Adesivi
L’adesivo è una sostanza utilizzata per unire insieme le superfici di due materiali solidi (chiamati aderenti) producendo un giunto con elevata resistenza al taglio. Anche se la resistenza intrinseca dell’adesivo è minore di quella del materiale aderente si può produrre un forte giunto se lo strato spalmato è sottile e continuo. Se si forma un buon giunto, il materiale aderente può fratturarsi o rompersi prima dell’adesivo. Nelle odierne operazioni di assemblaggio sono utilizzati sempre più spesso.
I materiali polimerici (termoplastici, termoindurenti, elastomeri) possono avere funzione adesiva simile ai collanti naturali (gelatina animale, caseina, amido). I polimeri adesivi possono essere impiegati per unire un’ampia combinazione di materiali: metallo-metallo, metallo-plastica, metallo-ceramica ecc. Il principale svantaggio è la limitazione della temperatura di servizio. I polimeri organici mantengono la loro integrità meccanica solo a temperatura alquanto bassa e la resistenza decresce con rapidità all’aumentare della temperatura stessa.
La corretta preparazione della superficie rappresenta la chiave per la riuscita dell’incollaggio. Quando le superfici sono sporche è necessaria una preparazione più approfondita per assicurare un incollaggio perfetto.
I problemi sono rappresentati da polvere, grasso, olio, ruggine, vernice scrostata ecc.
In un adesivo il tempo di apertura rappresenta l’intervallo di tempo entro cui è possibile lasciare all’aria l’adesivo prima che inizi un certo indurimento, mentre il tempo di manipolazione è il tempo entro cui l’adesivo è spalmabile. Esso dipende in modo significativo dalla porosità dei substrati, dall’umidità presente nell’aria, dalla temperatura sia dell’ambiente sia del substrato.
Il tempo d’indurimento corrisponde all’intervallo di tempo necessario per l’indurimento dell’adesivo. Questo tempo si calcola dall’applicazione dell’adesivo sino a quando è possibile applicare il carico massimo alle parti aderenti.
I polimeri epossidici, in questi ultimi anni, hanno avuto un ampio utilizzo in edilizia come adesivi. Le principali applicazioni, nelle differenti formulazioni, sono:
- riprese di getto tra calcestruzzi di diversa età;
- migliore adesione del calcestruzzo fresco ai ferri di armatura o ad altri materiali strutturali;
- sigillatura di fessure e lesioni;
Le resine epossidiche bisfenoliche, che sono le più comuni in commercio, si ottengono per reazione chimica tra bisfenol A ed epicloridrina. La successiva reazione di addizione di tali resine con un secondo componente, detto agente reticolante o induritore è conosciuto come processo di reticolazione o di “cura”. Essa produce una struttura solida tridimensionale. Questo secondo componente è aggiunto e mescolato al momento dell’utilizzo. La quantità di reticolante aggiunta controlla la velocità di reticolazione e, di conseguenza, le proprietà finali. La cura può avvenire sia a temperatura ambiente (cura fredda) sia a temperatura relativamente elevata, ossia superiore a 100 °C. Nell’industria delle costruzioni in genere la cura è fredda.
Rispetto agli altri adesivi, le resine epossidiche sono tra i materiali più versatili presentando elevata resistenza di adesione su una vasta gamma di substrati (calcestruzzo, ceramici, vetro, legno, metalli, materiali plastici, gomma, pelle).
Le resine epossidiche presentano elevate resistenze a trazione e compressione e subiscono solo un lievissimo ritiro durante la reticolazione. Queste resine possiedono un’eccellente resistenza agli attacchi chimici provocati da sali disgelanti, da solfati, alcali e benzine. Queste caratteristiche, in unione al loro basso costo, le rendono le più utilizzate nelle applicazioni d’ingegneria civile.
Le resine epossidiche presentano, inoltre, un elevato comportamento tixotropico che le rende adatte al ripristino di superfici verticali ed inclinate, anche quando sono addizionate a componenti fibrosi.
Il potere adesivo delle resine epossidiche è dovuto alla capacità di bagnare le superfici, alla bassa viscosità ed alla presenza di gruppi polari nella loro molecola (principalmente gruppi idrossilici).
Lo sviluppo della forza adesiva per gli adesivi posti in opera come soluzioni o emulsioni avviene con perdita di solvente e può provocare ritiro. Ciò non accade per gli adesivi a base di resine epossidiche giacché la loro polimerizzazione avviene per poliaddizione e, quindi, senza rilascio di prodotti di reazione.
La reazione di reticolazione avviene, con solo una piccola contrazione di volume (tra 0,05 e 1’1%), fintanto che la resina ha la consistenza di un liquido viscoso. Allorché l’indurimento procede, non si ha un altro ritiro.
Gli adesivi a base di resine poliestere, resine anch’esse utilizzate nell’ingegneria civile, presentano, invece, un elevato ritiro. D’altra parte, questi raggiungono le resistenze finali in breve tempo (1-3 ore) contro i tempi più lunghi delle resine epossidiche utilizzate, come avviene in edilizia, a temperatura ambiente (da 4 a 10 giorni ). È questo un vantaggio degli adesivi poliesteri, rispetto agli epossidici, poiché le superfici che devono essere giunte non devono essere “disturbate” durante il periodo dell’indurimento.
Gli adesivi a base di resine epossidiche e di resine poliestere, come tutti i materiali organici, bruciano con facilità. Essi continuano a bruciare anche dopo che la fonte d’ignizione è rimossa, salvo che non siano state resi auto-estinguenti con opportuni additivi. Le comuni resine epossidiche bisfenoliche, inoltre, rilasciano nei fumi particelle a base di componenti aromatici, tossici per l’uomo, anche se l’addizione di opportuni additivi permette di migliorare il comportamento all’incendio.
La durabilità degli adesivi è legata al procedere di fenomeni degradativi che possono modificare, nel tempo, alcune importanti proprietà della resina componente, incluse quelle meccaniche. La durabilità degli adesivi utilizzati in ambienti esterni dipende in primo luogo dall’ambiente in cui operano. L’azione sinergica dell’umidità, delle alte temperature e di eventuali agenti aggressivi presenti (ozono, benzine ecc.) influenza la morfologia all’interno della resina così come all’interfaccia. I processi di “invecchiamento” in ambienti aggressivi provocano decadimento delle proprietà fisiche e meccaniche delle resine.
Sigillanti
I sigillanti hanno la funzione di impedire il passaggio di acqua, aria e altri fluidi, sia liquidi sia gassosi, attraverso la zona di connessione di due superfici adiacenti, in contatto diretto oppure tra loro solo vicine. La dilatazione termica richiede giunti elastici realizzabili solo mediante sostanze pastose che mai raggiungono una vera consistenza solida. I sigillanti sono la soluzione più idonea poiché hanno elevate caratteristiche di elasticità, di resistenza agli agenti atmosferici, di resistenza alle elevate temperature ed ai raggi UV.
I prodotti per l’edilizia sono costituiti da componenti a base di siliconi, resine acriliche, poliuretani con l’aggiunta di un prodotto “reticolante” che, a contatto con l’umidità atmosferica, consente loro di passare dallo stato pastoso iniziale a quello solido elastico finale.
Secondo il tipo di reticolante impiegato si può avere, durante il processo, rilascio di acido acetico da reticolante acido, ammine da reticolante basico, alcoli da reticolante neutro, acqua da reticolante acquoso.
L’applicazione dei sigillanti richiede superfici compatte, pulite, asciutte, esenti da polveri e sostanze untuose. I sigillanti possono essere applicati a mano o con idonea apparecchiatura. Le cartucce di piccole dimensioni sono impiegate associandole a pistole manuali o ad aria compressa mentre le confezioni più grandi prevedono l’utilizzo di dispositivi idraulici. Eccezionali sono le proprietà adesive negli incollaggi delle vetrate strutturali. Il vetro, con questi prodotti, è diventato un nuovo elemento architettonico.
I sigillanti più diffusi, per la loro versatilità, sono a base di gomma siliconica addittivata con cariche inerti come silicati o gesso, paste coloranti, fungicidi e battericidi. Nel settore edilizio sono utilizzati nell’industria della prefabbricazione, nella messa in opera di igienico-sanitari, nella giunzione di elementi metallici come le gronde, i pluviali, le intelaiature.
Questi sigillanti eccellono per la resistenza agli agenti atmosferici ed all’invecchiamento. Anche l’esposizione all’aperto per lunghi periodi di tempo non compromette le proprietà fisiche di questi prodotti.
I vulcanizzati di gomma siliconica sono caratterizzati da una buona resistenza nei confronti di acidi deboli e alcali. Il comportamento dei sigillanti siliconici rimane costante in un ampio intervallo di temperature da -30 °C a 80 °C. Ottima è anche la resistenza al calore. Fino a 150° C in ambiente secco mantengono inalterata la propria elasticità. Non sono aggrediti dai microrganismi (batteri e funghi). È pur vero che sui sigillanti siliconici ricoperti di sporco si formano in superficie microrganismi, soprattutto in ambienti caldo-umidi (bagno, cucina). Il risultato è che alcune parti del sigillante finiscono per presentare delle macchie, anche se ciò non implica alterazione delle caratteristiche meccaniche. Per evitare tale inconveniente è necessario usare un sigillante additivato con antimuffa.
I sigillanti siliconici presentano una buona adesione su molti substrati. L’adesione dipende, comunque, anche dal tipo di materiale da incollare, dalle sollecitazioni e dal trattamento della superficie. Per detergere le superfici si possono utilizzare solventi basso-bollenti che evaporano senza lasciare tracce di residui: alcol etilico per le materie plastiche e metiletilchetone per i metalli ed altri materiali. La tenuta dell’adesione può essere migliorata pretrattando la superficie con un primer adeguato.
In genere, i sigillanti non possono essere ricoperti con materiali come pitture o vernici a base solvente o acquosa. Questa operazione è possibile solo con sigillanti acrilici. È necessario, in ogni caso, tenere presente che i sigillanti presentano una dilatabilità maggiore di quella delle vernici. Questo comporta la rottura dello strato di vernice nel momento in cui la variazione dimensionale del sigillante è maggiore della capacità di dilatazione dello strato applicato in superficie.
Il sigillante acrilico si utilizza per sigillare i giunti dei rivestimenti di facciate in ceramica o pietre naturali e tutti gli altri giunti soggetti a mo¬vimenti di media grandezza. Le sigillature hanno elevata resistenza alle intemperie e si mantengono flessibili in ampi intervalli di temperatura.
Il sigillante uretanico permette di realizzare giunzioni con elevate prestazioni su diversi substrati. Presentano elasticità e resistenza all’acqua. Tuttavia, i sigillanti poliuretanici convenzionali presentano una certa sensibilità alle radiazioni UV. A seguito di prolungati periodi di esposizione, è possibile che la giunzione presenti sottili incrinature e una degradazione della superficie. Tale situazione non influisce sulle proprietà sigillanti perché si tratta di un effetto solo superficiale. Se è necessario un aspetto superficiale duraturo, occorre utilizzare poliuretano formulato ad hoc per resistere alle radiazioni UV.
Schiume
La schiuma può essere descritta come una struttura stabile con bassa massa volumica ed una forte coesione. In questa sede sono trattate soltanto le schiume poliuretaniche, monocomponenti, disponibili in bombole spray. La schiuma poliuretanica è la miscela di un prepolimero poliuretanico e di un propellente. Ogni bombola spray è, infatti, un piccolo reattore in cui il prepolimero è formato e mescolato al propellente. I principali componenti del prepolimero sono l’isocianato e il poliolo. La reazione, esotermica, di questi due componenti ha come risultato un gruppo poliuretanico. Accanto a questi due componenti sono impiegati alcuni additivi, necessari per la formazione di una schiuma stabile.
Le schiume poliuretaniche presentano una serie di caratteristiche che le rendono adatte ai più diversi settori d’impiego: ottima adesione, eccezionale capacità isolante nei confronti del calore, del freddo e del rumore. Presentano, inoltre, elevata stabilità agli agenti chimici e discreta elasticità e capacità di assorbire urti. Le schiume poliuretaniche sono idonee al riempimento di fughe, cavità, interstizi anche di forma irregolare o poco accessibili.
Per la loro versatilità e praticità d’impiego, le schiume poliuretaniche si prestano molto bene a essere utilizzate nel campo dell’edilizia. Le principali applicazioni riguardano l’installazione e l’isolamento termico d’infissi, l’isolamento termico di tubazioni idriche e di impianti termoidraulici, il fissaggio di pannelli isolanti (polistirolo, poliestere, sughero ecc.), il consolidamento di tegole, l’incollaggio di lamiere e di piastrelle per manti di copertura.
Il componente necessario per l’indurimento della schiuma poliuretanica è l’umidità presente nell’aria. Il valore minimo di questa, che consente la reazione d’indurimento, è il 35%. Questa umidità non è disponibile nelle cavità chiuse, perciò non si possono utilizzare in tali applicazioni perché la resina non polimerizzerebbe.