ITTO20130445A1 - Composizione per la fabbricazione di un materiale espanso a base di tannini privo di formaldeide, materiale espanso da essa ottenibile, e relativo procedimento. - Google Patents

Description

“Composizione per la fabbricazione di un materiale espanso a base di tannini privo di formaldeide, materiale espanso da essa ottenibile, e relativo procedimentoâ€

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda in generale i materiali espansi, altrimenti detti schiumosi o alveolari, con struttura sostanzialmente solida o rigida.

Questi materiali espansi vengono comunemente utilizzati in molte applicazioni industriali, come nel settore dei trasporti, dell'imballaggio, delle costruzioni edili, nell'industria automobilistica, aeronautica, nonché per applicazioni elettroniche, agricole, ecc., in particolare per la protezione contro gli urti e per l'isolamento.

Per queste applicazioni sono ritenute molto importanti le caratteristiche di bassa infiammabilità e di bassa tossicità.

Sono noti materiali espansi di tipo fenolico, poliuretanico, oppure a base di policloruro di vinile o di polistirene, utilizzati da tempo in vari settori. Fra questi, le schiume fenoliche presentano caratteristiche tecniche ottimali in vista degli impieghi più frequenti, che consistono in buone proprietà isolanti, bassa densità, resistenza al fuoco, bassa emissione di fumi e basso costo. Inoltre, le schiume fenoliche hanno una resistenza elevata nei confronti di solventi ed agenti chimici e, per la loro morfologia, permettono di dissipare efficacemente un'energia d'impatto mediante la deformazione e/o la rottura del loro scheletro, per cui vengono utilizzate come materiali d’imballaggio e nelle applicazioni in cui à ̈ richiesta una protezione dagli urti.

Tuttavia, le resine fenoliche presentano lo svantaggio di essere costituite completamente da sostanze sintetiche di origine petrolchimica, quindi non naturali che, considerando la crescente scarsità di risorse petrolchimiche facilmente disponibili, sono di fatto poco rinnovabili. Inoltre, soprattutto i materiali espansi fenolici, necessitano l'impiego di formaldeide e di fenolo nella loro sintesi, e durante le fasi della loro produzione fino alla completa reticolazione, emettono formaldeide nell’ambiente.

E' però noto che la formaldeide à ̈ un composto tossico che comporta quindi effetti nocivi per la salute, essendo classificata come sostanza sospetta cancerogena dalla UE e come sostanza certamente cancerogena dal CIRC (Centro Internazionale di Ricerche sul Cancro, affiliato all’OMS).

Lo scopo principale dell'invenzione à ̈ quello di fornire una composizione, nonché un relativo procedimento di preparazione, che permetta di ottenere un materiale espanso con buone proprietà fisiche e meccaniche tali da permettere il suo impiego nei vari settori sopra indicati, e che sia nel contempo derivato da sostanze ampiamente disponibili in natura, quindi con carattere di rinnovabilità, soprattutto di origine non petrolchimica, e che sia inoltre completamente esente da formaldeide.

In particolare, l'invenzione riguarda una composizione del tipo definito nel preambolo dell'annessa rivendicazione 1.

Una composizione per ottenere un materiale espanso privo di formaldeide à ̈ nota da WO-2013/010 668 a nome delle stesse Richiedenti, nonché da pubblicazioni scientifiche (G. Tondi, A. Pizzi, Industrial Crops and Products, 29, 2009, 356-363; C. Lacoste, M.C. Basso, A. Pizzi, M.-P. Laborie, A.Celzard, V., Fierro, Industrial Crops and Products, 43, 2013, 245-250).

Una composizione del tipo descritto in questi documenti à ̈ a base di tannini che, come noto, sono composti naturali di natura fenolica, non tossici e accettabili da un punto di vista ambientale. I tannini vegetali combinano un carattere di rinnovabilità, e quindi di eco-compatibilità, con un'elevata reattività e con un basso costo.

Lo scopo principale della presente invenzione à ̈ quello di fornire un materiale espanso alveolare ottenibile da una composizione a base di tannini, che abbia carattere ecologico, che sia privo di formaldeide, che sia adatto ad una grande serie di applicazioni potenziali e che sia di basso costo.

Questo scopo viene raggiunto grazie alle caratteristiche menzionate nell'annessa rivendicazione 1.

E' noto dalla tecnica anteriore rappresentata dai documenti sopra menzionati, preparare un materiale espanso di tipo tannino-furanico mediante impiego di tannini vegetali e di alcol furfurilico, in cui l'indurimento del materiale espanso viene ottenuto mediante un catalizzatore acido.

Tuttavia, la presenza di un catalizzatore acido nella produzione di tali materiali espansi può costituire un limite alle possibilità di applicazione, particolarmente nel caso in cui il materiale espanso ottenuto debba essere posto a contatto con strutture o elementi di metallo o di legno, poiché l'acidità residua dovuta alla presenza del catalizzatore acido può provocare fenomeni di corrosione nel caso di contatto con un metallo, oppure alla degradazione della cellulosa per idrolisi nel caso del contatto con il legno.

Di conseguenza, secondo un aspetto dell'invenzione, il catalizzatore utilizzato nella composizione à ̈ un catalizzatore basico.

In particolare, ciò consente di ottenere un materiale espanso a base di tannini privo di formaldeide, che può essere posto a contatto diretto di materiali metallici o legnosi senza comportare un degrado di tali materiali.

Può tuttavia essere necessario ottenere materiali espansi con bassa concentrazione di ioni salini a seguito di specifiche richieste dell'industria. In questo caso deve essere evitata la presenza di composti alcalini e di sali.

Secondo un altro aspetto dell'invenzione, il catalizzatore utilizzato nella composizione à ̈ un catalizzatore acido.

Ciò consente di ottenere un materiale espanso a base di tannini privo di formaldeide, che sia anche privo di composti alcalini nonché di sali.

Un altro scopo dell'invenzione à ̈ quello di proporre una materiale espanso a partire dalla suddetta composizione, nonché un procedimento per ottenere tale materiale espanso a partire dalla 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'immagine ottenuta tramite microscopio elettronico per una sezione di un campione di un materiale espanso ottenuto da una composizione secondo l'invenzione,

la figura 2 Ã ̈ un grafico che rappresenta il comportamento meccanico, particolarmente la deformazione percentuale del materiale espanso della figura 1 in funzione di un carico di compressione ad esso applicato.

DESCRIZIONE GENERALE DELLA COMPOSIZIONE

Un materiale espanso secondo l'invenzione viene ottenuto a partire da una composizione totalmente priva di formaldeide, che include essenzialmente tannino, un agente di condensazione, un agente espandente ed un catalizzatore.

Il tannino impiegato può essere dei tipi seguenti:

- un tannino condensato del tipo procianidinico e/o prodelfinidinico, ad esempio ottenuto da pino (Pinus pinaster), da noci di Pecan (Carya illinoensis), da abete (Picea abies), da Douglas, e simili;

- un tannino condensato del tipo prorobinetinidinico e/o profisetinidinico, ad esempio di Mimosa (Acacia mearnsii, Acacia mollissima, Acacia mangium), Quebracho (Schinopsis lorentzii, Schinopsis balansae), e simili;

- un tannino idrolizzabile, ad esempio di castagno (Castanea sativa, Castanea vesca), di tara (Caesalpinia spinosa), e simili;

o una qualunque combinazione o miscela dei tannini qui sopra menzionati.

Può essere anche utilizzato un tannino derivato da una trasformazione o modificazione chimica dei tannini sopra elencati, ad esempio un tannino ossidato, acetilato, esterificato, etossilato, e/o con l'introduzione di gruppi amminici, o simili.

Il tannino, preferibilmente sotto forma di polvere, viene utilizzato secondo una quantità in peso generalmente compresa fra il 35% e il 50%.

In particolare, può essere conveniente utilizzare un tannino di Quebracho del tipo commercializzato con il nome FINTAN Q, oppure un Tannino di Castagno commercializzato con il nome FINTAN C, entrambi prodotti da Silvateam.

Il tannino può essere utilizzato a sé stante, ma convenientemente esso à ̈ disciolto o sospeso in un solvente quale acqua, etilenglicole, glicerina, dimetilsolfossido e/o loro miscele. Quando viene impiegato un tale solvente, la sua quantità in peso à ̈ generalmente minore del 50% in peso della composizione. Il solvente può essere aggiunto alla composizione, e/o essere già presente in uno qualunque dei componenti della composizione, ad esempio nello stesso tannino e/o nell’agente di condensazione.

Preferibilmente il solvente consiste in etilenglicole, eventualmente miscelato con acqua e/o glicerina.

L'agente di espansione à ̈ costituito da un solvente o da una o più sostanze capaci di generare in-situ un gas con funzione di sostanza espandente a seguito di una reazione chimica fra i componenti della composizione, della temperatura e/o del pH del mezzo.

In particolare, l'agente di espansione può essere un solvente con punto di ebollizione compreso tra 30°C e 110°C, preferibilmente tra 30°C e 70°C, come n-pentano, isopentano, ciclopentano, esano, etere etilico, etere isopropilico, 2-cloro propano, idrocarburi alogenati, o loro composti o miscele. In alternativa, l'agente di espansione può essere una sostanza atta a generare in-situ un gas espandente, quale un isocianato (di-isocianato monomerico, polimerico, modificato, poliuretano monocomponente o loro mescole), polvere di zinco ed alcuni sali, come i bicarbonati, i tartrati o loro composti o miscele. Anche l'acqua, eventualmente aggiunta ai vari componenti o già contenuta in essi, può svolgere in parte o del tutto il ruolo di agente di espansione.

L'agente di espansione viene utilizzato nella composizione dell'invenzione secondo una quantità in peso generalmente compresa fra il 2% e l'8%.

Nella composizione viene utilizzato un catalizzatore allo scopo di favorire la polimerizzazione del materiale espanso, il quale catalizzatore à ̈ impiegato secondo una quantità in peso generalmente compresa fra il 4% e il 15%.

A seconda dell'impiego del materiale espanso ottenibile dalla composizione, può essere preferibile che esso presenti caratteristiche basiche, nel qual caso verrà utilizzato un catalizzatore alcalino, oppure caratteristiche acide, nel qual caso verrà utilizzato un catalizzatore acido.

In particolare, il catalizzatore alcalino consiste in uno o più composti alcalini, quali un ossido e/o un idrossido e/o un silicato e/o un carbonato e/o un metilato e/o un etilato di sodio, di potassio, di litio, di bario, di calcio, di magnesio, e/o ammine e/o ammoniaca, o loro miscele. Questi composti alcalini possono essere impiegati in quanto tali oppure in soluzione o in dispersione acquosa, oppure in soluzione o in dispersione in un solvente come etilenglicole, butilglicole, glicerolo o simile, con una concentrazione compresa tra il 30% e il 70% in peso della soluzione o della dispersione. Preferibilmente, come catalizzatore alcalino viene impiegato idrossido di sodio in soluzione acquosa al 50%, o idrossido di calcio in sospensione acquosa o in dispersione in un glicole o in un glicerolo, preferibilmente in sospensione in etilenglicole al 30%.

Nel caso dell'impiego di un catalizzatore acido, questo consiste in uno o più composti acidi, quali uno o più acidi organici o inorganici, come acido paratoluensolfonico (p-TSA), xilensolfonico, fenolsolfonico, benzensolfonico, tricloroacetico, borico, fosforico, solforico, e simili o loro miscele. Questi acidi possono essere impiegati in quanto tali o in soluzione o in dispersione acquosa, oppure in soluzione o in dispersione in un solvente quale etilenglicole, butilglicole, glicerolo o simili, con una concentrazione compresa tra il 60% e l’80% in peso della soluzione o della dispersione. Preferibilmente, viene impiegato come catalizzatore alcalino acido paratoluensolfonico (p-TSA) in dispersione al 65% in etilenglicole.

L'agente di condensazione impiegato nella composizione consiste in uno o più composti in grado d'indurre la condensazione del tannino e/o copolimerizzare con esso, e include in particolare silice e/o un'aldeide diversa dalla formaldeide, e/o loro composti. Convenientemente, l'agente di condensazione comprende un'aldeide o una sostanza derivata da un'aldeide, quale una dialdeide, in particolare glutaraldeide, gliossale, acetaldeide, 5-idrossimetilfurfurale, acroleina, difurfurale, propionaldeide, butirraldeide, furfurale o un suo derivato, come anche alcol furfurilico, aldeidi terpeniche, esammina, o loro miscele, eventualmente impiegati in una miscela che comprende alcoli e/o polialcoli.

A seconda del fatto che la composizione comprenda un catalizzatore alcalino oppure acido, può essere conveniente impiegare un agente di condensazione differente e secondo proporzioni adatte al tipo di catalizzatore impiegato, fermo restando che la quantità in peso di agente di condensazione utilizzata nella composizione à ̈ generalmente compresa fra l'1% e il 40%.

Più specificamente, nel caso dell'impiego di un catalizzatore alcalino, l’agente di condensazione contiene silice, sotto varie forme, convenientemente sotto forma di silice colloidale, eventualmente miscelata con silicati, e/o un’aldeide, ad esempio glutaraldeide, gliossale, acetaldeide, 5-idrossimetilfurfurale, acroleina, difurfurale, propionaldeide, butirraldeide, furfurolo e suoi derivati, come anche alcol furfurilico, aldeidi terpeniche, esammina, e simili, o loro miscele, eventualmente in una miscela contenente alcoli e/o polialcoli.

Preferibilmente, l’agente di condensazione comprende glutaraldeide in soluzione acquosa al 25% o al 50%.

Nel caso dell'impiego di un catalizzatore acido, l’agente di condensazione include un’aldeide, quale glutaraldeide, aldeidi terpeniche, gliossale, acetaldeide, furfurale, acroleina, difurfurale, 5-idrossimetilfurfurale, propionaldeide, butirraldeide, esammina, e/o alcoli o polialcoli, come alcol furfurilico, oppure un amido, un amido ossidato, o miscele di tali sostanze. Preferibilmente, l’agente di condensazione comprende glutaraldeide in soluzione acquosa al 25% o al 50%.

Alla composizione possono essere aggiunti uno o più additivi, tipicamente secondo una quantità in peso che, complessivamente, à ̈ generalmente minore del 10% della composizione stessa.

Questi additivi possono comprendere, a titolo di esempio:

- agenti con funzione fluidificante e/o disperdente, quali tannini sintetici del tipo fenolico, disolfonico, o naftalenico, naftalensolfonati, ligninsolfonati, propilenglicole, n-butiletere, propilenglicole metiletere, etilglicole, dietilenglicole, dipropilenglicole, urea, tris-cloro-isopropil-fosfato, o simili;

- agenti con funzione emulsionante e/o stabilizzante, e/o tensionattivi non ionici e/o ionici, quali copolimeri polialchilsilossanopoliossialchili, prodotti di condensazione dell’ossido di etilene con olio di ricino, esteri degli acidi grassi polietossilati, tensioattivi appartenenti alla serie “Tween†, polieteri e polialcoli includenti prodotti di condensazione dell’ossido di etilene e/o dell’ossido di propilene con alchilfenoli, acidi grassi, alcoli grassi, ammine grasse, ossammine, alchilsilossani e siliconi, copolimeri a blocchi polipropilenglicolepolietilenglicole, lauriletere solfato di sodio etossilato, dodecilbenzensolfonato di sodio, diottil-solfosuccinato, paraffin-solfonato di sodio, o simili;

- agenti con funzione di acceleranti della polimerizzazione (curing), quali fenolo, metacresolo, cardanolo, metilglucosilati, alcol polivinilico, o simili;

- agenti con funzione di promotori di reticolazione (cross-linking), quali polivinilpirrolidone (PVP), difenilfosfito (DPP) o simili;

- agenti con funzione di accrescimento della resistenza meccanica, quali cariche organiche o inorganiche (filler), fibre di poliammide, isocianati, o simili;

- agenti idrofobizzanti, quali oli, lecitine, paraffine, o simili;

- agenti plastificanti, quali polialcoli, ad esempio glicerolo, polietilenglicoli o proteine come albumina, proteine della soia, o simili.

PROCEDIMENTO DI PRODUZIONE DEL MATERIALE ESPANSO

La composizione dell'invenzione permette di ottenere un materiale espanso tramite un procedimento in cui il tannino, sotto forma di polvere, eventualmente disciolto in un solvente, viene mescolato insieme all'agente di condensazione, all'agente di espansione ed agli eventuali additivi, eseguendo di volta in volta una fase di omogeneizzazione della miscela ottenuta.

Successivamente, alla miscela omogeneizzata così ottenuta viene aggiunto il catalizzatore, sia esso alcalino oppure acido, a seconda dell'esigenza specifica.

La miscela contenente il catalizzatore viene versata in uno stampo di forma corrispondente a quella del prodotto da ottenere, e portata ad una temperatura predefinita, cosiddetta di espansione, nell'intervallo compreso tra 20 e 120°C.

Dopo un tempo prefissato a questa temperatura, tipicamente dell'ordine di 2 a 4 ore, la miscela viene portata ad un'altra temperatura predefinita, cosiddetta di curing, nell'intervallo compreso tra 20°C e 120°C, ad esempio fra 35°C e 90°C, la quale viene mantenuta per tempo dell'ordine di 2 a 12 ore, fino al completamento della polimerizzazione del materiale espanso.

Preferibilmente, nel caso dell'impiego di una sostanza in grado di generare l'agente espandente in-situ, l'espansione e la polimerizzazione del materiale espanso avviene ad una temperatura compresa tra 30°C e 120°C, preferibilmente tra 40°C e 110°C, solitamente superiore a quella necessaria per i materiali espansi la cui composizione comprende un agente espandente costituito da solventi volatili. Naturalmente, le temperature impiegate, la quantità ed il tipo di catalizzatore nonché la presenza di additivi, influiscono sul tempo di espansione e di polimerizzazione del materiale espanso. Ad esempio, in un caso pratico d'impiego di un catalizzatore basico, la temperature di espansione può essere compresa fra circa 30°C e 100°C, mentre la temperatura di curing può variare fra circa 65°C e 120°C. In un caso pratico d'impiego di un catalizzatore acido, la temperature di espansione può essere compresa fra circa 30°C e 60°C (ad esempio fra 50°C e 60°C), e la temperatura di curing può variare fra circa 30°C e 90°C (ad esempio fra 50°C e 90°C).

ESEMPI

Si riportano qui di seguito, a titolo non limitativo, alcuni esempi di composizioni secondo l'invenzione, per i quali sono indicati nelle Tabelle 1 e 2, rispettivamente nel caso d'impiego di un catalizzatore alcalino oppure acido, i componenti utilizzati, secondo le relative percentuali in peso rispetto alla composizione finale, allo scopo di preparare una serie di campioni di materiali espansi.

PREPARAZIONE DI MATERIALI ESPANSI CON CATALIZZATORE ALCALINO OPPURE ACIDO

La seguente Tabella 1 riporta una serie di

campioni di materiali espansi, indicati con TF501,

S1, S2, S3, S4, S5, ottenuti per catalisi alcalina.

Componente CAMPIONE: TF501 S1 S2 S3 S4 S5

Tannino di Quebracho 42,3 37,9 46,2 45,2 47,5 39,0 di Castagno - - 1,1 1,1 1,2 0,9 Solvente Etilenglicole 1,4 46,3 13,0 12,7 13,4 19,9

Glicerina - - 5,5 5,4 5,7 4,7 Acqua 4,8 - 19,1 18,6 19,6 16,0 Agente di Silice - 2,5 1,4 1,4 1,5 1,2

condensazione<Glutaraldeide>

(sol. in acqua 50%)33,8 - - - - -Esammina

(sol. in acqua 30%)<1,4 - - - - ->Agente di Pentano 6,3 2,9 - - - -espansione Dietiletere - - 3,5 2,2 2,3 6,0 Additivi Tensionattivo 0,7 - 2,2 - - -DPP - - - - - 0,8 Catalizzatore NaOH ,4 8,0 13,4 - 11,5 alcalino(sol. in acqua 50%)9,3 10

Ca(OH)2(30%

in etilenglicole)<- - - - 8,8 ->

Tabella 1 - Materiali espansi ottenuti per catalisi alcalina (composizione % in peso) La seguente Tabella 2 riporta una serie campioni di materiali espansi, indicati con TF241, TF242, TF243, TF244, TF400, S6, ottenuti a seguito

di catalisi acida.

Componente CAMPIONE: TF241 TF242 TF243 TF244 TF400 S6 Tannino di Quebracho 43,8 41,9 42,3 39,0 42,3 43,2 di Castagno - - - 2,0 - 1,2 Solvente Etilenglicole 1,5 1,4 - 1,5 1,4 15,9

Glicerina - - - - - 5,2 Acqua - - - - - 17,2 Agente di<Glutaraldeide>

(sol. in acqua 50%)35,0 33,6 35,1 36,4 33,8 2,2 condensazione Silice - - - - - 1,3 Agente di

Pentano 6,6 6,3 4,9 5,1 7,0 6,6 espansione

Additivi Tensionattivo 2,9 2,8 2,2 2,9 2,8 -PVP/etilenglicole (1:1) - - 5,6 - - -DPP - - - 2,9 - -Catalizzatore p-TSA

acido(65% in etilenglicole)10,2 14,0 9,9 10,2 12,7 6,6

Tabella 2 - Materiali espansi ottenuti per catalisi acida (composizione % in peso) I vari campioni di materiali espansi indicati nelle Tabelle 1 e 2 sono stati ottenuti a partire dalle composizioni che comprendono i componenti indicati con le relative proporzioni, attuando il procedimento di produzione più sopra descritto.

Come tannini, rispettivamente di Quebracho e di Castagno, sono stati utilizzati i prodotti FINTAN Q e FINTAN C, entrambi commercializzati dalla Società italiana Silvateam.

Come silice à ̈ stato impiegato il prodotto denominato Sipernat 22 S commercializzato dalla Società Evonik Industries.

L'additivo indicato come tensionattivo nelle Tabelle 1 e 2 consiste in un copolimero polialchilsilossano-poliossialchili.

I vari materiali espansi a base di tannino e privi di formaldeide secondo l'invenzione, per ognuno dei campioni indicati nelle Tabelle 1 e 2, sono stati preparati come segue.

Dopo aver preparato la quantità prevista di tannino, essa à ̈ stata miscelata con l'eventuale solvente, poi con l'agente di condensazione, con gli eventuali additivi, con l'agente di espansione e, alla fine, con il catalizzatore prescelto. Dopo l'aggiunta di ciascun componente à ̈ stata effettuata una fase di omogeneizzazione della miscela fino alla sua completa uniformità. Successivamente, la quantità di miscela preparata per ogni campione di materiale espanso à ̈ stata trasferita in un recipiente con funzione di stampo, di capacità corrispondente al volume del prodotto da ottenere. Ogni recipiente à ̈ stato poi immerso in un bagno termostatico alla temperatura prestabilita, fino al verificarsi dell'espansione della miscela. Dopo un tempo generalmente compreso tra 2 e 4 ore, i recipienti sono stati trasferiti in una stufa dove ha avuto luogo la polimerizzazione dei materiali espansi, in un tempo compreso tra 2 e 12 ore.

Nelle seguenti Tabelle 3 e 4,sono riportate le temperature di espansione e di polimerizzazione, altrimenti detta "curing", utilizzate per la preparazione dei campioni dei vari materiali espansi, nuovamente indicati con TF501, S1, S2, S3, S4, S5, in relazione alla preparazione per catalisi alcalina, e con TF241, TF242, TF243, TF244, TF400, S6, in relazione alla preparazione per catalisi acida.

CAMPIONE: TF501 S1 S2 S3 S4 S5 Temperatura (°C) 70 65 100 30 90 50 di espansione

Temperatura (°C) 70 65 120 120 90 65 di curing

Tabella 3 – Temperature di preparazione dei materiali espansi per catalisi alcalina

CAMPIONE: TF241 TF242 TF243 TF244 TF400 S6 Temperatura (°C) 50 50 50 50 60 60 di espansione

Temperatura (°C) 50 50 50 50 60 90 di curing

Tabella 4 – Temperature di preparazione dei materiali espansi per catalisi acida

ANALISI DEI CAMPIONI OTTENUTI

I vari campioni di materiali espansi ottenuti sono stati tagliati in forma di parallelepipedo con dimensioni predeterminate, e sono stati pesati per misurare il loro peso specifico, o densità, apparente.

I vari campioni preparati sono risultati tutti omogenei e privi di difetti macroscopici. La superficie esterna dei vari campioni, anche dalla parte interna, à ̈ risultata essere molto fine e liscia, di colore compreso fra il rossiccio scuro e il marrone scuro. Lo stesso colore à ̈ stato riscontrato in altri campioni (non riferiti qui in dettaglio) preparati con l'impiego di tannini provenienti da altre specie vegetali.

Su ogni campione à ̈ stata poi condotta un'analisi allo scopo di valutare la conducibilità termica, misurata a 20°C mediante il metodo transitorio, Transient plane source (TPS, Hot Disck TPS 2500).

La resistenza alla compressione à ̈ stata misurata mediante un dinamometro di prova universale del tipo INSTRON 5944, applicando una velocità di compressione di 2mm/min.

La struttura microscopica à ̈ stata valutata utilizzando un microscopio elettronico a scansione del tipo SEM, modello Hitachi TM3000.

Per valutare la reazione al fuoco dei vari campioni di materiali espansi, essi sono stati essiccati sottoponendoli ad una temperatura di 50°C fino ad ottenere un loro peso costante, e poi mantenuti in un essiccatore. La fiamma di un bruciatore Bunsen à ̈ stata fatta incidere sul bordo inferiore dei campioni per 15 secondi allo scopo di misurare, una volta allontanata la fiamma, la velocità di propagazione del fuoco e l'eventuale distacco di particelle o di gocce infiammate in un

tempo di 20 secondi.

I risultati sperimentali ottenuti sono riassunti nelle seguenti tabelle 5 e 6 per ciascuno

dei campioni TF501, S1, S2, S3, S4, S5 preparati mediante catalisi alcalina, e per ciascuno dei campioni TF241, TF242, TF243, TF244, TF400, S6 preparati mediante catalisi acida.

CAMPIONE: TF501 S1 S2 S3 S4 S5 Densità apparente 0,073 0,25 0,32 0,41 0,22 0,08 (g/cm<3>)

Conducibilità termica 0,050 - - - - -(W/m•K)

Velocità di propagazione A.I. A.I. A.I. A.I. A.I. A.I. della fiamma (mm/s)

Distacco di particelle/ NO NO NO NO NO NO gocce infiammate

Tabella 5 – Risultati dell'analisi dei materiali espansi preparati per catalisi alcalina CAMPIONE: TF241 TF242 TF243 TF244 TF400 S6 Densità apparente 0,065 0,52 0,12 0,10 0,040 0,35 (g/cm<3>)

Conducibilità termica 0,042 0,038 - - 0,033 -(W/m•K)

Velocità di propagazione A.I. A.I. A.I. A.I. A.I. A.I. della fiamma (mm/s)

Distacco di particelle/ NO NO NO NO NO NO gocce infiammate

Tabella 6 – Risultati dell'analisi dei materiali espansi preparati per catalisi acida

In entrambe le tabelle 5 e 6, per una velocità

di propagazione della fiamma trascurabile, corrispondente ad un'auto-estinzione praticamente istantanea (1-2 secondi), Ã ̈ stata riportata la

sigla A.I. (Auto-Estinzione).

Considerando i valori delle densità misurate riportati nelle Tabelle 5 e 6, si può concludere

che la composizione dell'invenzione permette di ottenere materiali espansi particolarmente leggeri (TF241, TF242, TF400, TF501, S5) o relativamente

più densi (TF243, TF244, S1, S2, S3, S4, S6).

I materiali espansi TF241, TF242, TF400, TF501

e S5 risultano particolarmente adatti alle applicazioni nel settore dell'isolamento termico in vista dei bassi valori di conducibilità termica misurati. Gli altri materiali espansi qui sopra descritti sono più adatti per applicazioni di tipo agricolo, idroponico e floreale.

Secondo le prove eseguite, tutti i materiali espansi dell'invenzione risultano ottimali da un punto di vista della resistenza al fuoco, poiché hanno caratteristiche di auto-estinzione praticamente istantanee, e non presentano alcuna tendenza al distacco di gocce/particella infiammate.

La Figura 1 allegata rappresenta un'immagine della struttura del materiale espanso TF501 preparato mediante catalisi alcalina, ottenuta per mezzo di un microscopio elettronico a scansione SEM con ingrandimento 100x. Si può notare che la struttura di questo campione, rappresentativa anche della struttura degli altri campioni, à ̈ del tipo alveolare, nella quale sono chiaramente distinguibili le pareti o membrane delle varie celle nonché l’area racchiusa dalle celle, comunemente denominata "strut".

Nella Figura 2 à ̈ rappresentata sotto forma di grafico una curva di compressione ottenuta a seguito della misurazione della deformazione percentuale del campione del materiale espanso TF501 in funzione di un carico di compressione ad esso applicato, che à ̈ indicativa del comportamento meccanico di tale campione, nonché simile a quella degli altri campioni preparati. Questo grafico conferma che la struttura del campione in questione à ̈ sostanzialmente rigida. La resistenza meccanica misurata per questo campione à ̈ risultata essere approssimativamente di 0,14 MPa (20% di deformazione).

Claims (24)

1. RIVENDICAZIONI 1. Composizione per la fabbricazione di un materiale espanso a base di tannino, comprendente tannino, un agente di condensazione, un agente espandente ed un catalizzatore, la composizione essendo totalmente priva di formaldeide, caratterizzata dal fatto che la quantità di tannino in peso à ̈ compresa fra il 35% e il 50%, che la quantità in peso di agente di condensazione à ̈ compresa fra l'1% e il 40%, che la quantità in peso dell'agente espandente à ̈ compresa fra il 2% e l'8%, e che la quantità in peso di catalizzatore à ̈ compresa fra il 4% e il 15%.
2. 2. Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto agente di condensazione include silice e/o un'aldeide diversa dalla formaldeide, e/o loro composti.
3. 3. Composizione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto agente di condensazione comprende un’aldeide o una sostanza derivata da un'aldeide, quale una dialdeide, particolarmente glutaraldeide, gliossale, acetaldeide, 5-idrossimetilfurfurale, acroleina, difurfurale, propionaldeide, butirraldeide, furfurale, aldeidi terpeniche, esammina, o loro miscele, eventualmente miscelati con alcoli e/o polialcoli.
4. 4. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizzata dal fatto che detto agente di espansione à ̈ un solvente con punto di ebollizione compreso tra 30°C e 110°C, preferibilmente tra 30°C e 70°C, quale un idrocarburo come n-pentano, isopentano, ciclopentano, esano, 2-cloro propano e/o idrocarburi alogenati, e/o dietiletere, e/o loro composti o miscele.
5. 5. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzata dal fatto che comprende un solvente secondo una quantità in peso minore del 50%.
6. 6. Composizione secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detto solvente comprende acqua, etilenglicole, glicerina e/o dimetilsolfossido, o loro miscele.
7. 7. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, caratterizzata dal fatto che comprende almeno un additivo quale un agente fluidificante, un agente disperdente, un agente emulsionante, un agente stabilizzante, un agente tensionattivo, un agente di accelerazione della polimerizzazione o della reticolazione, un agente idrofobizzante, un agente plastificante e/o cariche organiche o inorganiche, secondo una quantità in peso complessivamente minore del 10%.
8. 8. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, caratterizzata dal fatto che detto catalizzatore à ̈ un catalizzatore basico.
9. 9. Composizione secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detto catalizzatore basico comprende un ossido, un idrossido, un silicato di sodio, di potassio, di litio, di bario, di calcio e/o di magnesio, e/o un sale quale un carbonato, un metilato e/o un etilato di sodio, di potassio, di litio, di bario, di calcio e/o di magnesio, e/o ammoniaca o suoi derivati, oppure loro miscele.
10. 10. Composizione secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che detto catalizzatore basico à ̈ idrossido di sodio in soluzione acquosa al 50%, oppure idrossido di calcio in soluzione acquosa o in dispersione in un glicole o in un triolo, preferibilmente in sospensione in etilenglicole al 30%.
11. 11. Composizione secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detto agente di condensazione contiene silice, preferibilmente sotto forma di silice colloidale, eventualmente miscelata con silicati.
12. 12. Composizione secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che detto agente di condensazione contiene glutaraldeide in soluzione acquosa al 50%, ed esammina in soluzione acquosa al 30%.
13. 13. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 a 12, caratterizzata dal fatto che detto agente di espansione à ̈ pentano o dietiletere.
14. 14. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 a 13, caratterizzata dal fatto che detto almeno un additivo consiste in un agente tensionattivo, quale un copolimero polialchilsilossano-poliossialchili, oppure in difenilfosfito (DPP).
15. 15. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, caratterizzata dal fatto che detto catalizzatore à ̈ un catalizzatore acido.
16. 16. Composizione secondo la rivendicazione 15, caratterizzata dal fatto che detto catalizzatore acido comprende uno o più acidi organici, particolarmente un acido solfonico quale acido paratoluensolfonico (p-TSA), acido xilensolfonico, acido fenolsolfonico, acido benzensolfonico, o un acido acido acetico quale acido tricloroacetico, e/o uno o più acidi inorganici quali acido borico, acido fosforico, acido solforico, o loro miscele.
17. 17. Composizione secondo la rivendicazione 16, caratterizzata dal fatto che detto catalizzatore acido à ̈ acido paratoluensolfonico (p-TSA), preferibilmente in soluzione acquosa o in dispersione in un glicole o in glicerina, preferibilmente in soluzione al 65% in etilenglicole.
18. 18. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15 a 17, caratterizzata dal fatto che detto agente di condensazione contiene glutaraldeide in soluzione acquosa al 25% o al 50%, ed eventualmente silice, preferibilmente sotto forma di silice colloidale, eventualmente miscelata con silicati.
19. 19. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15 a 18, caratterizzata dal fatto che detto agente di espansione à ̈ pentano.
20. 20. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15 a 19, caratterizzata dal fatto che detto almeno un additivo consiste in un agente tensionattivo, quale un copolimero polialchilsilossano-poliossialchili, eventualmente insieme a difenilfosfito (DPP) e ad una miscela di polivinilpirrolidone (PVP) e di etilenglicole.
21. 21. Materiale espanso organico a base di tannini, caratterizzato dal fatto che à ̈ ottenuto da una composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 20.
22. 22. Procedimento per la fabbricazione di un materiale espanso a base di tannino, ottenibile da una composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 20, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: - predisporre uno stampo che definisce la forma di un prodotto da ottenere, - predisporre un tannino in polvere del tipo condensato, quale un tannino procianidinico e/o prodelfinidinico, e/o un tannino prorobinetinidinico e/o profisetinidinico, e/o un tannino del tipo idrolizzabile, e/o un tannino derivato da una trasformazione o modificazione chimica di detti tannini, - omogeneizzare detto tannino insieme ad un eventuale solvente, - aggiungere alla miscela un agente di condensazione ed omogeneizzare la miscela con l'agente di condensazione, - aggiungere alla miscela almeno un eventuale additivo ed omogeneizzare la miscela con detto eventuale additivo, - aggiungere alla miscela un agente di espansione ed omogeneizzare la miscela con l'agente di espansione, - aggiungere alla miscela un catalizzatore ed omogeneizzare la miscela con il catalizzatore, - versare la miscela ottenuta in detto stampo, - sottoporre la miscela nello stampo ad una temperatura di espansione compresa fra circa 20°C e 120°C per un tempo generalmente compreso fra 2 e 4 ore, - sottoporre la miscela nello stampo ad una temperatura di curing compresa fra circa 20°C e 120°C, preferibilmente tra circa 35°C e 120°C, mantenendo tale temperatura fino alla completa polimerizzazione del materiale espanso, particolarmente per un tempo generalmente compreso fra 2 e 12 ore.
23. 23. Procedimento secondo la rivendicazione 22, caratterizzato dal fatto che detto catalizzatore à ̈ un catalizzatore basico, dal fatto che detta temperature di espansione à ̈ compresa fra circa 30°C e 100°C, e dal fatto che detta temperatura di curing à ̈ compresa fra circa 65°C e 120°C.
24. 24. Procedimento secondo la rivendicazione 23, caratterizzato dal fatto che detto catalizzatore à ̈ un catalizzatore acido, dal fatto che detta temperature di espansione à ̈ compresa fra circa 30°C e 60°C, e dal fatto che detta temperatura di curing à ̈ compresa fra circa 30°C e 90°C.