Utilizzo di complessi polielettrolitici naturali per la preparazione di schiume ignifughe = Use of bio-based polyelectrolyte complexes for the preparation of flame retardant foams

Le schiume di poliuretano sono caratterizzate da bassa densità, leggerezza, flessibilità e forniscono ottime prestazioni in numerosi impieghi, , ad esempio come isolanti termici ed acustici. A causa della loro natura organica, sono facilmente infiammabili. Durante la combustione rilasciano grandi quantità di calore e fumi tossici. Favoriscono inoltre l’innesco degli oggetti circostanti poiché durante la combustione si verifica il collasso della struttura e formazione di liquido viscoso infiammabile che facilita la diffusione della fiamma e aumenta la velocità di propagazione dell’incendio. Un’alternativa ai ritardanti di fiamma tradizionali, che spesso presentano problemi di inquinamento, tossicità e bioaccumulo, è la tecnica Layer by Layer (LbL), che permette di depositare un rivestimento superficiale di spessore nanometrico, immergendo alternativamente il substrato in soluzioni acquose o sospensioni, cariche positivamente o negativamente. Mediante questa tecnica si è in grado di conferire proprietà di ritardo alla fiamma senza modificare le proprietà meccaniche del materiale. La tecnica LbL presenta però alcune limitazioni legate al numero eccessivo di step di deposizione necessari per ottenere un rivestimento funzionale. In questo lavoro di tesi, sono state utilizzate soluzioni di chitosano (CH, carica positiva) e sospensioni di nanoparticelle, diverse per forma e dimensione, per formare i complessi a base di componenti naturali al fine di depositare in un'unica soluzione un rivestimento ritardante alla fiamma. Le schiume sono state attivate mediante impregnazione in acido poliacrilico, che conferisce una carica superficiale negativa, favorendo la successiva fase di deposizione del complesso. È stato innanzitutto individuato il sistema il sistema più promettente, ovvero il complesso a base di chitosano e montmorillonite (CH/MMT). Successivamente è stato eseguito uno studio volto a migliorarne le prestazioni mediante l’aggiunta di diverse concentrazioni di sodio esametafosfato, fonte di componenti a base fosforo che aumentano le proprietà di ritardo alla fiamma, e agente deflocculante che migliora la dispersione delle nanoparticelle. Con l’aggiunta dello 0,01% wt di SHMP, campioni arrestano la propagazione della fiamma a pochi centimetri dal suo punto di applicazione. È stato inoltre eseguito con confronto tra l’attivazione mediante PAA e tecnologia al plasma, uno dei metodi più promettenti a favorire l’adesione di un rivestimento e permette di ridurre le quantità di soluzioni utilizzate. L’attivazione delle schiume è stata eseguita presso il laboratorio Plasma Nano-Tech, Environment Park Torino. Infine, il complesso CH/MMT contenente lo 0,5% wt di SHMP è stato utilizzato nella produzione di schiume rigide con proprietà di ritardo alla fiamma, mediante il processo di liofilizzazione. Il complesso è stato centrifugato; il gel ottenuto, posto in stampi di silicone, è stato congelato. La successiva sublimazione dei cristalli di ghiaccio porta alla formazione di struttura caratterizzate da elevata porosità. Il chitosano si comporta da collante delle particelle inorganiche, che svolgono il ruolo di barriera al calore e al trasporto di massa, fornendo al materiale ottime proprietà di comportamento alla fiamma. Le schiume preparate hanno mostrato un comportamento autoestinguente durante i test di infiammabilità mentre l’applicazione di un flusso di calore tipico di un incendio nelle prime fasi di sviluppo non è stata in grado di innescarne la combustione.