Poliuretano

La sintesi del primo isocianato alifatico è avvenuta a metà dell’ottocento a seguito di alcune sperimentazioni ad opera di Adolfo Wűrtz. Successivamente, nel 1937, il dottore Otto Bayer nei laboratori Bayer in Germania polimerizzò attraverso una poliaddizione di diisocianati alifatici e dioli un poliuretano allo scopo di ottenere prodotti per fibre che potessero essere simili al nylon statunitense ma svincolato da blocchi brevettuali. Nei laboratori Bayer per la sintesi controllata e la commercializzazione di queste nuove fibre bisogna attendere il 1964, anno d’introduzione nel mercato del marchio Dorlastan®. Nel gergo comune è ancora associato il nome Lycra®, alla fibra poliuretanica utilizzata per una molteplicità di capi, infatti la Du Pont anticipò di quattro anni, 1960, la concorrente Bayer, nella commercializzazione di questa fibra attribuendogli, appunto il nome Lycra®.

Precedentemente, a partire dal 1945 , la chimica del poliuretano permetteva il suo utilizzo solo come elastomero, rivestimento o adesivo. Le prime polimerizzazioni furono sviluppate con polioli di tipo estere e solo dopo una decina di anni furono introdotti nel mercato i polioli di tipo etere, creando così all’interno della stessa famiglia poliuretanica, due tipi di polimeri con caratteristiche differenti. Dall’inizio degli anni sessanta, con l’introduzione delle schiume flessibili, e grazie anche alle schiume rigide, apparse una decina di anni dopo, il mercato del poliuretano ebbe una crescita considerevole. Le continue migliorie nella sintesi, ancora oggi in sviluppo, e l’introduzione di nuove tecnologie di trasformazione hanno portato all’utilizzo del poliuretano praticamente in tutti i campi di applicazione; tubi flessibili, ruote, isolanti termici e acustici, cinghie, guarnizioni, cavi, suole per calzature, scarponi da sci, adesivi, ecc. 

La complessità dei metodi di sintesi, delle strutture di base dei monomeri, il rapporto tra essi e il gran numero di tipi di catalizzatori e additivi impiegati fanno sì che il polimero ottenuto possa variare da semi-cristallino opaco ad amorfo trasparente, ottenendo strutture che possono andare dalle fibre tessili a morbide schiume espanse.

La sintesi dei poliuretani (PU), può essere riassunta nella reazione chimica tra di-isocianati, molecole aventi due o più gruppi -N=C=O e polioli (generalmente dioli) a catena lunga e dioli a catena corta, molecole aventi due o più gruppi idrossilici -OH. Dal diolo nasce la distinzione tra poliuretano base estere (R-C=OO-R’) o poliuretano base etere (R-O-R’).

Con il termine poliuretano si racchiude una vastissima famiglia di prodotti con le più svariate caratteristiche in termini di proprietà meccaniche, chimiche e fisiche. Attraverso la corretta scelta e proporzione di polioli e diisocianati è possibile passare da prodotti soffici e morbidi, come le schiume flessibili a bassissima densità (cuscini,materassi ecc), a prodotti ad elevata resistenza alle sollecitazioni di compressione e flessione per applicazioni sportive come scarponi da trekking, sci ecc. La principale distinzione da prendere in considerazione, per avere una linea guida, sulle caratteristiche del poliuretano riguarda la sua natura chimica ossia se si tratta di base estere o etere. In commercio è presente anche una terza famiglia di poliuretano derivante dalla sintesi del caprolattone che presenta caratteristiche intermedie tra il poliestere e polietere.

Il poliuretano a base estere presenta caratteristiche meccaniche migliori da tutti i punti di vista: modulo elastico, resistenza alla trazione, allo strappo, alla compressione, all’abrasione, a prove di trazione statica ecc. Eccezione fa la flessibilità a freddo e la resistenza agli urti a basse temperature dove l’“etere” risulta più performante. Anche per quanto riguarda le caratteristiche meccaniche e l’invecchiamento ad alte temperature il poliuretano base estere mostra un comportamento migliore. La situazione si ribalta se parliamo di resistenza all’idrolisi e all’attacco dei microorganismi. Il fenomeno dell’idrolisi, che significa letteralmente “scissione prodotta dall’acqua”, colpisce in maniera significativa l’”estere” portando a una depolimerizzazione, quindi ad una diminuzione di peso molecolare con la conseguente perdita delle proprietà meccaniche. Questo fenomeno è più significativo nei poliuretani morbidi nei quali il poliolo con i gruppi estere ci sono in numero maggiore. Allo stesso modo, in condizioni di alte temperatura e umidità, il poliuretano estere risulta sensibile all’attacco enzimatico da parte di batteri e funghi che provocando la scissione del legame esterico porta a una diminuzione delle caratteristiche meccaniche. Entrambi i tipi di poliuretano mostrano resistenza a olii, ai grassi, all’ossigeno e all’ozono ma il poliuretano base estere in più offre minore permeabilità ai gas (Ar, CO2, N2, O2 ecc). Ultimo punto da trattare, ma non per questo meno importate, riguarda la densità. Il poliuretano base etere risulta più leggero, quindi a densità più bassa, con i relativi vantaggi nel settore dei trasporti e in tutte quelle applicazioni ad alta movimentazione.

• migliori performance meccaniche a temperatura ambiente

• migliori prestazioni alle alte temperature

• miglior effetto barriera ai gas

• miglior resistenza all’idrolisi

• miglior flessibilità e resistenza agli urti a basse temperature

• miglior resistenza ai microorganismi

• minor peso