Resistenze e proprietà della colla poliuretanica: guida agli adesivi strutturali

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.

Informazioni introduttive ed elasticità

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.

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.

Differenza tra resina epossidica e resina poliuretanica

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.

Confronto tra resina epossidica e resina poliuretanica:

Leggi anche: Soluzioni per bordatrici: resistenze a 220V

• Temperatura di esercizio: Gli adesivi epossidici resistono a temperature più elevate (circa 150°C), mentre le colle poliuretaniche coprono un range che va da -100°C a +80°C.
• Modulo elastico: Le resine epossidiche presentano moduli elevati e fragilità (basso allungamento a rottura). I poliuretani bilanciano tenacità e flessibilità.
• Sensibilità all'umidità: Le colle epossidiche non dipendono dall'ambiente esterno per la catalisi, mentre l'umidità è fondamentale per la reazione degli adesivi poliuretanici monocomponenti.

Mono o bicomponente? Chimica e tipologie di adesivi

La resina poliuretanica espandente si divide in due macro categorie: monocomponente e bicomponente.

L'adesivo monocomponente (1K)

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 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. C'è una stretta dipendenza dalla diffusione dell’umidità: la polimerizzazione procede dall’esterno verso l’interno.

L'adesivo bicomponente (2K)

La poliuretanica bicomponente ha una formulazione chimica completamente diversa. E’ 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. 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).

I fattori di scelta per l'industria

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 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. 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. Di fronte ad un materiale di basso spessore 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, una colla monocomponente, a causa dell’umidità dell’ambiente e del materiale, potrebbe causare una reazione poco conforme. Si può bagnare la superficie o ricorrere 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. La colla bicomponente necessita di una macchina di erogazione e dosaggio che miscela i due componenti prima della sua applicazione.

I tempi di reazione del composto devono essere confrontati con i propri tempi di produzione. I tre parametri principali da conoscere sono:

Leggi anche: Caratteristiche colla flessibile

• Il Pot Life: l’intervallo di tempo in cui il prodotto è utilizzabile dopo la sua miscelazione. Riguarda soprattutto le colle bicomponenti perchè devono essere miscelate prima della loro applicazione.
• Il tempo aperto: L’intervallo di tempo a disposizione per l’incollaggio delle due parti, dopo che la colla è stata già distribuita.
• Il tempo di pressa: è il tempo necessario di compressione di un manufatto perché l’adesivo raggiunga uno stadio di polimerizzazione sufficiente per la movimentazione. Più la colla è reattiva e più ridotto sarà il tempo di pressa. A causa dell’umidità, i tempi di reazione delle colle monocomponenti possono variare, mentre le colle bicomponenti hanno un processo costante.

Il ruolo degli additivi e la chimica fine

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 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, migliorare le proprietà coesive, la resistenza ad abrasione, la soppressione di fiamme e fumi, e la resistenza all’umidità. I solventi regolarizzano alcune proprietà chimiche della resina, migliorando la viscosità, la bagnabilità e l’adesione su substrati plastici. Molti adesivi poliuretanici a basso VOC o privi di solventi (Solvent Free) sono ora disponibili sul mercato.

Tipologie di polioli e reticolazione

Nelle formulazioni bicomponenti, la scelta dei polioli determina le caratteristiche finali del giunto:

• Polioli polieteri: presentano legami eterei (C-O-C) resistenti all’idrolisi. Rappresentano la scelta obbligata per applicazioni esposte ad acqua, umidità costante o attacco microbico.
• Polioli poliesteri: contengono gruppi esteri (-COO-) che conferiscono al polimero proprietà meccaniche superiori in termini di carico di rottura, resistenza all’abrasione e resistenza ai solventi.
• Dioli: molecole con funzionalità due (f=2). Generano catene polimeriche lineari che incrementano il carattere elastico del materiale, l’allungamento a rottura e la morbidezza.
• Trioli: molecole con funzionalità tre (f=3). Agiscono come nodi di reticolazione (cross-linking points), creando una struttura tridimensionale che aumenta rigidità, durezza superficiale, resistenza chimica e termica.

Guida pratica all'uso 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: 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: mischia 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.

Se invece vuoi incollare un pezzo di legno ad altri materiali, applica uno strato sottile di colla poliuretanica per legno ad entrambe le superfici, premi le parti e tienile insieme per un minimo di 3 ore con l'aiuto di un morsetto o di un oggetto pesante.

Leggi anche: Applicazioni della Colla Poliuretanica Renner

Sicurezza e qualità delle formulazioni

Una volta completamente indurito, l'adesivo poliuretanico è relativamente stabile e non rilascia sostanze nocive, rappresentando un rischio minimo per la salute umana in condizioni normali. Tuttavia, durante il processo di applicazione, se non gestiti correttamente, gli adesivi poliuretanici possono rilasciare solventi organici o isocianati. Prima di tutto, bisogna assicurarsi che l'area di lavoro sia ben ventilata per ridurre la concentrazione di gas nocivi. I lavoratori dovrebbero anche indossare dispositivi di protezione per evitare il contatto diretto.

Un adesivo di scarsa qualità potrebbe non solo avere una forza di adesione inadeguata ma potrebbe anche emettere gas nocivi nel tempo. Se si dà priorità all'ecosostenibilità, è saggio scegliere prodotti contrassegnati come "ecologici" o "senza solventi" che abbiano superato certificazioni ambientali e di qualità, come ISO o etichette eco-friendly.

tags: #resistenze #colla #poliuretanica