ITTO20120860A1 - Composizione a base di tannini vegetali, priva di formaldeide e di solventi organici bassobollenti, per la produzione di un materiale espanso, e relativo procedimento. - Google Patents

Description

“Composizione a base di tannini vegetali, priva di formaldeide e di solventi organici bassobollenti, per la produzione di un materiale espanso, e relativo procedimentoâ€

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai materiali espansi, schiumosi o alveolari, altrimenti detti schiume, con struttura solida.

Questi materiali sono largamente utilizzati in una varietà di applicazioni, come nei settori del trasporto e dell’imballaggio, tipicamente per proteggere oggetti e merci, nei settori dell’edilizia, dell'industria automobilistica, nautica o aeronautica come materiali di costruzione e per l'isolamento.

Sono noti materiali espansi utilizzabili per gli usi qui sopra menzionati, come le schiume poliuretaniche o fenoliche.

Le schiume fenoliche sono materiali molto versatili le cui proprietà sono modulabili per variare a piacimento le caratteristiche di maggiore o minore isolamento, di assorbimento dell'acqua, di bassa densità, ecc. Inoltre, le schiume fenoliche presentano generalmente una notevole resistenza al fuoco, ed hanno un costo relativamente basso che ne rende conveniente l'applicazione in molti settori.

Le schiume poliuretaniche o di polistirene, sebbene siano molto poco resistenti al fuoco, sono ampiamente utilizzate per impieghi simili, soprattutto per le loro proprietà di isolamento termico.

In ogni caso, questi materiali noti, grazie alla loro morfologia, sono in grado di dissipare energia meccanica a seguito della deformazione o della rottura della loro struttura, e risultano quindi adatti all'applicazione nel settore degli imballaggi, e per l'impiego come materiali di protezione contro gli urti.

Nelle composizioni utilizzate per la produzione delle schiume fenoliche o poliuretaniche sono spesso impiegati solventi organici bassobollenti, ovvero con basso punto d'ebollizione (tipicamente compreso fra 30 e 80°C), i quali solventi evaporano a causa del calore che può essere fornito dall'esterno per raggiungere l'energia d'attivazione della reazione di polimerizzazione, oppure che proviene dall'esotermia stessa della reazione. L'evaporazione di questi solventi bassobollenti dà luogo alla formazione della struttura alveolare della schiuma. I solventi comunemente impiegati possono ad esempio consistere nelle seguenti sostanze, in forma pura o di miscela: etil-etere, pentano o isopentano. Molti di questi solventi sono ritenuti pericolosi essendo altamente infiammabili, e sarebbe conveniente eliminarli per rimuovere un fattore di pericolo del relativo procedimento.

In alternativa alla tecnologia che impiega solventi bassobollenti, sono descritti nella letteratura materiali espansi ottenuti da resine fenoliche, che utilizzano sostanze che si possono decomporre a causa del calore o a causa dell'ambiente di reazione acido.

La presente invenzione riguarda una composizione a base di tannini vegetali, quindi a base di sostanze di origine naturale, per la produzione di un materiale espanso.

Sono già noti materiali espansi o schiumosi derivati da prodotti naturali, quali le schiume a base di tannini vegetali (flavonoidi) che consistono in piccole molecole poli-fenoliche estratte da varie specie vegetali, principalmente idrosolubili. Questi materiali espansi a base di tannini possono sostituire le schiume fenoloformaldeide nella maggior parte delle applicazioni, perchà ̈ presentano proprietà e prestazioni analoghe.

Queste schiume di origine naturale presentano anche il vantaggio di essere eco-compatibili, poiché i tannini vegetali combinano alta reattività e basso costo con un carattere di rinnovabilità.

Le schiume solide a base di tannini vegetali finora note vengono preparate ad esempio mediante una tecnologia che prevede l'uso di una composizione di tannini condensati, alcol furfurilico, formaldeide e dietiletere in un mezzo acquoso, e il loro indurimento si ottiene con l’aggiunta di un catalizzatore acido, ad esempio acido para-toluen-solfonico (p-TSA).

L’aggiunta di p-TSA, dà luogo a varie reazioni fra i componenti della composizione, come l’autocondensazione dell’alcol furfurilico, la condensazione dell’alcol furfurilico con i flavonoidi, e la condensazione dei flavonoidi che hanno già reagito con la formaldeide. Queste reazioni, tutte esotermiche, avvengono simultaneamente e provocano l’ebollizione del dietiletere che, evaporando, causa l’espansione della schiuma contemporaneamente al verificarsi del processo di reticolazione (G. Tondi et A. Pizzi, Industrial Crops and Products, 29, 2009, 356-363).

Questa composizione nota e il relativo procedimento per ottenere schiume solide, comportano tuttavia la presenza di due aspetti che possono essere fonte di problemi.

Da una parte, l’uso di formaldeide in qualità di agente di reticolazione, à ̈ ritenuto critico in quanto sono noti i suoi effetti nocivi sulla salute umana, tanto che essa à ̈ classificata come agente sospetto cancerogenico dalla UE e come agente cancerogenico dal IARC (International Agency for Research on Cancer, ente dell’OMS - World Health Organization). Inoltre, la presenza di residui di formaldeide nel materiale schiumoso sono particolarmente sgraditi nel caso del suo impiego come materiale isolante, tenuto conto del fatto che le normative nazionali e internazionali sui materiali di costruzione tendono ad essere sempre più restrittive nei confronti della presenza e delle emissioni di formaldeide.

L'impiego di dietiletere come agente espandente, che à ̈ un solvente altamente volatile e combustibile, costituisce un ulteriore problema.

In particolare, l'invenzione riguarda una composizione per la fabbricazione di un materiale espanso, o schiuma, a base di tannini vegetali, del tipo definito nel preambolo della rivendicazione 1.

Una tale composizione, nota dalla domanda di brevetto italiana TO2011A000656 a nome delle stesse Richiedenti, à ̈ utilizzabile in un procedimento per ottenere una schiuma solida a base di tannini flavonoidi. Questa composizione nota consiste in una miscela di tannini con alcol furfurilico, un agente espandente cosituito da un solvente organico altamente volatile, e da un catalizzatore, ed à ̈ totalmente esente da formaldeide o da altre aldeidi, per cui non possono esservi emissioni di tali sostanze dal prodotto finito. La composizione e il relativo procedimento implicano tuttavia l’impiego di composti come il pentano, l’esano e/o relativi isomeri, eteri derivati dal petrolio come il dietiletere, che sono solventi con basso punto di ebollizione (30-60°C), che diventano volatili nel corso delle reazioni esotermiche di polimerizzazione, provocando così la formazione della schiuma. Questi composti possono determinare effetti nocivi sulla salute degli operatori e per l’ambiente.

In vista degli inconvenienti della tecnica nota qui sopra menzionata, l’invenzione si prefigge lo scopo di proporre una nuova composizione a base di tannini che non comporti l’impiego di formaldeide né di solventi organici bassobollenti, e che permetta di ottenere un materiale alveolare o schiumoso di basso costo, alte prestazioni e di carattere ecologico, utilizzabile per moteplici applicazioni.

Questo scopo viene raggiunto secondo l'invenzione, da una composizione come definita nelle rivendicazioni 1 a 10.

Grazie al fatto che fatto che la composizione dell'invenzione contiene una quantità di acqua non maggiore del 15% in peso della composizione, e dal fatto che include una sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente, tale sostanza essendo utilizzata secondo una quantità non maggiore del 10% in peso della composizione, la composizione essendo totalmente priva di formaldeide e di solventi organici bassobollenti, à ̈ possibile ottenere un materiale espanso solido insolubile e non-fondibile che deriva da risorse naturali. Poiché la composizione e il materiale espanso da essa ottenibile sono totalmente privi sia di formaldeide, sia di solventi organici a basso punto di ebollizione, essi non comportano gli inconvenienti della tecnica nota.

Secondo una caratteristica preferita dell'invenzione, la sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente à ̈ un isocianato, utilizzato secondo una quantità minore dell'1% in peso della composizione.

Grazie a tale caratteristica, l'isocianato reagisce con l'acqua della composizione e con il tannino liberando diossido di carbonio (CO2) che costituisce l'agente espandente, ed inoltre favorisce l'ottenimento di una schiuma con elevate proprietà di resistenza meccanica.

L'invenzione ha anche per oggetto un materiale espanso ottenibile dalla suddetta composizione, come definito nella rivendicazione 11.

In particolare, il materiale espanso dell'invenzione risulta leggero, poco costoso, facile da produrre, con caratteristiche di buona resistenza meccanica, di alta resistenza al fuoco e di ridotta conducibilità termica. In particolare, il materiale espanso secondo l'invenzione presenta le caratteristiche richieste per la sua applicazione in diversi settori industriali, nei trasporti e nelle costruzioni.

Forma inoltre oggetto dell'invenzione un procedimento di produzione di un materiale espanso a base di tannini vegetali, a partire dalla suddetta composizione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno più chiari dalla descrizione dettagliata che segue, fornita a titolo d’esempio non limitativo e riferita alle figure annesse in cui:

- la figura 1 Ã ̈ un grafico che rappresenta curve dei valori di resistenza alla compressione ottenuti sperimentalmente per due campioni di materiali espansi secondo la tecnica nota (STD e SF) e di un campione di materiale espanso secondo l'invenzione (M1),

- la figura 2 Ã ̈ un grafico che rappresenta curve dei valori ottenuti sperimentalmente per l'evoluzione nel tempo della temperatura, durante la preparazione dei materiali espansi STD, SF e M1, - la figura 3 Ã ̈ un grafico che rappresenta curve dei valori ottenuti sperimentalmente per l'evoluzione nel tempo della pressione, durante la preparazione delle schiume STD, SF e M1,

- la figura 4 à ̈ un grafico che rappresenta curve caratteristiche dei valori ottenuti sperimentalmente per la velocità di espansione e per la polarizzazione dielettrica in funzione del tempo, durante la preparazione del materiale espanso STD,

- la figura 5 à ̈ un grafico che rappresenta curve caratteristiche dei valori ottenuti sperimentalmente per la velocità di espansione e per la polarizzazione dielettrica in funzione del tempo, durante la preparazione del materiale espanso SF, e

- la figura 6 à ̈ un grafico che rappresenta curve caratteristiche dei valori ottenuti sperimentalmente per la velocità di espansione e per la polarizzazione dielettrica in funzione del tempo, durante la preparazione del materiale espanso M1.

Un materiale espanso secondo la presente invenzione viene preparato a partire da tannini condensati poliflavonoidici, alcol furfurilico, acqua, un catalizzatore, una sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente, convenientemente un isocianato in piccole quantità, ed eventualmente uno o più additivi.

I tannini vegetali utilizzati sono tannini condensati poliflavonoidici, ad esempio tannini estratti dalla corteccia di Mimosa, (Acacia mearnsii, Acacia mollissima, Acacia mangium), dal legno di Quebracho (Schinopsis lorenzii, Schinopsis balansae), dalla corteccia di pino (Pinus pinaster), di Abete (Picea abies), di Pecan (Carya illinoensis), nonché da legno e corteccia di Catechu (Acacia catechu).

I tannini vengono impiegati sotto forma di polvere, secondo una quantità compresa tra il 40 e il 50% in peso della composizione.

L'alcol furfurilico à ̈ un prodotto di origine naturale ottenuto mediante riduzione catalitica con idrogeno del furfurale, che si ottiene dall'idrolisi acida di zuccheri e di scarti delle lavorazioni agricole. L'alcol furfurilico à ̈ utilizzato nella composizione dell'invenzione in una proporzione tale da permettere di ottenere un materiale espanso che sia totalmente esente da formaldeide. In particolare, viene utilizzata una quantità di alcol furfurilico maggiore del 15% in peso della composizione.

La composizione comprende anche una sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente, tipicamente utilizzata in una quantità relativamente piccola, e comunque non maggiore del 10% in peso della composizione. Preferibilmente tale sostanza consiste in un isocianato. In alternativa, esso potrebbe essere sostituito almeno parzialmente da altre sostanze in grado di sviluppare gas a seguito della temperatura della reazione o dell'acidità richiesta per catalizzare la reazione, quali il nitrito di ammonio o il bicarbonato di sodio, come noto dalla letteratura relativa ad altri materiali espansi.

Nel caso preferito dell'impiego di isocianato, questo à ̈ utilizzato sotto forma di isocianato monomerico, polimerico o modificato, ad esempio metilen-difenil-diisocianato (MDI) o difenilmetandiisocianato-polimerico (PMDI), oppure di una loro combinazione, secondo una quantità generalmente inferiore all'1% in peso della composizione.

L’impiego di isocianato in piccole dosi ha vari effetti sulla formazione del materiale espanso e sulle caratteristiche del prodotto ottenuto. In primo luogo, permette di liberare diossido di carbonio (CO2) nel corso della fase di polimerizzazione del materiale espanso, che funge da agente espandente a seguito della sua reazione con l’acqua e con il tannino della composizione, e rende quindi possibile evitare l’uso di solventi bassobollenti.

Inoltre, l'isocianato accresce la capacità della reazione di liberare calore, ovvero di essere esotermica, ottimizzando la fase di polimerizzazione.

Grazie alla presenza dell'isocianato, le proprietà meccaniche del materiale espanso ottenuto risultano migliorate. Infatti, l’isocianato reagisce con i gruppi –CH2OH e =CHOH formati nei tannini per reazione con l’alcol furfurilico, e con i gruppi –CH2OH residui dell’alcol furfurilico e dei suoi oligomeri, per cui i gruppi uretani che si formano durante la costituzione della resina espansa sono più elastici, il che permette di ottenere una distribuzione migliore delle tensioni meccaniche nel volume del materiale polimerico espanso ottenuto.

Come catalizzatore viene utilizzato un acido, allo scopo d'innescare reazioni chimiche di policondensazione. L’acido può essere, ad esempio, acido para-toluensolfonico (p-TSA), acido fosforico oppure acido tricloroacetico. Convenientemente, il catalizzatore à ̈ una soluzione acquosa al 65% in peso di p-TSA, utilizzata secondo una quantità inferiore al 20% in peso della composizione. In alternativa o in aggiunta all'acqua, il catalizzatore può essere disciolto in glicerina o altri alcoli o polialcoli.

Alla composizione viene aggiunta acqua secondo una proporzione in peso fino al 15% della composizione, oltre alle piccole percentuali d'acqua già presenti nel tannino e negli altri reattivi.

La composizione così definita che, come detto sopra, comprende principalmente tannini, alcol furfurilico, acqua, un catalizzatore e piccole quantità di una sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente, convenientemente un isocianato, consente di ottenere una schiuma solida che deriva per circa il 90% da risorse naturali disponibili e rinnovabili, diversamente da quanto avviene nei materiali espansi comunemente utilizzati, nei quali vengono ampiamente utilizzati prodotti derivati dall'industria petrolchimica, quindi di origine non naturale.

Possono essere aggiunti alla composizione uno o più additivi, secondo una proporzione variabile fino al 10% in peso.

Questi additivi possono comprendere, a titolo di esempio non limitativo:

- agenti emulsionanti, disperdenti, surfattanti, ad esempio olio di ricino etossilato, polietilenglicoli, allo scopo di migliorare l’omogeneità della composizione, che agiscono come stabilizzanti durante il processo di formazione del materiale espanso, migliorandone anche la bagnabilità in acqua;

- agenti plastificanti, allo scopo di diminuire la friabilità del materiale espanso ottenuto;

- agenti d'accrescimento della resistenza al fuoco e di riduzione del tempo di auto-estinzione, quali acido borico, acido fosforico, o loro miscele e derivati;

- nanoparticelle con funzione di filler per aumentare la resistenza meccanica del materiale espanso,

o una loro qualunque combinazione.

Inoltre, possono essere impiegati altri agenti di polimerizzazione (curing agents) come, ad esempio, gliossale, esamìna, acetaldeide, propionaldeide, butirraldeide, furaldeide.

Il gas liberato durante la reazione, che costituisce l’agente espandente, à ̈ tipicamente diossido di carbonio generato dalla reazione dell'isocianato con l’acqua e con il tannino presenti nella composizione, per cui non à ̈ richiesto l'uso di composti altamente volatili in qualità di agenti espandenti, come era invece necessario per i materiali espansi della tecnica nota.

Il procedimento di preparazione del materiale espanso comprende, a titolo d'esempio, la preparazione iniziale di una miscela omogeneizzata che, come esposto in maggiore dettaglio nell’esempio che segue, include i tannini, l'alcol furfurilico, l'acqua e gli eventuali additivi. Successivamente, si aggiunge alla miscela la sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente, ad esempio un isocianato, e si esegue una nuova fase di omogeneizzazione, dopo di che viene aggiunto alla miscela ottenuta il catalizzatore.

Il procedimento può essere automatizzato in modo da controllare la dosatura dei singoli componenti della composizione, nonché i tempi e le temperature delle varie fasi.

L'invenzione viene illustrata in maggiore dettaglio con riferimento all'esempio seguente, di una composizione e di un procedimento per l’ottenimento di un materiale espanso a base di tannini.

Esempio 1

Nella seguente Tabella 1 sono indicate le composizioni di alcuni materiali espansi a base di tannini, allo scopo di eseguire un loro confronto. In particolare, i materiali espansi denominati STD e SF sono stati ottenuti da una composizione e per mezzo di un procedimento tradizionali che impiegano solventi altamente volatili, mentre i materiali espansi denominati M1, M2 e M3 sono stati ottenuti a partire da composizioni e mediante un procedimento secondo l'invenzione. Ai fini dell'esempio, come catalizzatore, nelle varie composizioni, à ̈ stato utilizzato acido para-toluensolfonico (p-TSA) secondo una quantità fissa di una soluzione acquosa, tipicamente del 65% in peso, nonostante possano essere utilizzati anche gli altri catalizzatori acidi sopra riferiti, e tutti i materiali ottenuti comprendono la medesima quantità di tannino e di acqua.

Mentre i materiali espansi M1, M2 e M3 sono totalmente esenti da formaldeide e da solventi volatili, entrambi i materiali STD e SF comprendono dietiletere, e il solo materiale STD comprende sia dietiletere sia formaldeide.

Tabella 1 – Composizione di materiali espansi a base di tannini

Formulazione STD SF M1 M2 M3 Tannino (g) 30 30 30 30 30 p-TSA (65%) (g) 11 11 11 11 11 Alcol furfurilico (g) 10.5 21 21 21 21 Formaldeide (g) 7.4 - - - -Dietiletere (g) 3 3 - - -Acqua (g) 6 6 6 6 6 pMDI (g) - - 0.4 0.4 0.4 PEG400 (g) - - - 0.6 -Propilenglicole-metiletere - - - - 0.6

L'ottenimento dei materiali M1, M2 e M3, avviene secondo il procedimento esposto di seguito.

La quantità di tannino dosata viene aggiunta gradualmente, sotto agitazione meccanica, ad una miscela di alcol furfurilico, acqua ed eventuali additivi. Dopo aver agitato energicamente la miscela fino a ottenere la sua completa omogeneità, la quale risulta poi stabile nel tempo a varie condizioni ambientali, il che ne permette il trasporto come intermedio. A questa miscela poi, al momento dell'uso, l'isocianato, e si agita nuovamente fino alla completa omogeneità. Viene quindi aggiunto il catalizzatore p-TSA, e si mantiene l’agitazione per un tempo necessario ad omogeneizzarlo alla massa, dopo di che la miscela ottenuta viene trasferita in un recipiente con funzione di stampo, allo scopo di ottenere una forma desiderata del materiale espanso.

Dopo un tempo d'induzione, che alla temperatura ambiente à ̈ di circa 110-120 secondi, in funzione della composizione utilizzata, inizia l’espansione della composizione.

Nella preparazione delle schiume SF e STD à ̈ stato utilizzato un procedimento simile, in cui à ̈ stato aggiunto dietiletere subito prima del catalizzatore. La formaldeide, nel caso della formulazione STD, à ̈ stata aggiunta insieme all’alcol furfurilico.

Analisi dei campioni dei materiali ottenuti

I materiali espansi ottenuti sono stati tagliati in pezzi di dimensioni note in modo da ottenere campioni adatti ad essere esaminati e confrontati, nonché per determinare la loro densità apparente.

Dall'esame dei campioni ottenuti, si può notare che tutti presentano una struttura di aspetto omogeneo, esente da difetti apparenti. L’aggiunta di piccole quantità di PEG400 o di altri glicoli eteri come emulsionanti o disperdenti, migliora la miscelazione dei componenti della composizione dell’invenzione, poiché ne riduce la viscosità (materiali M2 e M3). Le proporzioni del resto dei reattivi à ̈ regolata finemente così da ottenere una composizione equilibrata.

La conducibilità termica dei campioni à ̈ stata determinata a temperatura ambiente mediante il metodo transitorio denominato Transient Plane Source (TPS, Hot Disk TPS 2500). La resistenza alla compressione à ̈ stata valutata attraverso uno strumento di valutazione universale INSTRON 5944 applicando una velocità di traslazione o di spostamento di 2 mm/min.

L'evoluzione dei parametri fisici nel corso della formazione delle schiume à ̈ stata studiata preparando le stesse composizioni della Tabella 1 in un sistema FOAMAT modello 281, allo scopo di valutare contemporaneamente la velocità d'espansione, la velocità di polimerizzazione, la pressione, e la temperatura, durante tutto il processo.

Risultati sperimentali

I risultati ottenuti dai campioni di materiali espansi aventi le composizioni indicate nella Tabella 1, sono riportati nella seguente Tabella 2.

Tabella 2 - Caratterizzazione dei campioni STD, SF, M1, M2 e M3

STD SF M1 M2 M3 Densità apparente (g/cm<3>) 0.062 0.055 0.070 0.075 0.068 Conducibilità termica (W/mK) 0.049 0.043 0.044 0.044 0.042

Tutte le schiume ottenute sono leggere, poiché la loro densità apparente à ̈ inferiore a 1 g/cm<3>. Le composizioni M1, M2, M3 secondo l'invenzione presentano una conducibilità termica simile a quella della schiuma SF (senza formaldeide, e includente il dietiletere), e inferiore a quella determinata per il campione STD (con formaldeide e dietiletere).

Si può quindi concludere che le nuove composizioni dell'invenzione, prive di formaldeide e di agenti schiumanti bassobollenti, permettono di ottenere un materiale con buone proprietà di isolamento termico.

Qui di seguito sono riportati alcuni commenti sulle caratteristiche del solo campione M1, i campioni M2 e M3 essendo molto simili ad esso.

Le caratteristiche ottenute dalle prove di compressione eseguite sui campioni delle schiume STD, SF e M1, sono rappresentate nella Figura 1.

Il materiale STD (con formaldeide e dietiletere) risulta fragile e rigido, mentre le schiume SF e M1 (prive di formaldeide) presentano un modulo elastico significativamente inferiore e sono pertanto più elastiche, e non si fratturano facilmente. Infatti, à ̈ noto che la formaldeide tende ad immobilizzare le molecole di tannino durante le reazioni di cross-linking, il che determina una polimerizzazione incompleta e la formazione di un reticolo polimerico fragile. Quindi, l’assenza di formeldeide permette di ottenere catene polimeriche molto più flessibili.

Confrontando le curve di resistenza alla compressione della Figura 1, si nota che la schiuma M1 (senza formaldeide e senza etere) à ̈ più elastica e resistente della schiuma SF (senza formaldeide e con dietiletere), il che rappresenta un notevole miglioramento rispetto alle schiume al tannino senza formaldeide finora note. Il comportamento della schiuma M1 sottoposta a compressione à ̈ conseguenza dalla reazione dell’isocianato aggiunto alla composizione dell'invenzione, con i gruppi – CH2OH dell’alcol furfurilico e con quelli generati dal tannino. Gli uretani formati a seguito della reazione migliorano le proprietà meccaniche della schiuma, che risulta più elastica, e consentono una migliore distribuzione delle tensioni meccaniche nel materiale espanso.

Le figure 2 e 3 riportano rispetivamente le curve della temperatura e della pressione misurate durante la formazione delle schiume STD, SF e M1, mentre le figure 4 a 6 illustrano la velocità di espansione e la polarizzazione dielettrica misurate per i campioni STD, SF e M1, rispettivamente.

In generale, le curve delle figure 2 a 6 evidenziano che i parametri fisici della schiuma M1 dell'invenzione evolvono diversamente da quelli delle schiume note STD e SF che contengono formaldeide e/o solventi volatili.

Si nota infatti (figura 2) che la temperatura massima (102°C) raggiunta dalla composizione M1 dell'invenzione, à ̈ superiore alla temperatura massima ottenuta per le composizioni SF e STD (minore di 90°C). Ciò consegue dall’impiego dell’isocianato nel campione M1, grazie a cui la reazione esotermica consente di aumentare la temperatura del sistema, ottimizzando il processo di reticolazione. Inoltre, come già detto, l'impiego dell'isocianato consente di produrre la CO2necessaria alla formazione del materiale espanso.

Nel caso della composizione M1 dell'invenzione si ottiene un picco di pressione, a circa 190 secondi (figura 3), che à ̈ significativamente inferiore di quello che si registra per il campione STD (a circa 80 secondi). L’uso di formaldeide e di solventi volatili nel campione STD comporta un aumento considerevole della pressione, a seguito della quale la sua struttura risulta più fragile. L’aumento di pressione nella composizione SF à ̈ simile a quella che si verifica per la composizione del materiale M1. La composizione M1, priva di solventi bassobollenti, presenta un aumento graduale della pressione a partire da circa 340 secondi, corrispondente alla fase di polimerizzazione della schiuma (vedere anche il profilo della polarizzazione dielettrica della figura 6). L'aumento progressivo della pressione della composizione del campione M1 à ̈ conseguenza della presenza di CO2che si libera durante la reazione dell’isocianato con l'acqua della composizione durante la reticolazione, e che permette uno sviluppo di una maggiore porosità nel materiale, senza comportare né un collasso né una rottura della sua struttura.

I profili della velocità di espansione (calcolata in funzione dell'aumento dell'altezza della schiuma) e della polarizzazione dielettrica, misurati durante la preparazione dei campioni STD, SF e M1, rispettivamente, sono riportati nelle figure 4, 5 e 6. L'entità della polarizzazione dielettrica fornisce un'informazione sullo stato di polimerizzazione della relativa composizione. Questo parametro diminuisce drasticamente quando inizia la reticolazione, e progredisce fino allo stato d'immobilizzazione delle molecole.

Nel caso dei campioni STD e SF, la reticolazione avviene più lentamente rispetto all'espansione, mentre per la composizione M1 i due processi avvengono in modo praticamente simutaneo. Ciò costituisce un aspetto vantaggioso dal punto di vista delle proprietà meccaniche del materiale ottenuto con il procedimento.

In conclusione, la composizione e il procedimento di produzione di materiali espansi o alveolari a base di tannini secondo la presente invenzione sono vantaggiosi rispetto a quelli finora noti. Essi, infatti, sono di carattere ecologico perchà ̈ non comportano l'impiego né di formaldeide né di solventi bassobollenti, e sono derivati da materie prime rinnovabili ampiamente disponibili. I materiali espansi ottenuti dalla composizione e dal procedimento dell'invenzione presentano buone proprietà isolanti e un'ottima resistenza meccanica, insieme a caratteristiche di non infiammabilità, di basso impatto ambientale, e possono essere prodotti con un basso costo.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Composizione per la fabbricazione di un materiale espanso comprendente tannini flavonoidici, principalmente del tipo prorobineditinidinico e/o profisetinidinico, secondo una quantità in peso compresa generalmente fra il 40% e il 50% in peso della composizione, alcol furfurilico secondo una quantità maggiore del 15% in peso della composizione e un catalizzatore acido, caratterizzata dal fatto che contiene una quantità di acqua non maggiore del 15% in peso della composizione, e dal fatto che include una sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente, tale sostanza essendo utilizzata secondo una quantità non maggiore del 10% in peso della composizione, la composizione essendo totalmente priva di formaldeide e di solventi organici bassobollenti.
2. 2. Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente à ̈ un isocianato, utilizzato secondo una quantità minore dell'1% in peso della composizione.
3. 3. Composizione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto isocianato consiste in metilen-difenil-diisocianato (MDI) o in difenilmetan-diisocianato-polimerico (PMDI), o in una loro combinazione, e dal fatto che permette di liberare diossido di carbonio (CO2) con funzione di agente espandente nel corso della fase di polimerizzazione del materiale espanso.
4. 4. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzata dal fatto che detto catalizzatore à ̈ un acido quale acido ptoluensolfonico, acido fosforico, o acido tricloroacetico.
5. 5. Composizione secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detto catalizzatore acido à ̈ utilizzato in una soluzione che corrisponde ad una quantità minore del 20% in peso della composizione.
6. 6. Composizione secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detta soluzione à ̈ una soluzione acquosa in cui il catalizzatore acido corrisponde a circa il 65% in peso della soluzione.
7. 7. Composizione secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che il catalizzatore acido di detta soluzione à ̈ disciolto in glicerina oppure in alcoli o polialcoli.
8. 8. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, caratterizzata dal fatto che contiene additivi quali agenti emulsionanti, disperdenti, surfattanti, e/o agenti d'accrescimento della resistenza al fuoco e di riduzione dell'auto-estinzione e/o nanoparticelle con funzione di filler, e/o agenti di polimerizzazione, secondo una quantità complessiva non maggiore del 10% in peso della composizione.
9. 9. Composizione secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detti agenti d'accrescimento della resistenza al fuoco e di riduzione dell'auto-estinzione consistono in acido borico e/o acido fosforico o in loro derivati, o in una loro combinazione.
10. 10. Composizione secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detti agenti di polimerizzazione consistono in gliossale, esamina, acetaldeide, propionaldeide, butirraldeide e/o furaldeide, o in una loro combinazione.
11. 11. Materiale espanso organico a base di tannini, caratterizzato dal fatto che à ̈ ottenuto da una composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 10.
12. 12. Procedimento per la fabbricazione di un materiale espanso, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: - predisporre uno stampo di forma corrispondente a quella del prodotto da ottenere, - preparare una miscela contenente quantità dosate di alcol furfurilico, acqua e tannini, - eseguire una prima fase di omogeneizzazione, - aggiungere alla miscela così ottenuta una sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente, - eseguire una seconda fase di omogeneizzazione, - aggiungere alla miscela un catalizzatore acido, - eseguire una terza fase di omogeneizzazione, - trasferire la miscela in detto stampo.
13. 13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detta sostanza atta a sviluppare un gas con funzione di agente espandente à ̈ un isocianato, e dal fatto che detto isocianato viene aggiunto secondo una quantità non maggiore dell'1% in peso della miscela finale.
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detto isocianato consiste in metilen-difenil-diisocianato (MDI) o in difenilmetan-diisocianato-polimerico (PMDI), o in una loro combinazione.
15. 15. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 12 a 14, caratterizzato dal fatto che detti tannini sono tannini flavonoidici, principalmente del tipo prorobineditinidinico e/o profisetinidinico, sotto forma di una polvere secondo una quantità in peso compresa generalmente fra il 40% e il 50% in peso della miscela finale.
16. 16. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 12 a 15, caratterizzato dal fatto che include la fase di aggiungere alla miscela contenente l'alcol furfurilico e l’acqua, prima dell’aggiunta dei tannini alla miscela, quantità dosate di additivi, quali agenti emulsionanti, disperdenti, surfattanti, e/o agenti d'accrescimento della resistenza al fuoco e di riduzione dell'auto-estinzione, e/o nanoparticelle con funzione di filler, e/o agenti di polimerizzazione.
17. 17. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 12 a 16, caratterizzato dal fatto che la quantità di alcol furfurilico à ̈ maggiore del 15% in peso della miscela finale, dal fatto che la quantità di acqua à ̈ non maggiore del 15% in peso della miscela finale.
18. 18. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 12 a 17, caratterizzato dal fatto che il catalizzatore acido consiste in acido ptoluensolfonico (p-TSA), acido fosforico acido tricloroacetico o una loro combinazione, preferibilmente in soluzione acquosa, di glicerina, di alcoli oppure di polialcoli.