ITTS20120005A1 - Materiali compositi a base di ossidi/idrossidi inorganici e farine di origine vegetale per pannelli isolanti e loro processo di produzione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al processo di agglomerazione di farine di origine vegetale (con dimensione delle particelle inferiore a 250 micron) arricchite di polveri di ossidi/idrossidi inorganici. L’agglomerazione delle particelle si realizza utilizzando leganti di orìgine organica oppure inorganica.

La trasformazione o il recupero di residui e sottoprodotti à ̈ un tema che sta acquistando importanza nelle strategie aziendali per migliorare la produttività. Sta diventando sempre più importante introdurre nelle politiche aziendali, legate sia alla gestione che alla produzione, i fattori che prendono in considerazione l'ambiente al fine di definire cicli produttivi con un impatto minimo sull'ambiente.

Il recupero e trasformazione di sottoprodotti di lavorazione, sono tra gli scopi di questa invenzione; questo sistema di gestione permette di incrementare la sostenibilità aziendale e di avere un contributo favorevole alla riduzione delle emissioni di gas serra nell'atmosfera. Infatti la farina di sughero ha come destinazione finale principale il recupero energetico via combustione.

Inoltre, la tendenza del mercato à ̈ verso l’utilizzo di prodotti naturali o a base naturale, che abbiano un basso impatto ambientale durante tutto il loro ciclo di vita. Allo stesso tempo sono però richieste prestazioni elevate, che comportano, nel campo dell’isolamento termico, una maggiore efficienza con una riduzione dei consumi. Oltre all’efficienza, uno dei principali indicatori globali à ̈ il carbon footprìnt (gas serra) che costituisce un nuovo target nella progettazione di macchine ed edifici. Risulta quindi importante scoprire nuove modalità per utilizzare i materiali di scarto delle realtà produttive, rendendole efficienti e sostenibili.

Questa invenzione à ̈ applicabile all’utiiizzo degli scarti industriali derivanti dalla lavorazione del legno e, preferibilmente, dagli scarti di lavorazione nell'industria dei tappi di sughero e di macinazione delle plance di sughero.

L’utilizzo dei residui di lavorazione permette di aumentare la produttività e di valorizzare gli scarti di lavorazione in un campo in forte espansione, l’edilizia ecosostenibile.

Arricchire le farine di origine naturale con polveri inorganiche permette di incrementare le proprietà isolanti del prodotto finale. Infatti, le proprietà isolanti dei materiali ceramici porosi sono ben note e questa tipologia di materiali à ̈ largamente utilizzata nei settori industriali e civili come isolanti termici.

Anche i materiali descritti nell'applicazione brevettale W02008077876A1 , data la loro elevata porosità, hanno dimostrato proprietà isolanti eccellenti, tuttavia, la loro natura di polvere non ne permette un facile utilizzo diretto. I motivi per cui l'elevata porosità conferisce la proprietà termoisolante sono chiaramente descritti in W02008077876A1.

Quando si parla di farine di origine vegetale, la problematica principale à ̈ compattarle ottenendo dei materiali leggeri, meccanicamente resistenti e performanti. Questa invenzione soddisfa queste esigenze.

US4447345 insegna che per ottenere prodotti di interesse commerciale quali pannelli isolanti semirigidi che possano essere anche formati secondo la necessità, à ̈ necessario addizionare ai materiali porosi a base di polvere delle fibre inorganiche, eventuali opacizzanti e/o leganti e applicare quindi una successiva compressione. Come specificato anche nel brevetto GB491428, per realizzare un isolante termico efficace esso deve avere, tra le diverse proprietà, una bassa densità.

Nello stesso brevetto si afferma che se si diminuisce la granulometria del sughero (normalmente la granulometria à ̈ maggiore di 500 micron) oppure si addiziona della polvere di altra natura, la superficie esposta aumenta e ne consegue che, per ottenere una struttura consolidata à ̈ necessario aumentare sensibilmente la quantità di legante.

Esistono diversi esempi a riguardo. Nel brevetto JP20101 10770 si utilizza polvere di sughero e silica. Le polveri vengono mescolate tra loro attraverso una miscelazione a umido e quindi compresse in presenza di un legante inorganico. Per realizzare una superficie resistente, gli autori devono aggiungere una quantità di legante pari al 40% in peso.

Nell’esempio riportato nel brevetto US3821135 si utilizza sughero con una dimensione delie particelle compreso tra 2 e 0.84 mm e si utilizza una quantità di legante organico oltre il 30% in peso.

Nel brevetto W02010128190 si combina una carica inorganica con sughero. Anche in questo caso per ottenere un materiale isolante si utilizza una carica legante superiore al 40% in peso.

Nel brevetto W02008114103 si aggrega polvere con un legante organico e gli autori affermano che la densità deve essere superiore a 200 Kg/m<3>. Nello stesso brevetto tutti gli esempi riportati presentano densità molto elevate (>500 Kg/m<3>). Come si vedrà negli esempi riportati in questo brevetto, elevate densità del prodotto finale degradano le capacità isolanti.

In base ai riferimenti citati si desume che, nel caso in cui si utilizzino delle polveri, à ̈ necessario utilizzare elevate cariche di legante (>30% in peso) oppure à ̈ necessario incrementare la densità del prodotto finale.

La novità di questa invenzione à ̈ la realizzazione del materiale isolante con una densità inferiore a 200 Kg/m<3>garantendo, in questo modo, una conducibilità termica inferiore a 37 mW/mK; l’utilizzo di basse percentuali di legante (inferiore al 20% in peso) evita l’eccessivo addensamento del pannello che, come detto, peggiora le proprietà isolanti del materiale.

La tendenza del mercato à ̈ sempre maggiormente rivolta verso l’utilizzo di prodotti naturali o a base naturale, che abbiano un basso impatto ambientale durante tutto il loro ciclo di vita. Allo stesso tempo sono però richieste prestazioni elevate, che comportano, nel campo dell'isolamento termico, una riduzione delle dispersioni e quindi una maggiore efficienza con una riduzione dei consumi. Uno dei principali indicatori globali dell’efficienza energetica à ̈ il bilancio globale dell’anidride carbonica (gas serra) che costituisce un nuovo target nella progettazione di macchine ed edifici. Risulta quindi importante scoprire nuove modalità per utilizzare i materiali di scarto delle realtà produttive, rendendole efficienti e sostenibili. L’aggiunta di materiali inorganici ad alta efficienza di isolamento quali, ad esempio, quelli microporosi o aerogel consente di realizzare materiali compositi che permettono di conferire elevata capacità termoisolante al componente naturale.

I più comuni materiali isolanti di orìgine naturale sono in fibra di legno con una conducibilità di 0,038-0,048 W/mK; in sughero nero con conducibilità di 0,040-0,052 W/mK (Associazione Nazionale per l’Isolamento Termico e acustico, “I materiali isolanti†, voi 1, collana: l'isolamento termico e acustico, seconda edizione gennaio 2013); in sughero biondo con conducibilità di 0,040-0,045 W/mK. Le fibre di origine naturale sono ampiamente utilizzate nei pannelli termoisolanti in quanto presentano tipicamente valori di conducibilità termica inferiore rispetto ai pannelli a base di farine di legno oltre al fatto che questi ultimi sono normalmente caratterizzati da un alto peso specifico. Va osservato che l'utilizzo di fibre di legno presenta lo svantaggio di una lavorazione relativamente complessa del legno per ottenere la fibra ed, inoltre, à ̈ ben noto il fenomeno di rigonfiamento dei pannelli a base di legno quando questi vengono bagnati con acqua, a differenza del sughero non soggetto a rigonfiamento (Femandes E.M. et al. “Properties of new cork-polymer composite: Advantages and drawbacks as compared with commercially available fibreboard materiale†Composite Structures 93 (2011) 3120).

li vantaggio di utilizzare le farine à ̈ dovuto al fatto che esse sono spesso residui o sottoprodotti di lavorazione del legno o lavorazioni similari e trovano largo impiego soprattutto nella produzione di pellet destinati alla produzione di energia, con un globale aggravio del bilancio dell'anidride carbonica.

Il sughero possiede una struttura diversa da quella del legno, di matrice alveolare piuttosto che fibrosa: per questa ragione il materiale, in tutte le sue forme, possiede buone capacità isolanti, normalmente intorno a valori di conducibilità di 0,040-0,042 W/mK. Ciò nonostante, per le caratteristiche del ciclo produttivo tipico del sughero e per l’economia di scala del settore le polveri derivanti dalla lavorazione (perlopiù dalla macinazione e dalla rettifica dei tappi per vino) non trovano impieghi industriali di rilevanza economica. L’utilizzo normale della farina di sughero à ̈ quello del recupero energetico per combustione diretta, anche se à ̈ noto che la farina di sughero può essere agglomerata utilizzando dei polimeri come leganti.

In US3821135A à ̈ stato brevettata la metodologia per agglomerare il granulato di sughero utilizzando poliuretano come legante. Il brevetto à ̈ stato esteso anche all’agglomerazione di farine di sughero con granulometria minima di 44 micron.

Anche le farine di legno diverse dal sughero possono essere aggregate utilizzando un polimero. Ad esempio nel brevetto W02005016608 la farina di legno à ̈ utilizzata in compositi per uso rivestimento.

Il brevetto W02008/114103 A1 utilizza la farina di sughero per realizzare pannelli di sughero con o senza particelle di legno di altra origine utilizzando un prepolimero HTPB e un diisocianato. Il prodotto contenente sughero ha comunque densità elevata e elevata percentuale di legante polimerico. Come indicato nel brevetto stesso, i pannelli ottenuti con solo sughero hanno una densità minima superiore a 200 kg/m<3>

Nella presente invenzione invece, i pannelli agglomerati, grazie alla sua composizione, possono raggiungere densità più bassemigliorando sensibilmente le prestazioni di isolamento termico.

Un ulteriore metodo per realizzare un’agglomerazione del sughero à ̈ quello riportato dal brevetto PT88239B che consiste nell’estrazione della suberina dal sughero granulato in presenza di farina di sughero con un’idrolisi alcalina in acqua. Seguito da un trattamento a caldo si ottiene l'autoincollaggio del granulato ed il prodotto finale ha una densità di 1000 Kg/m<3>. E’ proprio per questa caratteristica di elevata densità apparente derivante dalla trasformazione industriale che l’utilizzo della farina di sughero nei pannelli termoisolanti non à ̈ vantaggiosa. La densità del pannello ottenuto risulterebbe troppo elevata rispetto alla densità dei prodotti commerciali che à ̈ di 120-160 kg/m<3>. Il ciclo produttivo dei materiali isolanti a base di sughero, siano essi in sughero espanso autoincollato oppure in sughero agglomerato, parte da una prima lavorazione di triturazione della corteccia, per ottenere pezzi (denominati commercialmente broken e con una dimensione normalmente compresa tra 8 e 24 mm), granulati (commercialmente definiti con una granulometria compresa tra 2 e 8 mm) e micro granulati (normalmente con una granulometria compresa tra 0,5 e 2 mm) che vengono poi agglomerati tra loro attraverso diversi processi industriali. Il granulato à ̈ il materiale che viene tipicamente utilizzato quale materiale di partenza che viene agglomerato per formare il pannello isolante in sughero come riportato in Figura 1 dove i materiali in granulato e microgranulato sono confrontati con un materiale preparato secondo questa invenzione.

Nel brevetto W097/30098 gli autori aggregano il granulato di sughero con poliisocianati.

Ad esempio il brevetto EP0411598B1 produce pezzi non piani utilizzando granulato di sughero e poliuretano. Il pannello in sughero ha comunemente conducibilità compresa tra 0,039-0,045 W/mK, come rivendicato nel brevetto GB491428.

GB491428 dimostra che per assemblare un materiale granulare o polveroso à ̈ necessario addizionare un materiale fibroso ed il tutto deve essere legato con una resina formaldeide-urea. Parte del prodotto à ̈ costituito anche da farina di sughero ma in questo caso si afferma che a causa dell’elevata superfìcie à ̈ necessario introdurre un’elevata percentuale di legante. Il prodotto risultante, inoltre, à ̈ soggetto alle restrizioni di legge, in linea con la “Commission Decision No. 2002/740/EC del 03/09/2002†sui pannelli agglomerati contenenti formaldeide e sui loro parametri di controlli secondo gli standard europei (EN120, EN312-1 , EN662-1).

Compositi ceramici/sughero sono riportati in diversi brevetti quali WO201 11 15514, GB673664A, EP0191892B1, ES2158759B1, W02008037834. In tuti i casi si parla di compositi lamellari oppure a sandwich dove la funzione principale del materiale sughero à ̈ quello di incrementare le proprietà isolanti del ceramico.

Nel breveto KR100995606B1 si rivendica un pannello ecocompatibile contenente ceramsite, sostanza prodotta dai rifiuti industriali, che viene reso ignifugo rivestendolo superficialmente con ossidi e cloruri di magnesio, polveri di legno e perlite. Un esempio tipico di utilizzo di polveri di origine vegetale che hanno la funzione di semplice carica, mentre i sali e gli ossidi/idrossidi inorganici hanno la funzione attiva di rendere il materiale resistente alla fiamma.

Commercialmente lo strato lamellare di sughero à ̈ stato anche accoppiato a tappetini ad alto potere isolante a base di aerogel dove i pannelli di sughero hanno la funzione principale di proteggere il materiale interno che come à ̈ comune a materiali a base di aerogel à ̈ soggetto a perdita di polveri e degrado meccanico.

È noto l’uso dell’aggiunta di nanoparticelle di SiO2alla farina di legno per formare compositi con migliorate proprietà meccaniche e antifiamma (Deka, B. K. and T. K. Maji (2012). "Effect of silica nanopowder on the properties of wood flour/polymer composite." Polymer Engineering & Science 52(7). 1516-1523). In JP 2010 110770 A viene sottolineato anche un contributo all’isolamento termico. Anche in questo caso si utilizza una carica di legante molto elevata (> 30%in peso) che rende, inevitabilmente, il materiale più denso.

Nano particelle di SiO2sottoforma di hydrosol sono state utilizzate per impregnare le superfici legnose allo scopo di proteggerne la superficie (Sokolowska, A. S., J.; Frackowiak, I.; Rudnicki, J.;Boruszewski, P.; Beer, P.;Olszyna, A. (2009). "Plasmachemical surface engineering of wood.†Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 37(2): 694-698).

E' noto invece che l'aggiunta di acqua silicea a materiali di provenienza naturale può migliorare la resistenza alla fiamma come riportato nel brevetto US2007/0039613 A1. Nel brevetto GB1445939A à ̈ stata prodotta una mescola costituita da una poliolefina, una polvere cellulosica e una carica inorganica. Lo scopo del brevetto à ̈ rendere la poliolefina incombustibile

Non sono noti compositi contenenti farina di origine naturale addizionata ad ossidi/idrossidi porosi che differiscano dall’origine silicica. In questa invenzione si utilizzano ossidi/idrossidi inorganici porosi che non contengono silicio.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ quello di produrre manufatti a base di farine di origine vegetale contenenti ossidi/idrossidi inorganici porosi di origine non silicica al fine di migliorare le proprietà isolanti ed, allo stesso tempo, mantenere un basso peso specifico, eliminare la tipica polverosità dei materiali isolanti a base di polveri e migliorandone l'eco-compatibilità ambientale. Sorprendentemente i prodotti risultanti hanno proprietà isolanti di gran lunga migliori rispetto ai prodotti a base di sola farina vegetale anche quando la presenza dell’ossido/idrossido inorganico viene ridotta a percentuali minime.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ anche quella di utilizzare le farine di origine vegetale che provengono da scarti industriali. Ad esempio, la farina di sughero proviene da scarti di lavorazione del processo di produzione dei tappi oppure del processo di macinazione delle plance di sughero. Il materiale non subisce alcun trattamento ulteriore, se necessario solo una vagliatura meccanica.

Ai fini della descrizione dell’invenzione vengono definiti

- la conducibilità termica misurata con la tecnica Laser flash (λ(ΜOx)), lo strumento opera in accordo alla normativa ASTM E-1461 , DIN30905 and DIN EN 821 nella revisione corrente alla data di deposito della domanda di brevetto.

- la conducibilità termica dei pannelli del materiale isolante (λ( composito)), preparati in accordo con questa invenzione, sono stati misurati utilizzando un termoflussimetro che opera secondo la normativa UNI EN 12667, ISO 8301 e ASTM C518 nella revisione corrente alla data di deposito della domanda di brevetto

- la densità apparente (o skeletale), dapparente, à ̈ il rapporto tra la massa del campione ed il volume che deriva dalla somma del volume del solido ed il volume dei pori chiusi presenti all'interno del (ASTM D3766).

- l'analisi granulometrica sia dell’ossido/idrossido inorganico e della farina di origine vegetale à ̈ stata eseguita utilizzando la norma ISO 2030:1990 (revisione corrente alla data di deposito della domanda di brevetto).

Inaspettatamente, si dimostra che per realizzare tali scopi à ̈ utile utilizzare farine legnose con granulometria molto fine tale da essere confrontabile alla granulometria dell’ossido, mentre non risulta necessaria, anche se può essere utile, l'aggiunta di materiali fibrosi per conferire buone proprietà meccaniche. E’ quindi una caratteristica fondamentale della presente invenzione quella di ottenere un prodotto dall’aspetto altamente omogeneo con una fine granulometria delle particelle costituenti, preferibilmente inferiore a 250 micron come dimostrato in Figura 2 che distingue in modo univoco il presente materiale da quelli noti e utilizzati commercialmente. E’ un’altra caratteristica del prodotto ottenuto secondo la presente invenzione il fatto che nonostante l'impaccamento apparentemente denso delle particelle descritto nelle Figure 1 e 2, il prodotto finale presenta un peso specifico molto basso, tipicamente inferiore a 170-200 Kg/m<3>nel caso di farina di sughero, rispetto a quanto noto dallo stato dell’arte. Un'altra caratteristica della presente invenzione à ̈ il fatto che l’agglomerazione della miscela precorritrice per formare il prodotto finale può essere condotta con una larga varietà di leganti organici e/o inorganici e, soprattutto, utilizzando una quantità di legante molto ridotta.

Mentre le considerazioni di seguito riportate non possono essere in alcun modo limitative dell’invenzione, à ̈ importante notare che per quanto riguarda il sughero si ritiene che la sua elevata efficienza in termini di isolamento sia associata alla sua struttura a cella chiusa e, di conseguenza, si ritiene la farina di sughero un materiale non adatto per ottenere una buona efficienza di isolamento, in quanto contiene un elevato numero di celle aperte. La presenza di un alto numero di celle aperte à ̈ confermata da misure di porosimetria a mercurio che dimostrano che per granulato di dimensioni 3-4 e 1-2 mm rispettivamente si ottengono valori del volume dei pori pari a 2.83 e 2.24 ml/g (Pintor, A. M. A., C. I. A. Ferreira, et al. (2012). "Use of cork powder and granules for the adsorption of pollutants: A review." Water Research 46(10): 3152-3166), Ne! caso della farina di sughero si misura un volume dei pori di 6.8 ml/g a fronte di un elevata densità skeletale, pari a 4.56 g/ml. Poiché la densità skeletale viene definita come rapporto tra la massa del campione ed un volume che à ̈ una somma del volume reale del solido e dei pori chiusi, à ̈ evidente che l’elevata densità skeletale osservata per la farina di sughero à ̈ indicativa di una elevato numero di pori aperti ovvero di celle non chiuse.

La presente imprevedibile osservazione che il materiale a base dì farina sia più efficace del granulato, più o meno fine, può essere interpretata con il fatto che l’elevata interdispersione delle particelle del ossido poroso e la matrice della farina permette di occludere parzialmente i pori della farina di partenza, aumentando quindi l’efficienza termica. Di fatto, la densità skeletale tipica dei presenti materiali, determinata da misure porosimetria di mercurio, imprevedibilmente non supera 2.5 g/ml. Al contrario, l'esempio comparativo 4, illustrativo o dello stato dell’arte, presenta una densità apparente di 5.87 g/ml. E' quindi una caratteristica preferibile in questa invenzione che la dimensione dei costituenti del materiale agglomerato siano piccole e relativamente comparabili per poter ottimizzare lo spazio intragranulare e quindi l’agglomerazione. Utilizzando la vagliatura si determina la distribuzione delle frazioni di massa a varia dimensione della farina, sia di sughero che di legno (Figura 3A) da cui si può calcolare la distribuzione dimensionale delle particelle assumendo una geometrìa sferica delle particelle ed una densità apparente

Considerando che:

Dmedio particelle= diametro medio particelle (micron)

dapparente = densità apparente della farina misurata con l'utilizzo della tecnica porosimetria a mercurio

Si ipotizza la particella di forma sferica

D medio particelle 3

particella - volume della particella\cm<3>] = |^ π

m particella = massa della [g] = V

Nparticelle= numero particelle =

mparticella

Dove p à ̈ la percentuale in peso della sezione considerata

La Figura 3B dimostra quindi una caratteristica fondamentale della presente invenzione ovvero il fatto che almeno 90% delle particelle della farina utilizzata abbia una dimensione inferiore a 250 micron, ovvero una dimensione paragonabile a quelle delle particelle dell’ossido in modo da ottenere una miscela omogenea con particelle omogeneamente agglomerate. Tale intima interazione à ̈ illustrata anche in Figura 2B.

L’utilizzo di farina di legno permette la realizzazione di compositi con polveri di diversa natura, in particolare ossidi inorganici più o meno porosi che hanno la proprietà di essere altamente isolanti (W02008077876A1) e di rendere più resistente al fuoco il prodotto finale. Per ottenere un prodotto che abbia proprietà ottimali si utilizza una farina con una granulometria preferibilmente inferiore a 250 micron. Le particelle sopradescritte hanno una distribuzione che bene si adatta alla dimensione delle particelle degli ossidi inorganici (anche esse con granulometria preferibilmente inferiore a 250 micron) e sono, quindi, facilmente mescolabili. Laddove la farina di sughero può essere un materiale di partenza utile, la presente invenzione non à ̈ minimamente limitata all’utiiizzo solamente di tali farine, ma può, come dimostrato negli esempi, essere utilizzata convenientemente una qualsiasi farina di origine legnosa.

La farina sopra descrìtta può contenere residui di particelle più grandi, mediamente di dimensione inferiore a 500 micron e comunque mai superiore a 8000 micron, effetto del normale ciclo di lavorazione. Può essere prevista una vagliatura del materiale di partenza quando si abbia la necessità di migliorare l’aspetto estetico del prodotto, anche se questa operazione non risulta determinante ai fini dell'ottenimento delle proprietà isolanti descritte in questo brevetto. E’ preferibile, tuttavia, che la farina sia di granulometria fine paragonabile a quella della componente a base di ossido poroso per permettere una distribuzione omogenea delle componenti nella fase di agglomerazione.

Le proprietà isolanti degli ossidi/idrossidi vengono determinate utilizzando la tecnica Laser flash e presentano una conducibilità termica inferiore a 0.050 W/mK e preferibilmente inferiore a 0.030 W/mK. L’ossido oppure l’idrossido di origine non silicea può contenere Al, Zr, Ce, La, Ti, Y, oppure una combinazione di questi inclusi.

i loro ossidi misti. Inoltre, à ̈ possibile mescolare all'ossido/idrossido una piccola percentuale di fibre pari al 5-20% in peso rispetto all’ossido, allo scopo di migliorare le proprietà meccaniche del materiale.

In tutte le composizioni descritte si sono ottenuti prodotti con una conducibilità termica molto inferiore a quella normalmente dichiarata per i materiati isolanti compositi a base di sughero e/o farina di legno, superando di fatto lo stato dell’arte disponibile sul mercato.

Il processo utilizzato per preparare il prodotto oggetto del presente brevetto consiste in:

- mescolare l'ossido/idrossido inorganico con (a farina di legno e/o di sughero nelle proporzioni volute.

- in funzione delle caratteristiche dell’ossido inorganico questo processo può essere fatto a secco oppure in condizioni umide

- per elevati contenuti di ossido può essere necessario introdurre delle fibre inorganiche oppure organiche. Queste potranno essere preventivamente, ma non necessariamente, mescolate all’ossido/idrossìdo inorganico.

- Segue l’addizione del legante. Se necessario, il legante deve essere preventivamente diluito con acqua, chetoni, alcoli o altro solventi organici polari oppure una combinazione di questi. La mescola cosi fatta viene utilizzata per formare il prodotto finito attraverso un processo meccanico (di stampaggio/ pressatura/calandratura/ecc . )

- Il prodotto finito può essere ottenuto per stampaggio diretto o per taglio e sagomatura di una forma stampata.

- Altre applicazioni industriali possono essere utilizzate per ottenere il composito, come ad esempio la pressatura continua a rulli per la formazione di fogli.

- Segue il trattamento a caldo ad una temperatura ideale compresa tra 20 e 220°C. La temperatura può cambiare in funzione alla miscela preparata.

Tale descrizione non à ̈ tuttavia limitante in alcun modo del processo in sé in quanto anche altre metodologie di agglomerazione quale quelle descritte ad esempio in US3821 135 oppure in W2008114103 possono essere usati con efficacia.

Il contenuto di farina di legno e/o sughero compreso tra 45 e 98% in peso ed un contenuto compreso tra 1 e 45% in peso di ossidi/idrossidi inorganici porosi. Eventualmente, soprattutto per composizioni ricche di ossido inorganico, si può utilmente addizionare delle fibre organiche o inorganiche.

Il contenuto di legante nel prodotto finale à ̈ compreso tra 0 e 20% e, preferibilmente tra 5 e 15%.

I vantaggi di questa miscela sono numerosi: il prodotto che si ottiene ha un aspetto omogeneo e compatto. Presenta una buona ripetibilità delle proprietà fisiche. E’ facilmente formabile per stampo a attraverso altre tecnologie in forme diverse e può essere semirigido oppure flessibile. Resiste agevolmente all'acqua e supera anche la prova di bollitura.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Figura 1 . Confronto di (A) pannello commerciale di granulato di sughero; (B) sezione di sughero microgranulato e (C) pannello di farina di sughero preparato secondo la presente invenzione.

Figura 2. Struttura fine dell’agglomerato di sughero e ossido ceramico poroso preparato secondo la presente invenzione: (A) materiale a basso contenuto di ossido poroso, esempio 3 e (B) materiale ad alto contenuto di ossido poroso, esempio 1 .

Figura 3. Rappresentazione grafica della distribuzione granulometrica delle farine di origine vegetale utilizzando un processo di vagliatura (A) e relativa distribuzione del numero di particelle dimensione per ogni sezione (B)

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

La composizione, in accordo con questa invenzione, Ã ̈ principalmente costituita da tre componenti:

- la parte inorganica costituita da ossidi/idrossidi inorganici porosi. E' vantaggioso utilizzare ossidi/idrossidi a base di Al, Zr, Ce, La, Ti, Y, oppure una combinazione di questi inclusi i loro ossidi misti.

- la parte legnosa, preferibilmente farina di sughero con dimensioni delle particelle inferiori a 250 micron che eventualmente può contenere particelle più grandi con dimensioni fino a 8000 micron.

- il sistema legante che può essere organico (tipo poliuretanico, epossidico oppure acrilico) oppure inorganico (sol di silice, sol di allumina, ecc. )

La corretta composizione dipende dalle carateristiche volute nel prodoto finale.

In accordo con questa invenzione, Ã ̈ preferibile che la miscela dei vari componenti otenuta nella fase di mescolamento sia altamente omogenea.

Diverse sono le metodologie con cui la miscela delle polveri di partenza viene unita al legante quali, ad esempio, quelle riportate in W20Q8114103, ma (o scopo fondamentale à ̈ quello di ottenere per opportuno mescolamento una buona omogeneità della miscela che può essere ottenuta anche per diluizione del legante con acqua, chetoni, alcoli o altri solventi organici polari o miscela di questi. La presenza di polveri incrementa notevolmente la superfìcie esposta che deve essere ricoperta dall'eventuale legante. Si può scegliere di utilizzare notevoli quantità di solvente, come riportato nel brevetto JP2010 110770 A. In questo caso, la destinazione finale del prodotto à ̈ da utilizzare a spruzzo. In questo lavoro lo scopo finale à ̈ produrre principalmente pannelli, l’utilizzo di elevati quantitativi di liquido provocherebbero stratificazioni del prodotto finale ma soprattutto grossi problemi di asciugatura con la formazione di cricche all'interno del composito degrado delle proprietà isolanti. La diluizione del legante effettuato in modo tale che si formi un monostrato di liquido sulla superficie delle singole particelle garantisce un'accurata distribuzione del legante ma, allo stesso tempo, una formatura corretta e senza formazione di crepe.

La miscela viene introdotta in uno stampo e ad essa à ̈ applicata la pressione variabile in funzione alla densità finale che si vuole ottenere, preferibilmente tra 0,5 e 10 kg/cm<2>

La temperatura di trattamento a caldo può variare da 20°C a 200°C in funzione alla miscela preparata, ma preferibilmente tra 60-180°C.

Per preparare il materiale secondo questa invenzione si utilizza la seguente composizione:

- Ossido/idrossido inorganico tra 1 e 45% in peso

- Farina di legno e/o di sughero tra 45 e 98% in peso

- Legante organico oppure inorganico tra 5 e 20% in peso

I campioni sono stati caratterizzati con la seguente metodologia:

- la conducibilità termica dell'ossido/idrossido inorganico à ̈ misurata con la tecnica Laser flash, lo strumento opera in accordo alla normativa ASTM E-1461 , DIN30905 and DIN EN 821 nella revisione corrente alla data di deposito della domanda di brevetto.

- la conducibilità termica dei pannelli del materiale isolante, preparati in accordo con questa invenzione, sono stati misurati utilizzando un termo flussimetro che opera secondo la normativa UNI EN 12667, ISO 8301 e ASTM C518 nella revisione corrente alla data di deposito della domanda di brevetto.

L’applicazione del procedimento descritto nella presente invenzione consente di ottenere pannelli, oppure componenti stampati di dimensioni diverse a seconda della destinazione d’uso.

Gli utilizzi preferibili del materiale ottenuto secondo il procedimento descrìtto sono:

1 . isolanti termici ed acustici per uso generale

2. isolanti ad uso edile, in forma di pannelli, per l’impiego in cappotti, intercapedini, sottotetti, sottopavimenti ed ogni altra applicazione di isolanti ad uso edile

3. isolanti termici ad uso civile per abitazioni prefabbricate o per case mobili, come roulottes o camper

4. isolanti termici ad uso civile, per applicazioni fino a 200°C, come ad esempio elettrodomestici, impianti di riscaldamento, serramenti in legno o in altri materiali, porte e infissi, camini ecc.

5. isolanti termici per impieghi nella nautica, sia a vela che a motore

6. isolanti ad uso industriale, di impiego generico, come ad esempio condotte di vapore, forni, impianti ad alta temperatura fino a 200°C ecc

7. ogni altra applicazione in cui siano richieste le proprietà isolanti e le altre proprietà fìsiche tipiche del materiale

Gli esempi sopraelencati sono riportati a scopo illustrativo delle possibili applicazioni ma in nessun caso devono essere considerati limitanti dell’utilizzo e delle applicazioni della presente invenzione.

Nel testo successivo vengono riportati esempi di composizioni ottenibili secondo la presente invenzione che in nessun caso devono essere considerati limitatiti per quanto concerne il campo dì applicabilità della presente invenzione.

ESEMPI

Esempio 1 e 2.

14.5 g di Al203(λ = 0.024 W/mK) vengono dispersi in 350 mi PrOH. Alla miscela si aggiungono 16.5 g di farina di legno (es. 1) o farina di sughero (es.

2). Quando il sistema à ̈ omogeneo si aggiunge 1 g di fibra di vetro. Si mescola fino ad ottenere una miscela dall’apparenza omogenea e quindi si aggiungono 15 g di poliuretano (disperso in acqua.al 35%) mescolando per ottenere una miscela omogenea. La miscela così preparata viene versata in uno stampo e pressata. Al termine della pressatura il campione viene estratto ed asciugato molto lentamente a 80°C.

Esempio 3-7 e Esempio comparativo 1-3 e 5

L’ossido/idrossido inorganico e la farina di legno vengono mescolate a secco oppure a umido (diluendo eventualmente con acqua, chetoni, alcoli o altro solventi organici polari o miscela di questi) fino a completa omogeneizzazione. Quindi si addiziona il legante organico, tipicamente poliuretano o epossidico (eventualmente diluito con acqua, chetoni, alcoli o altro solventi organici polari o miscela di questi) in percentuale inferiore al 20% in peso sul prodotto finale, si pressa e si tratta ad una temperatura compresa tra 30-200°C.

Esempio 8 e Esempio comparativo 4.

L’ossido/idrossido inorganico e la farina di legno vengono mescolate a secco oppure a umido (diluendo eventualmente con acqua, chetoni, alcoli o altro solventi organici polari o miscela di questi) fino a completa omogeneizzazione. Quindi si addiziona il legante inorganico (gel di silice) diluito in acqua. Il legante inorganico à ̈ presente in percentuale uguale o inferiore al 20% in peso sul prodotto finale. Si pressa e si tratta ad una temperatura compresa tra 80-200°C.

le caratteristiche sono descritti in Tabella 1.

Tabella 1

Esempio %farina Tipo MOx %MOx Densità λ(ΜΟχ) ^composito) di legno (Kg/m<3>) (W/mK) (mW/mK) Es. 90<(a)>107 0,040 Comp. 1

Es. 89^ 386 0,058 Comp. 2

Es. 42<<c)>S1O2 42 254 0.060 0,041 Comp. 3

Es. 1 45<(c)>AI2O3 42 138 0,024 0,028 Es. 2 45<(b)>AI2O3 42 138 0,024 0,030

Es. 3 87<<c)>AI2O3 5 154 0,024 0,035 Es. 74<(c)>AI2O3 4 256 0,024 0,044 Comp. 5

Es. 4 AI2O3 15 182 0,042 0,034 Es. 5 82<(c)>AI2O3 10 173 0,024 0,033 Es. 6 81<(c)>0 .2(Ceo,2Zro,802)/ 9 172 0,028 0,033

0,8(Alo,9Bao,iOx)

Es. 7 73<(c)>Zr(8%Y) 18 188 0,048 0,035 idrossido

Es. 8 78<(c) ">AI2O3 8 170 0,028 0,034 Es. 77<(c)>192 0,042 Comp. 4

(su97)

(a) granulato di sughero con granulometria compresa tra 3 e 4 mm

(b) farina di abete

(c) farina di sughero

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Composizione per produrre un materiale isolante comprendente: a. Un contenuto compreso tra 45 e 98% in peso di farina di legno e/o farina di sughero o altre sostanze di origine vegetale b. Un contenuto compreso tra 1 e 45% in peso di ossidi/idrossidi inorganici porosi. Essi possono contenere Al, Zr, Ce, La, Ti, Y, Ba oppure una combinazione di questi inclusi relativi ossidi misti c. Un contenuto compreso tra 5% e 20% in peso di legante organico o inorganico d. almeno il 90% in peso delle particelle della farina utilizzata con una dimensione inferiore a 250 micron (ISO 2030) e. La dimensione delle particelle dell’ossido/idrossido inorganico à ̈ inferiore a 250 micron (ISO 2030) 2. In accordo con le rivendicazioni 1 , una composizione in cui l’ossido/idrossido poroso utilizzato nella preparazione del composito presenta una conducibilità termica inferiore a 0.050 W/mK. 3. Una composizione, in accordo con le rivendicazioni 1-2, in cui l’ossido/idrossido poroso utilizzato nella preparazione del composito può essere addizionato di fibre inorganiche oppure organiche. Il rapporto in peso fibre/ossido à ̈ inferiore a 0,20. 4. Una composizione in accordo con una delle rivendicazioni 1-3 dove il legante può essere di tipo organico quale poliuretanico, epossidico oppure acrilico 5. Una composizione in accordo con una delle rivendicazioni 1-3 dove il legante può essere di tipo inorganico a base di sol di silice oppure sol di allumina. 6. Un materiale composito in accordo con una delle rivendicazioni 1-5 che abbia una densità inferiore a 300 Kg/m<3>nel caso delle farine di legno ed a 200 Kg/m<3>nel caso di farine di sughero. 7. Un materiale composito in accordo con le rivendicazioni 1-5 che presenti una conducibilità termica inferiore a 0,037 W/mK a temperatura ambiente e/o ad una temperatura di 10°C e abbia una densità inferiore a 300 Kg/m<3>, e preferibilmente inferiore a 180 Kg/m<3>qualora la farina utilizzata contenga almeno 80% di sughero.