Nel mondo delle colle e degli adesivi, l'utilizzo di adesivi è una valida alternativa a metodi di fissaggio tradizionali quali rivettature e saldature in numerose applicazioni industriali. Gli adesivi strutturali di nuova generazione garantiscono tutte queste caratteristiche, e molte altre, apportando numerosi vantaggi rispetto ai metodi di fissaggio tradizionali. Il mondo della colla poliuretanica è estremamente variegato ed è possibile scegliere tra tantissimi prodotti per ottenere il risultato migliore per la propria applicazione.
Tra le tecnologie di assemblaggio industriale, gli adesivi reattivi hanno progressivamente sostituito o integrato i metodi di fissaggio meccanico tradizionali. Tra questi, le colle poliuretaniche occupano una posizione rilevante grazie alla loro capacità di formare legami intermolecolari forti su substrati eterogenei. Tutte le colle poliuretaniche hanno caratteristiche comuni che le distinguono da altre tipologie di adesivi. Le caratteristiche elencate possono essere modulate ulteriormente andando a selezionare prodotti specifici.
Tipologie di Colla Poliuretanica
In base all’applicazione e alle caratteristiche richieste è possibile scegliere all’interno di una vasta gamma di adesivi. Ogni tipologia di adesivo ha caratteristiche specifiche che la rendono più adatta a particolari applicazioni rispetto ad altre. Nei paragrafi successivi analizzeremo le varie tipologie di adesivo poliuretanico esistenti, illustrandole nel dettaglio e mettendo in evidenza i loro punti di forza e le loro specificità.
Colla Poliuretanica Monocomponente (1K)
Gli adesivi poliuretanici monocomponenti sono spesso preferiti da hobbisti e utilizzatori occasionali per la loro semplicità di utilizzo ed economicità. Adesivo poliuretanico monocomponente, igroindurente a polimerizzazione rapida, per interno ed esterno. Si può applicare anche in verticale.
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. 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 la lavorare.
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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. 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. La buona flessibilità del giunto che si ottiene ne rende consigliabile l’utilizzo per applicazione dove piccoli movimenti sono inevitabili o addirittura desiderabili.
Campi di Applicazione delle Colle Monocomponenti
Queste caratteristiche rendono la colla monocomponente adatta a numerose applicazioni su un’ampia gamma di materiali quali legno, plastiche, metalli e persino alcuni ceramici. Indicato per l’incollaggio di legno, ferro, acciaio, alluminio, rame, ghisa, bronzo, ottone, cemento, mattoni, ceramica.
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.
Alcune colle PU sono rinforzate con fibre. Queste sono pensate appositamente per la realizzazione di pezzi portanti in legno incollati tra loro, in ambito di interni ed esterni. Il diverso grado di formazione della schiuma è indicato nella scheda tecnica di ogni adesivo PU.
Esempio Specifico: Colla Poliuretanica in Biberon CG PUR MG 19COD 07802
La Colla poliuretanica in biberon a espansione monocomponente rapida è uno speciale adesivo in classe D4 (DIN EN 204) con viscosità media, in grado di far aderire rapidamente svariati tipi di materiali, in particolare di PVC rigido metalli su cemento e sottofondi non polverosi e su numerose combinazioni di materiale tra i quali legno, MDF, truciolati, laminati, metalli, spugne. Il prodotto una volta completamente reticolato ha eccellente resistenza all’acqua, agli sbalzi temperatura dei manufatti, all’invecchiamento ed agli agenti atmosferici.
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Il campo d’impiego è vasto e comprende l'incollaggio di parti ornamentali e cornicette su verniciato lucido, di oggetti in cuoio, vetro, legno, tessuto su legno, tessuto su legno e carta, PVC su metalli grezzi o verniciati, PVC cellulare, impianti idraulici, scarichi pluviali, polistirene espanso, polistirolo, metalli, gecoat, cartongesso, agglomerati, pietre naturali, pannelli isolanti e coibentanti. È ideale per produzioni industriali di pannelli sandwich.
Per l'applicazione, tramite l’ugello allegato alla confezione, distendere un cordoncino di adesivo sulla superficie da incollare priva di residui di polvere e/o di materiale distaccanti. Per applicazioni su superfici ampie il collante può essere spatolato con adeguata attrezzatura. Accoppiare e pressare uniformemente anche a mano. È fondamentale sgrassare e pulire sempre le superfici da incollare con detergenti neutri e/o acqua e/o solventi secchi.
Come e quando usare la colla poliuretanica
Colla Poliuretanica Bicomponente (2K)
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. 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 1K contengono prepolimeri con gruppi (-NCO) liberi che necessitano di un reagente esterno per polimerizzare: l’acqua. Le colle bicomponenti superano questi limiti contenendo il reagente necessario (il poliolo con gruppi -OH) direttamente nella formulazione.
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.
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Composizione e Proprietà
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).
- 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.
- 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.
La funzionalità dei polioli influisce direttamente sulle proprietà finali del polimero:
- 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).
- 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).
Vantaggi e Confronto con Altri Adesivi
Le caratteristiche elencate rendono l'adesivo poliuretanico bicomponente particolarmente versatile e adatta a moltissime applicazioni differenti. Le resistenze chimiche di una colla poliuretanica bicomponente sono determinate dalla natura della catena polimerica e dalla densità di reticolazione. Un sistema correttamente formulato e polimerizzato mostra inerzia nei confronti di idrocarburi, oli lubrificanti, grassi industriali, acidi diluiti e basi deboli.
Dal punto di vista fisico, i poliuretani offrono un comportamento viscoelastico modulabile. 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. Il confronto economico e prestazionale con altre chimiche evidenzia il vantaggio competitivo dei poliuretani. Sebbene le colle acriliche strutturali (MMA) offrano velocità di presa superiori, presentano costi più elevati, odori pungenti e una minore capacità di riempimento dei giochi (gap-filling) rispetto ai sistemi poliuretanici.
Colla Poliuretanica Hot Melt
La categoria degli adesivi poliuretanici hot melt unisce caratteristiche dei polimeri termoplastici a quelle tipiche degli adesivi termoindurenti. La transizione da liquido a solido in una prima fase è puramente fisica e avviene per raffreddamento. I campi di applicazione degli adesivi hot melt sono molteplici poiché garantiscono ottima adesione su legno, plastiche e anche metalli.
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. PVC, ABS), è possibile ottenere legami chimici tramite interazioni polari e talvolta legami covalenti.
Parametri di Processo e Selezione dell'Adesivo
Il processo di incollaggio è governato dalla cinetica di reazione. Si passa dalla miscelazione e bagnatura (viscosità minima), all’aumento del peso molecolare, fino al punto di gelo, dove il sistema diventa un gel solido elastico.
I parametri fondamentali da considerare includono:
- Tempo aperto (open time): intervallo operativo massimo tra miscelazione e accoppiamento.
- Tempo di pressa (press time): periodo mandatorio sotto pressione.
- Tempo di gelo (pot life): tempo in cui la viscosità raddoppia a una data temperatura (solitamente 20°C).
La selezione non è solo prestazionale ma processuale. La temperatura ambiente influenza drasticamente la cinetica (legge di Arrhenius): la velocità di reazione raddoppia approssimativamente ogni 10°C di aumento.
| Caratteristica | Colla Poliuretanica Monocomponente (1K) | Colla Poliuretanica Bicomponente (2K) |
|---|---|---|
| Meccanismo di polimerizzazione | Umidità atmosferica/substrati | Reazione chimica tra Parte A e Parte B |
| Semplicità d'uso | Elevata (pronto all'uso) | Richiede miscelazione accurata |
| Controllo polimerizzazione | Dipende dall'umidità esterna | Controllabile tramite formulazione e rapporto |
| Spessore applicabile | Limitato dalla diffusione dell'umidità | Elevato, adatto per grandi spessori e riempimento giochi |
| Flessibilità del giunto | Buona | Modulabile (da rigido a elastico) |
| Resistenze (chimica, termica) | Buone | Eccellenti, modulabili per applicazioni specifiche |
| Campi di applicazione tipici | Fai da te, falegnameria, incollaggi generici | Incollaggi strutturali industriali, alta ingegneria |
Va comunque ricordato che non è sempre semplice selezionare l’adesivo più adatto alle proprie esigenze, a maggior ragione nell’ambito dell’incollaggio strutturale che presenta specificità da non trascurare. L’ottimizzazione del processo di incollaggio industriale mediante colla poliuretanica bicomponente richiede un’analisi basata su dati oggettivi. Glueton opera come partner tecnologico per formulazioni ad hoc. Il laboratorio R&D Glueton conduce test meccanici (trazione, taglio, peel test secondo ASTM/ISO) e invecchiamento accelerato.
Quando si parla di unire componenti tra loro esistono svariate possibilità con vantaggi e svantaggi specifici. L’alluminio è un materiale ampiamente utilizzato in molti ambiti industriali grazie alle sua ottime proprietà meccaniche rapportate alla sua bassa densità. Incollare l’alluminio con se stesso e con altri materiali è una possibilità da approfondire.
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