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Poliuretani a basso impatto ambientale

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Con la sintesi del poliuretano si ottengono prodotti macromolecolari con caratteristiche, quali la densità e la rigidezza, molto diverse tra loro.

I poliuretani (PU) sono sostanze polimeriche ottenute dalla reazione chimica di poliaddizione tra polioli ed isocianati, sono il  frutto delle ricerche del Dr. Bayer e dei i suoi colleghi. Il brevetto venne pubblicato il 13/11/1937.

Le proprietà e le caratteristiche del prodotto polimerico dipendono sia dalla struttura dei prodotti di base, polioli e isocianati, sia dal tipo di catalizzatori e additivi impiegati.
Gli additivi utilizzati nella sintesi dei poliuretani sono:

  • stabilizzanti per la schiuma
  • stabilizzanti di idrolisi
  • stabilizzanti di ossidazione impiegati  per  prevenire la decolorazione dei materiali
  • stabilizzanti alle radiazioni ultraviolette (UV)
  • agenti espandenti (per ottenere le schiume poliuretaniche)
  • ritardanti di fiamma.

 

Catalizzatori e additivi vengono spesso premiscelati con i polioli e permettono, durante la reazione con l’isocianato, di controllare la reazione di sintesi del poliuretano e di modificare le proprietà del polimero finale.
Con la sintesi del poliuretano si ottengono prodotti macromolecolari con caratteristiche, quali la densità e  rigidezza, molto diverse tra loro; di conseguenza è vasta la gamma di applicazioni: dalle fibre tessili, agli adesivi, alle schiume espanse per materassi e cuscini, alle schiume rigide con proprietà isolanti, ai prodotti autopellanti, agli elastomeri.

 

Schiume poliuretaniche

Il poliuretano espanso flessibile è un elastomero. Le sue caratteristiche principali sono l’elasticità e la resilienza, requisiti che lo rendono capace di sopportare  deformazioni sotto l’azione di forze esterne e di ritornare alle dimensioni originali quando quest’ultime vengono rimosse.

Secondo la natura del poliolo le schiume flessibili di poliuretano vengono generalmente divise in due gruppi principali: polieteri e poliesteri.
Le schiume per materassi vengono prodotte impiegando polioli polieteri e toluendi isocianato (TDI) sono caratterizzate da deformabilità reversibile, da una struttura cellulare aperta e da permeabilità verso l’aria L’isocianato è molto reattivo e può essere combinato con un infinita varietà di polioli, si ottengono così  schiume di differente durezza:  elastica, molto soffice, rigida e semirigida.

Nella produzione delle schiume può essere impiegata una qualsiasi quantità di additivo rigonfiante, questo permette di ottenere varie densità da 7 a 1000 kg/m3.

 

Nella produzione di schiume poliuretaniche sono coinvolti due meccanismi: il primo produce la reazione dell’isocianato, presente in eccesso, con i gruppi ossidrilici del poliolo, il secondo meccanismo produce il gas rigonfiante e dà origine alla struttura della schiuma espansa e può essere di natura chimica o fisica.
Nel primo caso la reazione base della sintesi avviene simultaneamente con la reazione del gruppo isocianico con l’acqua  con formazione di anidride carbonica gassosa.

Nell’espansione fisica, invece, l’agente rigonfiante, chimicamente inerte e bassobollente, viene aggiunto nei polioli e la sua azione si manifesta con la vaporizzazione, indotta dal calore sviluppato dalla reazione principale che è esotermica.

 

Sensibilità e responsabilità ambientale

L’opinione pubblica mostra una crescente attenzione al problema dei cambiamenti climatici. La maggior consapevolezza dei consumatori, sempre più sensibili ai problemi dell’inquinamento ha di fatto influenzato il mercato con la richiesta selettiva di prodotti a minor impatto ambientale.
L’orientamento verso un green consuming ha spinto il mondo economico ed industriale a ricercare soluzioni produttive che comportano minori emissioni di gas ad effetto serra (GHG – green house gas) ,soluzioni che offrono l’opportunità di conseguire vantaggi in un contesto globale competitivo.
Nella produzione delle schiume flessibili poliuretaniche il primo passo è stato effettuato agendo sugli agenti di espansione, abbandonando l’uso degli idroclorofluorocarburi (HCFC) che sono stati sostituiti dall’acqua adottando il meccanismo di espansione di natura chimica.
E’ opportuno segnalare che l’espressione, talvolta usata commercialmente, “Poliuretano a base d’acqua”è completamente errata perchè l’acqua reagendo con i gruppi isocianici produce anidride carbonica che permette la formazione delle schiume e non entra a far parte del prodotto finale.

Gli idroclorofluorocarburi (HCFC) sono responsabili della distruzione dell’ozono e causano un GWP (Global warming potential) molto alto (vedi Tab.1).

 


 

Il GWP rappresenta il rapporto fra il riscaldamento causato da un gas ad effetto serra in uno specifico intervallo di tempo (normalmente 100 anni) e il riscaldamento causato nello stesso periodo dal CO2 nella stessa quantità.

Un secondo passo per ottenere poliuretani a basso impatto ambientale è stata la formulazione di nuovi polioli ( NOPs- natural oil polyol)che utilizzano alte percentuali di oli naturali ricavati da semi di soia,ricino,girasole,palma,colza, ecc. e sostituiscono i polioli ricavati dal petrolio.
I poliuretani flessibili impiegati nella produzione dei materassi utilizzano, principalmente, polioli polieteri ricavati dalla soia e mantengono le stesse caratteristiche di stabilità nel tempo degli altri poliuretani.
Il processo industriale che subiscono i semi di soia determina la distruzione delle proteine. E’ quindi altamente improbabile che si verifichi una reazione allergica nei confronti del prodotto finito.
Purtroppo la tecnologia attuale limita l’utilizzo del poliolo vegetale (che di per sè è composto al 95% da materiale rinnovabile) attorno al 20%. In ogni caso il poliolo rappresenta circa il 67% delle sostanze presenti nel prodotto finale.

 

Contributi dell’uso del poliolo vegetale sull’ambiente
Rispetto all’uso di derivati dal petrolio, si determina un minor impatto sull’ambiente:

  • 36%  in meno di emissioni che determinano riscaldamento globale,
  • 61%  in meno di uso di energie non rinnovabili,
  • 23%  in meno nel totale di energia richiesta nel ciclo di vita, così come da studi condotti e validati da terze parti.
    (fonte:Cargill-BiOH / PoliBioSistem).

Quindi i Poliuretani eco-friendly presentono un favorevole valore di carbon footprint(CFP) rispetto ai poliuretani tradizionali.
La carbon footprint è un indicatore ambientale che misura l’impatto delle attività umane sul clima globale; esprime quantitativamente gli effetti prodotti sul clima da parte dei cosiddetti gas serra generati da una persona, da un’organizzazione, da un evento o da un prodotto, sia esso un bene o un servizio.

 

 

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