Ottimizzazione di processi a base acqua per la produzione di schiume multifunzionali = Optimization of water-based processes for the production of multifunctional foams

Le schiume di poliuretano sono caratterizzate da bassa densità e conducibilità termica e presentano interessanti proprietà meccaniche. Grazie a queste caratteristiche sono utilizzate in una vasta quantità di applicazioni, tra cui la produzione di sedili per mezzi di trasporto e come isolanti termici e acustici. Tuttavia, la loro natura organica le rende facilmente infiammabili: a seguito dell’innesco rilasciano grandi quantità di calore e di fumi altamente tossici, producendo un materiale fuso che può fungere da innesco per altri substrati posti nelle vicinanze. Risulta dunque fondamentale ricorrere all’utilizzo dei ritardanti di fiamma per garantire un uso sicuro di questi materiali. Un approccio alternativo ai ritardanti di fiamma tradizionali, che spesso presentano problemi di inquinamento, bioaccumulo e tossicità, è l'uso di rivestimenti applicati alla schiuma finale. A questo proposito, negli ultimi anni, la tecnica layer-by-layer (LbL) è stata sfruttata come uno dei più utili strumenti di modifica superficiale in grado di creare rivestimenti funzionali su diversi substrati senza intaccarne le proprietà meccaniche. L'approccio LbL si basa sull'interazione elettrostatica che si verifica durante l'adsorbimento sequenziale di un polianione e un policatione sul substrato selezionato. Il processo si basa sull'utilizzo di soluzioni acquose di carica opposta contenenti componenti necessari per migliorare la resistenza alla fiamma. Nonostante i risultati incoraggianti, la tecnica LbL soffre di alcuni svantaggi che la rendono industrialmente poco accattivante: la natura ciclica del processo necessita di grandi quantità di soluzioni e di bagni di lavaggio che necessitano poi di essere smaltiti. In questo lavoro di tesi sono state utilizzate soluzioni contenenti componenti con carica opposta, per formare dei complessi polielettrolitici e depositare il rivestimento con proprietà di ritardo alla fiamma in un solo step di deposizione. In una prima fase le schiume sono state attivate mediante impregnazione in acido poliacrilico (PAA), che conferisce una carica superficiale negativa, e poi trattate immergendole nella soluzione di complesso. Nella seconda fase, per semplificare il processo, lo step di attivazione è stato eliminato e la deposizione è stata effettuata utilizzando un processo in grado di eliminare completamente gli scarti. Sono state testate diverse formulazioni ed è stato valutato l’effetto dell’aggiunta di tensioattivi (CTAB, acido tannico) sulla bagnabilità della schiuma e conseguentemente sull’uniformità del rivestimento ottenuto e sulle proprietà di ritardo alla fiamma. Le schiume che hanno ottenuto le proprietà di ritardo alla fiamma più interessanti sono state quelle trattate con la soluzione contenente gelatina 2 wt%, acido fitico 2 wt% e nanofibre di cellulosa (CNF) 0.1 wt% e con quella contente PAA 1 wt%, acido fitico 2 wt% e sepiolite 1 wt%. I test di infiammabilità hanno mostrato la capacità della schiuma di resistere all’applicazione diretta di una fiamma non innescando, mentre i test di resistenza al calore in condizioni di combustione forzata hanno evidenziato una riduzione fino al 58% della massima velocità del rilascio di calore durante la combustione e, per il sistema contenente il PAA, una riduzione fino al 24% nella quantità dei fumi prodotti.