Colla Poliuretanica per Serramenti Esterni: Caratteristiche, Utilizzo e Vantaggi

Nel mondo industriale, l'impiego della colla poliuretanica bicomponente costituisce uno standard tecnico per applicazioni industriali che richiedono adesione strutturale, resistenza chimica e stabilità termica. 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. 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.

La colla poliuretanica 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. 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.

Composizione e Chimica degli Adesivi Poliuretanici

Per comprendere appieno le capacità di questi adesivi, è fondamentale analizzare 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.

Adesivi Monocomponenti (1K) o Bicomponenti (2K)?

La resina poliuretanica si divide in due macro categorie: monocomponente e bicomponente. La distinzione rispetto alle colle poliuretaniche monocomponenti (1K) è sostanziale sia in termini chimici che applicativi.

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. 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 polimerizzazione procede dall’esterno verso l’interno, dipendendo dalla diffusione dell’umidità. Gli adesivi poliuretanici monocomponenti sono spesso preferiti da hobbisti e utilizzatori occasionali per la loro semplicità di utilizzo ed economicità. 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.

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Adesivo Bicomponente

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). Le colle bicomponenti superano i limiti delle monocomponenti contenendo il reagente necessario (il poliolo con gruppi -OH) direttamente nella formulazione. 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). 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 adatta a moltissime applicazioni differenti.

Quale Colla è Adatta alla Tua Applicazione Industriale?

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:

• Le condizioni ambientali: 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 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.
• La 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 a una colla bicomponente per ottenere una reazione omogenea.
• La tecnologia: Alcuni prediligono la colla monocomponente semplicemente per la sua facilità di applicazione che non richiede strumenti complessi per distribuirla nella superficie. La colla bicomponente necessita invece di una macchina di erogazione e dosaggio che miscela i due componenti prima della sua applicazione.

La Composizione Chimica Approfondita

Per le colle bicomponenti, 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, come nel caso dei serramenti esterni.
• 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: 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).

Meccanismi di Adesione

L'adesione degli adesivi poliuretanici si basa su due meccanismi principali:

• Adesione meccanica: Questo principio 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.
• Adesione chimica: 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, si possono formare legami chimici significativi.

Parametri di Processo e Tempi di Reazione

Il processo di polimerizzazione 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 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:

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• Tempo aperto (open time): Intervallo operativo massimo tra miscelazione e accoppiamento. L’intervallo di tempo a disposizione all’incollaggio delle due parti, dopo che la colla è stata già distribuita.
• Tempo di pressa (press time): Periodo mandatorio sotto pressione. 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.
• Pot life (tempo di gelo): Tempo in cui la viscosità raddoppia a una data temperatura (solitamente 20°C). Riguarda soprattutto le colle bicomponenti perché, essendo formate da due composti, devono essere miscelate prima della loro applicazione.

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. Le colle monocomponenti possono variare i loro tempi di reazione a causa dell'umidità, 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 Riempitivi

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 prestazione, 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).

Riempitivi (Cariche)

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.

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 conferisce plasticità all’adesivo. Esistono adesivi poliuretanici Solvent Free, anche definiti adesivi senza VOC (Composti organici volatili), che ne migliorano le proprietà tossicologiche, sebbene non sia così facile trovarli nel mercato.

Pigmenti

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.

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Vantaggi e Confronto con Altre Tipologie di Adesivi

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.

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.

Poliuretanici vs. Acrilici Strutturali (MMA)

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.

Applicazioni Specifiche per Serramenti Esterni e Costruzioni

Le colle poliuretaniche sono adesivi creati a partire da un polimero chiamato poliuretano. Gli adesivi poliuretanici hanno delle proprietà speciali. Sono impermeabili, resistenti alle alte temperature e si asciugano velocemente. 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. Il poliuretano è utilizzato in diversi tipi di adesivi, ideali per i serramenti esterni:

• Schiuma poliuretanica: Una schiuma adatta a sigillare o isolare gli infissi di finestre, tegole e coppi. Questa schiuma può legarsi a diversi tipi di materiali come calcestruzzo, mattone, metalli, PVC, legno e cemento. La schiuma poliuretanica è uno dei materiali più versatili nei cantieri edili: aderisce, riempie, isola e sigilla con rapidità, semplificando molte operazioni di posa. Si tratta di un materiale a base di poliuretano contenuto in bombolette pressurizzate e arricchito con agenti chimici che ne favoriscono l’espansione. Una volta indurita, presenta buona adesione su calcestruzzo, legno, metallo e PVC, può essere tagliata o rifinita e garantisce isolamento termoacustico, riempimento di cavità e sigillature elastiche. Consente un’applicazione rapida e precisa, riducendo i tempi di cantiere.
• Resina poliuretanica: Una forte colla poliuretanica impermeabile che può essere utilizzata per incollare pannelli o fissare parti di legno e altri materiali.
• 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.

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. Questa resistenza, unita all'impermeabilità e alla flessibilità, rende le colle poliuretaniche la scelta ideale per applicazioni esterne, dove i materiali sono esposti agli agenti atmosferici e a variazioni di temperatura.

Guida all'Utilizzo Generale dell'Adesivo Poliuretanico

La seguente guida passo passo ti spiega come incollare e riempire fessure con l’adesivo poliuretanico:

1. Prepara le superfici: Devono essere pulite da qualsiasi tipo di polvere, sporcizia o grasso. Asciugale bene.
2. Indossa dei guanti: Per proteggere la pelle.
3. Prepara i componenti dell’adesivo (per bicomponenti): Versa in un contenitore due cordoli di resina lunghi almeno tre centimetri e la stessa identica quantità di indurente.
4. Amalgama i componenti della colla: Miscela le due parti con cura con le bacchette di legno finché il composto non diventa una pasta.
5. Riempi il buco o la fessura: Premi con la spatola l’adesivo poliuretanico dentro lo spazio vuoto. Se necessario, lo puoi sistemare ulteriormente quando si asciuga.
6. Applica per incollare: Se invece vuoi incollare un pezzo di legno ad altri materiali, applica uno strato sottile di colla poliuretanica per legno ad entrambi le superfici.
7. Premi le parti: Tienile insieme per un minimo di 3 ore, se c’è bisogno con l’aiuto di un morsetto o di un oggetto pesante.

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