trifunzionali, aromatiche o alifatiche; quest’ultime vengono utilizzate nelle applicazioni dove la stabilità cromatica alla luce è ovviamente prioritaria, dal momento che sono molto costose.
Le poliuree aromatiche a differenza di quelle alifatiche sono soggette all’ingiallimento dovuto all’azione dei raggi UV, tuttavia ciò non compromette le proprietà intrinseche della poliurea stessa.
Gli estensori di catena rivestono un ruolo chiave sia sulla reattività sia sulle proprietà della poliurea; la dietiltoluendiammina (DETDA) maggiormente utilizzata nella formulazione delle poliuree aromatiche, contribuisce al segmento hard e migliora la resistenza al calore.
Negli ultimi anni sono stati specificatamente progettati estensori di catena quali ammine secondarie e/o stericamente impedite al fine di rallentare la reattività della poliurea per particolari tipi di applicazione.

Pigmenti e additivi devono essere utilizzati in quantità limitate dal momento che la viscosità dei due componenti deve essere mantenuta sotto controllo durante l’applicazione, eventuali quantità consistenti di cariche o additivi rinforzanti possono essere aggiunti al sistema come terzo componente.

Non esiste ancora uniformità riguardo alla denominazione dei componente A e B della poliurea. In Europa il componente isocianato, comunemente, è il componente B (derivando dalla chimica dei poliuretani), mentre in atri paesi si ha l’inversione della denominazione. I due componenti vengono identificati da colori diversi: solitamente rosso per l’ISOCIANATO, blu per le POLIAMMINE.

Il termine poliurea è la descrizione di una tecnologia, esistono perciò una varietà di formulazioni possibili per ottenere le proprietà desiderate, pertanto la selezione delle opportune materie prime costituisce un aspetto di rilevanza fondamentale.
Il termine poliurea è stato utilizzato in passato in maniera impropria, creando tuttora confusione tra poliurea pura e poliurea ibrida. La poliurea pura non deve contenere nella sua formula gruppi ossidrilici, a differenza dei sistemi ibridi caratterizzati dalla presenza di gruppi OH e di catalizzatori.

Un sistema ibrido ha una composizione che è una combinazione dei suddetti sistemi (poliuretanico e poliureico). Il componente isocianato può essere lo stesso utilizzato per la poliurea pura.
La miscela di resine è invece una combinazione di ammine terminate e resine polimeriche idrossile - terminate e/o estensori di catena. Per ottenere la medesima reattività è necessaria l’aggiunta di uno o più catalizzatori; per tale motivo i sistemi ibridi, pur avendo un ampio ambito di applicazioni, sono tuttavia più sensibili all’umidità rispetto alla poliurea pura. Inoltre poiché la reazione catalizzata tra poliolo ed isocianato risente delle variazioni di temperatura della fase applicativa, a differenza di quanto accade invece tra ammina ed isocianato, il sistema risulta meno performante.
La poliurea si forma quando l’ammina reagisce con l’isocianato, la reazione è veloce ed autocatalitica(non necessita quindi del catalizzatore neppure alle basse temperature,  contrariamente contrariamente a ciò che avviene per i sistemi poliuretanici ed ibridi) ed acquisisce molte specifiche proprietà che permettono di distinguerla da altre tipologie di polimeri. 

 

La Poliurea è un elastomero ottenuto chimicamente dalla reazione di poliaddizione di un isocianato alifatico o aromatico o di un prepolimero isocianico con un’ammina polifunzionale o miscele di ammine, in un rapporto di miscelazione in volume generalmente di 1/1.

 

Applicazioni Poliurea

  • Edilizia
  • Industria
  • Cantieristica Navale
  • Petrolchimica
  • Rivestimento Polistirolo
  • Scenografie