La
tecnologia della poliurea è basata
sulla chimica di reazione.
La tecnologia della poliurea è basata sulla chimica di
reazione dei sistemi bi-componenti 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, dove in un primo tempo 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 standard si utilizzano solitamente
dei prepolimeri, a base MDI, con un contenuto NCO(isocianato) 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.
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.
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 auto-catalitica (non necessita quindi del
catalizzatore neppure alle basse temperature, 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.
