Le colle poliuretaniche e neopreniche sono ampiamente utilizzate in una vasta gamma di applicazioni industriali e commerciali grazie alle loro proprietà uniche e alle prestazioni affidabili. Queste adesivi sono comunemente impiegati per unire materiali diversi, offrendo una resistenza eccellente e una durabilità notevole. Le colle poliuretaniche sono adesivi a base di poliuretano, un polimero sintetico noto per la sua flessibilità e resistenza.
Nel mondo industriale aumenta sempre di più l’incollaggio con l’uso di adesivi poliuretanici rispetto alle tradizionali resine, sia per la loro composizione che per le loro vantaggiose caratteristiche. Procedendo la lettura di questo articolo entrerai nel mondo dell’adesivo poliuretanico, per comprendere i vantaggi, la composizione chimica, i tempi di reazione, le caratteristiche tecniche e l’utilità.
Che cos'è l'Adesivo Poliuretanico?
Per cominciare, diamo una spiegazione di adesivo poliuretanico: è un composto reattivo che aderisce perfettamente a molti substrati, è versatile e con ottime caratteristiche prestazionali, tra cui la flessibilità e la capacità di realizzare una giunzione tenace e duratura. Come adesivi strutturali, non legano semplicemente due materiali, ma ne diventano parte integrante, un tutt’uno.
Sono conosciuti inoltre per la loro attitudine a resistere ad elevati sforzi meccanici, e possono infatti sostituire, in alcune situazioni, i tradizionali strumenti di giunzione come ad esempio saldature e viti.
Vantaggi degli Adesivi Poliuretanici
In numerose applicazioni industriali l’utilizzo di adesivi è una valida alternativa a metodi di fissaggio tradizionali quali rivettature e saldature. Gli adesivi strutturali di nuova generazione garantiscono tutte queste caratteristiche, e molte altre, apportando numerosi vantaggi rispetto ai metodi di fissaggio tradizionali. Gli adesivi poliuretanici hanno delle proprietà speciali. Sono impermeabili, resistenti alle alte temperature e si asciugano velocemente.
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Tipologie di Adesivi Poliuretanici: Monocomponente e Bicomponente
La resina poliuretanica espandente si divide in due macro categorie: monocomponente e bicomponente. Ogni tipologia di adesivo ha caratteristiche specifiche che la rendono più adatta a particolari applicazioni rispetto ad altre.
Adesivo Monocomponente
Si tratta di colle ad un componente principale, un prepolimero (NCO) integrato con altri prodotti chimici (additivi, solventi, etc.) che dopo la sua applicazione, reagisce con l’umidità del substrato e dell’aria, formando legami covalenti con la superficie del materiale. Gli adesivi poliuretanici monocomponenti sono spesso preferiti da hobbisti e utilizzatori occasionali per la loro semplicità di utilizzo ed economicità.
Il meccanismo di polimerizzazione che porta alla polimerizzazione della colla poliuretanica monocomponente si basa sulla presenza di umidità nell’aria e sulle superfici. L’acqua permette infatti di dare inizio alla reazione chimica di polimerizzazione e porta in breve tempo alla formazione di una pelle. Molti adesivi di questo tipo coniugano l’elevata rapidità di polimerizzazione con una espansione del materiale che li rende adatti a colmare giochi tra componenti e cavità.
Queste caratteristiche rendono la colla monocomponente adatta a numerose applicazioni su un’ampia gamma di materiali quali legno, plastiche, metalli e persino alcuni ceramici. La buona flessibilità del giunto che si ottiene ne rende consigliabile l’utilizzo per applicazioni dove piccoli movimenti sono inevitabili o addirittura desiderabili. Le colle a base di prepolimero poliuretanico o colle PU sono adesivi monocomponenti termoindurenti che reagiscono a contatto con l‘umidità dell‘ambiente e il pezzo da incollare.
Per gli adesivi PU monocomponenti la reazione chimica con acqua è essenziale per la reticolazione. Se la colla non può ricevere l‘umidità necessaria dai materiali o dall‘ambiente, se necessario, è possibile bagnare accuratamente i pezzi da lavorare. Gli adesivi poliuretanici monocomponenti creano legami molto resistenti. Si asciugano meglio con l’umidità e possono essere usati per attività come la posa di pavimenti in parquet, per esempio.
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Adesivo Bicomponente
La poliuretanica bicomponente ha una formulazione chimica completamente diversa. È composta da una miscela poliolica (componente A) e un indurente (componente B) che miscelati reagiscono per produrre un polimero di legami uretanici per reazione di poliaddizione. Anche per l’adesivo a due componenti si possono integrare altri prodotti chimici per regolare le proprietà chimico fisiche.
Gli adesivi poliuretanici bicomponenti possono apparire di più difficile utilizzo a causa della necessità di mescolare nel giusto rapporto ed efficacemente due componenti. Tuttavia va tenuta in conto la possibilità di optare per diverse miscele e di ottimizzare la composizione per le varie applicazioni. Le caratteristiche elencate rendono l'adesivo poliuretanico bicomponente particolarmente versatile e adatto a moltissime applicazioni differenti.
L’impiego della colla poliuretanica bicomponente costituisce uno standard tecnico per applicazioni industriali che richiedono adesione strutturale, resistenza chimica e stabilità termica. Tecnicamente, una colla poliuretanica bicomponente è un sistema adesivo reattivo costituito da due formulati distinti, denominati Parte A (resina o poliolo) e Parte B (indurente o isocianato).
La distinzione rispetto alle colle poliuretaniche monocomponenti (1K) è sostanziale sia in termini chimici che applicativi. Le colle bicomponenti superano i limiti delle monocomponenti contenendo il reagente necessario (il poliolo con gruppi -OH) direttamente nella formulazione. Gli adesivi poliuretanici bicomponenti sono composti da una resina e un indurente.
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Fattori Chiave per la Scelta dell'Adesivo Poliuretanico
Arrivati a questo punto, è normale chiedersi quando si utilizza una monocomponente piuttosto che la bicomponente. Riportiamo i principali fattori da considerare nella scelta dell’adesivo:
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Condizioni Ambientali
Le condizioni ambientali, come temperatura e umidità, possono influenzare le prestazioni delle colle. La temperatura e l’umidità sono i due fattori ambientali da tenere principalmente in considerazione in quanto influiscono sulla reazione della colla. Infatti se si utilizza una colla monocomponente bisogna considerare che più l’ambiente è umido e presenta temperature elevate, maggiore sarà la velocità di reazione dell’adesivo. La temperatura ambiente influenza drasticamente la cinetica (legge di Arrhenius): la velocità di reazione raddoppia approssimativamente ogni 10°C di aumento.
Natura e Spessore della Superficie
La natura della superficie. L’umidità presente nel substrato determina la possibilità di utilizzare un adesivo 1k piuttosto che 2k. Generalmente, nei materiali in cui è presente l’umidità (come il legno), si utilizzano adesivi ad un componente in quanto grazie all’umidità si crea un incollaggio tenace. Al contrario, sulle superfici che non la contengono (ad esempio il PVC), si applica una colla a due componenti.
Lo spessore della superficie. Lo spessore può suggerire quale tipologia di colla potrebbe garantire un miglior risultato, il più delle volte di fronte ad un materiale di basso spessore da incollare si utilizza una bicomponente per evitare il problema di ondulazioni, causato dalla liberazione di anidride carbonica.
Dimensione del Manufatto
Di fronte a misure molto vaste, bisogna considerare che una colla monocomponente, a causa dell’umidità dell’ambiente e del materiale, potrebbe causare una reazione poco conforme. Si può sempre bagnare la superficie per ovviare il problema, altrimenti si ricorre una colla bicomponente per ottenere una reazione omogenea.
Tecnologia e Applicazione
Alcuni prediligono la colla monocomponente semplicemente per la sua facilità di applicazione che non richiede strumenti complessi per distribuirla nella superficie. La colla invece, bicomponente necessità di una macchina di erogazione e dosaggio che miscela i due componenti prima della sua applicazione.
Le colle a base PU sono disponibili in diversi livelli di viscosità. La gamma parte da una consistenza liquida per arrivare ad una pastosa, che si adattano a diversi campi di impiego. Le colle con consistenza più densa ad esempio sono più adatte per gli incollaggi in verticale e sono le preferite quando si lavora in cantiere. La variante più fluida trova il suo impiego ideale nell‘incollaggio di grandi superfici e in falegnameria in genere. Entrambe le consistenze si lasciano lavorare bene per mezzo di una spatola, nel caso della colla più fluida si può optare anche per uno stendicolla.
Tempi di Reazione dell'Adesivo
I tempi di reazione del composto devono essere confrontati con i propri tempi di produzione per individuare l’adesivo che ha più o meno le stesse tempistiche. Riportiamo in seguito i tre principali da conoscere:
Pot Life
Il Pot Life: l’intervallo di tempo in cui il prodotto è utilizzabile dopo la sua miscelazione. Riguarda soprattutto le colle bicomponenti perché essendo formate da due composti, devono essere miscelate prima della loro applicazione.
Tempo Aperto
Il tempo aperto: L’intervallo di tempo a disposizione all’incollaggio delle due parti, dopo che la colla è stata già distribuita. Tempo aperto (open time): intervallo operativo massimo tra miscelazione e accoppiamento.
Tempo di Pressa
Il tempo di pressa: è il tempo necessario di compressione di un manufatto (passaggio obbligatorio per le monocomponenti), perché l’adesivo raggiunga uno stadio di polimerizzazione tale per cui sia possibile l’estrazione e la prima movimentazione. Il tempo di pressatura subisce delle variazioni in base alla reattività della colla: più è reattiva e più ridotto sarà il tempo di pressa. Tempo di pressa (press time): periodo mandatorio sotto pressione.
Sottolineiamo inoltre, che a causa sempre dell’umidità, i tempi di reazione delle colle monocomponenti possono variare, mentre le colle bicomponenti hanno un processo costante perché non sono soggette all’umidità dell’ambiente e del substrato. Anche la ricerca di un processo produttivo costante e definito può portare alla scelta di una colla bicomponente.
Il Ruolo degli Additivi e della Composizione Chimica
Dopo aver spiegato le due macro categorie che distinguono il mondo degli adesivi, le superfici ed i tempi, diamo uno sguardo ancor più da vicino alla composizione chimica. Come avevamo anticipato, entrambe le colle vengono integrate con altri composti per modificare le caratteristiche dell’adesivo a seconda del suo utilizzo.
Infatti quasi tutti gli adesivi, sia 1K e 2K vengono additivati con sostanze che migliorano le prestazioni, come l’antischiuma per diminuire l’emulsione, dispersori di cariche per migliorare la miscelazione dei riempitivi e sostanze che incrementano l’adesione quando sono coinvolte superfici critiche (il vetro ad esempio è considerato una superficie ostile).
Vengono impiegati inoltre dei riempitivi (o cariche) per ridurre il restringimento durante l’essiccazione o polimerizzazione, diminuire la temperatura esotermica durante la polimerizzazione, migliorare le proprietà coesive, la resistenza ad abrasione, la soppressione di fiamme e fumi, la resistenza all’umidità, agli agenti chimici e alla corrosione e ottenere specifiche proprietà reologiche.
I Solventi
I solventi, anch’essi presenti in piccola parte, regolarizzano alcune proprietà chimiche della resina. Permettono di migliorare la viscosità e quindi l’operabilità del processo, la bagnabilità, l’adesione su substrati plastici e conferiscono plasticità all’adesivo. La domanda sorge spontanea: esistono adesivi poliuretanici Solvent Free? Si, ma non è così facile trovarli nel mercato. Le colle Solvent Free vengono anche definite adesivi senza VOC (Composti organici volatili) che ne migliorano le proprietà tossicologiche.
Pigmentazione: l'Adesivo Poliuretanico Grigio
Generalmente gli adesivi poliuretanici presentano un colore naturale che varia dal color crema al beige. Questo non deve essere un freno per chi volesse una colla di un colore diverso, è infatti possibile l’utilizzo di un pigmento per ottenere la colorazione che più si preferisce. Pertanto, è possibile ottenere facilmente una colla poliuretanica grigia tramite l'aggiunta di pigmenti specifici, adattandola alle esigenze estetiche o funzionali del progetto.
Approfondimento Chimico degli Adesivi Bicomponenti
Questo articolo analizza la chimica dei poliuretani. Vengono esaminati i meccanismi di reticolazione isocianica, i parametri di processo fondamentali (tempo aperto, tempo di presa, pot life) e le variabili che influenzano la selezione dell’adesivo in funzione dei macchinari produttivi.
Le colle 1K contengono prepolimeri con gruppi (-NCO) liberi che necessitano di un reagente esterno per polimerizzare: l’acqua. Questa può provenire dall’umidità atmosferica o dall’umidità residua dei substrati. Successivamente, l’ammina formata reagisce con altro isocianato per formare gruppi urea. La dipendenza dalla diffusione dell’umidità implica che la polimerizzazione procede dall’esterno verso l’interno.
La parte A è tipicamente una miscela di polioli, cariche minerali, catalizzatori e additivi. La parte B è costituita da diisocianati, prevalentemente MDI (difenilmetano diisocianato) in varie forme (monomerico, polimerico o prepolimerizzato).
Tipi di Polioli
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Polioli polieteri: ottenuti per propossilazione o etossilazione, presentano legami eterei (C-O-C) nella catena principale. Questi legami sono intrinsecamente resistenti all’idrolisi, rendendo i poliuretani a base etere la scelta obbligata per applicazioni esposte ad acqua, umidità costante o attacco microbico.
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Polioli poliesteri: sintetizzati per policondensazione di acidi bicarbossilici e glicoli, contengono gruppi esteri (-COO-). Conferiscono al polimero finale proprietà meccaniche superiori in termini di carico di rottura, resistenza all’abrasione e resistenza ai solventi.
Dioli e Trioli
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Dioli: molecole con funzionalità due (f=2). Reagendo con un diisocianato (anch’esso f=2), generano catene polimeriche lineari. L’aumento della frazione di dioli nella formula incrementa il carattere elastico del materiale, l’allungamento a rottura e la morbidezza (riduzione della durezza Shore).
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Trioli: molecole con tre gruppi ossidrilici (f=3). Introdotti nella catena, agiscono come nodi di reticolazione (cross-linking points), creando una struttura tridimensionale reticolare. L’uso di trioli aumenta la densità di reticolazione, che si traduce in maggiore rigidità, durezza superficiale, resistenza chimica e termica (Tg più alta).
Meccanismi di Adesione
Il principio di adesione meccanica si basa sulla capacità dell’adesivo fluido di bagnare la superficie del substrato e penetrare nelle sue irregolarità microscopiche. Una volta avvenuta la solidificazione (curing), il polimero risulta fisicamente bloccato all’interno di queste asperità. Per massimizzare questo effetto, la tensione superficiale dell’adesivo deve essere inferiore all’energia libera superficiale del substrato, garantendo un angolo di contatto ridotto.
L’adesione chimica rappresenta il valore aggiunto dei sistemi poliuretanici. I gruppi isocianati (-NCO) presenti nella miscela sono altamente reattivi ed elettrofili. Essi possono reagire non solo con il poliolo della Parte A, ma anche con i gruppi attivi presenti sulla superficie dei substrati.
Su metalli ossidati, vetro e ceramica, i gruppi idrossilici superficiali (-OH) reagiscono con l’isocianato formando legami covalenti diretti. Su materiali plastici polari (es. ABS, PVC), si possono formare legami idrogeno e talvolta anche legami covalenti deboli.
Confronto con le Resine Epossidiche
Qual è la differenza tra resine epossidiche vs resine poliuretaniche? La resina epossidica, famosa soprattutto nelle pavimentazioni, rientra anch’essa nella categoria di polimero termoindurente. Entrambe presentano una buona resistenza chimica ed hanno un’ottima presa rapida, ma differiscono per alcune proprietà.
La prima differenza tra i due riguarda la temperatura di esercizio, un fattore essenziale da prendere in considerazione quando parliamo di sistemi di fissaggio per evitare che il composto perda la sua qualità. Indicativamente, gli adesivi epossidici lavorano ad una temperatura di esercizio più elevate, circa 150°C rispetto alle colle poliuretaniche che arrivano massimo a -100°/ + 80° C circa. Per comprendere se è meglio utilizzare una colla epossidica o poliuretanica bisogna fare, anche qui, uno studio del materiale da incollaggio. A differenza delle resine epossidiche, che presentano moduli elastici molto elevati e conseguente fragilità (basso allungamento a rottura), i poliuretani possono essere formulati per bilanciare tenacità e flessibilità.
| Proprietà | Adesivo Poliuretanico | Resina Epossidica |
|---|---|---|
| Temperatura di esercizio (indicativa) | Max -100° / +80° C | Circa 150° C |
| Flessibilità | Elevata, bilancia tenacità | Rigida, può essere fragile |
| Allungamento a rottura | Elevato | Basso |
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Altre Applicazioni e Forme di Adesivi Poliuretanici
Il poliuretano è utilizzato in diversi tipi di adesivi.
Schiuma Poliuretanica
Schiuma poliuretanica: Una schiuma adatta a sigillare o isolare gli infissi di finestre, tegole e coppi, come Pattex PF 320 Tegole. Questa schiuma può legarsi a diversi tipi di materiali come calcestruzzo, mattone, metalli, PVC, legno e cemento. Il diverso grado di formazione della schiuma è indicato nella scheda tecnica di ogni adesivo PU.
Resina Poliuretanica
Resina poliuretanica: Una forte colla poliuretanica impermeabile che può essere utilizzata per incollare pannelli o fissare parti di legno e altri materiali - come Pattex PU Legno, che può essere abbinata a materiali come metallo, cartongesso, plastiche e calcestruzzo.
Sigillante Poliuretanico
Sigillante poliuretanico: Questo genere di adesivo professionale ha una presa molto forte e può essere utilizzato per fissare pezzi e oggetti a superfici di plastica e metallo. Gli adesivi poliuretanici sono adatti all’incollaggio ma anche al riempimento di spazi e fessure. Puoi utilizzare questa colla per riempire i buchi lasciati dai fori dei pioli nelle assi di legno, o per sistemare degli oggetti. Puoi usarla, ad esempio, anche per sistemare le gambe di un tavolo da giardino.
Un Esempio Specifico: La Colla Poliuretanica U-Bond 301
La colla poliuretanica U-Bond 301 da 500 gr è un adesivo sigillante monocomponente di alta qualità, specificamente formulato per le esigenze del settore dei veicoli ricreazionali. Questo prodotto è ideale per incollaggi strutturali e sigillature su camper, caravan e altri mezzi per la vita all’aria aperta.
Realizzata con una formulazione poliuretanica avanzata, la colla U-Bond 301 vanta eccellenti proprietà adesive e sigillanti. La sua composizione chimica le conferisce un’elevata resistenza agli agenti atmosferici, ai raggi UV e all’invecchiamento, fattori cruciali per applicazioni esterne. La colla poliuretanica U-Bond 301 è fornita in un formato da 500 grammi, quantità ottimale per numerosi interventi.
Presenta un tempo di formazione pelle di circa 60-90 minuti a 23°C e un’umidità relativa del 50%, permettendo un buon margine di lavorazione. La sua elevata tixotropia previene lo scivolamento su superfici verticali. Questo sigillante adesivo rispetta le normative europee vigenti in materia di sicurezza e ambiente, garantendo un utilizzo conforme e responsabile. Sebbene non siano richieste certificazioni specifiche per l’uso su veicoli ricreazionali, la qualità della colla poliuretanica U-Bond 301 è ampiamente riconosciuta nel settore.
L’utilizzo della colla poliuretanica U-Bond 301 offre numerosi benefici per il campeggiatore, sia durante il viaggio che in sosta. La sua forte adesione garantisce che i componenti rimangano saldamente al loro posto, riducendo il rischio di distacchi o infiltrazioni d’acqua. Questo si traduce in maggiore tranquillità e minore necessità di interventi di riparazione imprevisti. Senza un prodotto come la colla poliuretanica U-Bond 301, si rischierebbero problemi come infiltrazioni d’acqua attraverso le giunzioni, distacco di accessori esterni o interni, e una ridotta durabilità complessiva delle riparazioni.
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