Vernici e pitture

Le vernici e le pitture sono prodotti di rivestimento fluidi e semifluidi che, applicati su una superficie in strato sottile, si trasformano, dopo un certo tempo, in una pellicola ricoprente solida. La trasformazione da fluido a solido può aver luogo per evaporazione del solvente, per reazione chimica o per entrambi questi processi. Questi prodotti sono applicati a pennello, rullo o a spruzzo e sono utilizzati quali elementi estetici e contro l'azione di degrado degli agenti atmosferici.
Per garantire un massimo di protezione e di durabilità è necessario applicare la pittura in più strati (mani) successivi. Il primo, o mano di fondo, garantisce l'adesione tra substrato e gli strati successivi. Viene poi il sottosmalto, che serve a coprire quello che si trova al di sotto e consente di ottenere una superficie opportuna per l'applicazione della mano finale, o di finitura. Questa conferisce l'aspetto richiesto per quanto riguarda colore e brillantezza. Sono disponibili pitture in grado di fornire alla superficie trattata una finitura da molto brillante, capace di riflettere oltre il 70% della luce incidente, a semibrillante (70-30%), a guscio di uovo (30-6%), a intermedia tra guscio di uovo e opaca (6-2%), a opaca (è riflessa meno del 2% della luce incidente).

Terminologia

Numerosi sono i tipi di pitture oggi disponibili in commercio. Per la loro classificazione ci si può basare sull'utilizzo al quale sono destinate o alla natura del veicolo impiegato, poiché è soprattutto il veicolo che condiziona l'aspetto della pittura e le sue caratteristiche tecnologiche.
Sino all'inizio del '900 tutte le pitture erano del tipo a olio. Consistevano in una miscela di olio siccativo - in genere olio di lino cotto - di pigmento, di solvente per la diluizione - in genere essenza di trementina - e di additivi per favorire l'essiccamento.
Lo sviluppo delle resine sintetiche ha permesso, in seguito, di realizzare pitture dotate di elevata brillantezza e di tempi di essiccamento molto ridotti.
Dal punto di vista terminologico si definisce pittura il prodotto pigmentato coprente e colorato che consente di rivestire una superficie conferendole un colore. La pittura è costituita da "veicolo" e "pigmento". Il veicolo è costituito da sostanze filmogene, solvente, diluente, additivi, plastificanti.
È definito vernice il prodotto non pigmentato, in pratica trasparente. In altri termini si può definire "pittura" la vernice con aggiunta di sostanze pigmentanti.
Sono chiamati smalti, le pitture a olio o sintetiche o le vernici pigmentate capaci di conferire alla superficie del prodotto verniciato un aspetto brillante e speculare analogo a quello degli smalti ceramici.

Costituenti

I principali costituenti che entrano nella preparazione delle diverse classi di prodotti vernicianti, sono elencati di seguito.

Pitture al solvente

Si tratta di vernici costituite, in genere, da resine polimeriche, da solventi (soprattutto toluolo e xiluolo, in misura inferiore solventi aromatici, esteri e acetati), da pigmenti, da cariche ed eventuali additivi. Le sostanze che evaporano (solventi volatili) costituiscono circa dal 10 a150% della vernice.
In queste pitture il meccanismo predominante per la formazione del film può consistere nell'evaporazione del solvente, nell'ossidazione, nella polimerizzazione o in altra reazione chimica.
Come esposto in precedenza, le vernici più antiche sono a base di oli siccativi. Gli oli siccativi sono costituiti da acidi grassi. I più usati sono gli oli di lino, di ricino, di legno di Tung. L'indurimento di questi prodotti è dovuto a ossidazione. Al procedere di questa, si ha solidificazione con formazione di un film. Questa reazione è molto lenta e può essere accelerata aggiungendo sali di metalli pesanti con acidi grassi, chiamati "essiccativi". L'aggiunta di resina naturale, per esempio le copali, all'olio di lino migliora le proprietà di stendibilità, la velocità di essiccazione e la brillantezza. Queste vernici presentano, in ogni caso, una lenta essiccazione, sono poco resistenti all'umidità e si infragiliscono.
Un'evoluzione degli oli siccativi si è avuta con l'introduzione delle resine alchidiche e delle resine poliestere. Queste ultime possono essere considerate un particolare tipo di resine alchidiche. La differenza tra le due è che le poliestere sono costituite da catene lineari, mentre le alchidiche da catene ramificate. Ambedue le vernici sono addizionate di oli siccativi, perciò sono soggette ai medesimi meccanismi di ossidazione e indurimento di questi oli. Queste vernici sono definite in base al rapporto resina:olio, rapporto chiamato lunghezza di olio. Un rapporto di 1:2 dà una vernice a corto di olio, uno di 1:3 una vernice a medio di olio e uno di 1:4 una vernice a lungo di olio. Le vernici a corto di olio sono caratterizzate da pellicole dure a rapida essiccazione, di elevata brillantezza ma scarsa flessibilità, mentre quelle a lungo di olio essiccano più lentamente, ma presentano elevata flessibilità e buona durabilità, proprietà che le rendono utilizzabili per pitture a utilizzato esterno.
Le resine alchidiche e poliestere sono ancora le più usate per essiccamento all'aria. Sono efficaci per la protezione contro la corrosione e non richiedono particolare preparazione delle superfici. Inoltre, sono a basso costo. Devono essere messe in opera a temperature non inferiore a 10 °C e umidità ambiente non troppo elevata.
Le resine alchidiche e poliestere possono essere modificate con altri polimeri per migliorare alcune proprietà come il tempo di essiccazione, la resistenza chimica e all'umidità.
La modifica più appariscente è quella che si ottiene per aggiunta di particolari poliammidi. Il prodotto che si ottiene risulta tixotropico. Tali sono i prodotti che in quiete mostrano un'elevata viscosità con assenza di scorrimento. Applicando sforzi meccanici come l'azione di un pennello, il prodotto diminuisce la propria viscosità e fluisce, ritornando nella situazione iniziale al cessare dello sforzo applicato.
Importanti sono le resine alchidiche modificate con le resine epossidiche. Si ottengono vernici con ottima adesione ai metalli e maggiore resistenza agli agenti chimici e all'umidità.
Le vernici con resine acriliche possono essere formulate sia come termoplastiche sia come termoindurenti. Quelle a base di polimeri termoplastici, in genere metacrilati, non subiscono reazioni chimiche durante e dopo l'applicazione. Essendo i pesi molecolari piuttosto elevati, richiedono notevoli quantità di solvente per ridurre la viscosità. Queste vernici essiccano all'aria per semplice evaporazione del solvente. Spesso sono impiegati riscaldamenti in stufe per ridurre il tempo di evaporazione del solvente. A caldo, inoltre, il polimero rammollisce e, in conseguenza, si ha un miglioramento dell'aspetto finale per effetto di un autolivellamento, che elimina imperfezioni di applicazione. Il maggior impiego si ha nel campo industriale per le caratteristiche di durezza, brillantezza e resistenza agli agenti UV. Il punto debole è nella necessità di utilizzare per l'applicazione notevoli quantità di solventi inquinanti. Le vernici acriliche a base di polimeri termoindurenti sono costituite da polimeri con pesi molecolari inferiori a quelli precedenti e polimerizzati solo dopo la loro applicazione. Il basso peso molecolare fa sì che presentino una minore viscosità: ciò comporta un minore uutilizzo di solvente. La successiva reticolazione porta a film con elevata durezza e brillantezza e ottima resistenza alle alte temperature e agli agenti chimici.
Vernici con resine epossidiche. Un sistema epossidico reticolante consta di due componenti che sono mescolati immediatamente prima dell'applicazione. Il primo componente contiene la resina, il solvente e, se del caso, il pigmento, mentre il secondo è costituito dall'agente reticolante o dal catalizzatore. Le proprietà delle vernici epossidiche dipendono dal tipo e dal peso molecolare della resina epossidica utilizzata e dalla natura dell'agente reticolante.
Le resine epossidiche, nelle diverse formulazioni, portano a prodotti con ottima flessibilità e con particolare resistenza all'acqua. Alcune, polimerizzate ad alta temperatura (superiore almeno a 120 °C) formano rivestimenti molto resistenti agli acidi e agli alcali. Sono, quindi, molto utilizzate per il rivestimento interno di cisterne, serbatoi ecc.
Vernici a base poliuretani. Si ottengono per polimerizzazione di componenti contenenti gruppi isocianici (-NCO) con polioli. I componenti sono conservati in recipienti separati fino al momento dell'uso. Le principali proprietà del rivestimento poliuretanico derivano dal poliolo. Sono questi costituiti da lunghe catene che danno come risultato finale resine flessibili e tenaci. Catene corte portano a film duri e poco flessibili. Sono presenti sul mercato anche altri prodotti a base poliuretanica combinati con resine acriliche, epossidiche, viniliche, alchidiche. Vernici poliuretaniche traspiranti si utilizzano per impermeabilizzare lastrici solari e pavimentazioni calpestabili. Oltre ai sistemi bicomponenti, esistono anche sistemi monocomponenti, reticolabili nell'atmosfera, dopo l'applicazione, per reazione con l'umidità ambiente.
Vernici con resine viniliche. Sono sistemi a base di copolimeri di cloruro di vinile e acetato di vinile, che però richiedono per la loro applicazione alte percentuali di solvente.
Lo stesso problema riguarda le vernici cellulosiche, la più nota delle quali è la nitrocellulosa usata per le caratteristiche di rapido essiccamento ed elevata durezza. I ricoprimenti a base di nitrocellulosa o di altri derivati della cellulosa sono, talvolta, indicati come lacche.
Per il rivestimento di piscine o in ambiente marino si utilizzano anche vernici al clorocaucciù, prodotto questo ottenuto clorurando la gomma naturale.

Pitture all'acqua

Si distinguono a seconda che il veicolo è disperso o emulsionato in acqua. Le pitture in dispersione sono le pitture a calce. Queste sono formate da calce spenta dispersa in acqua. Sono di basso costo, di facile preparazione e interessanti per particolari applicazioni (su superfici di laterizi, cemento, to, gesso) e possono essere applicate anche su superfici umide, perché l'umidità del sottofondo può affiorare in un secondo tempo senza produrre alterazioni. Esse non hanno un elevato potere coprente e devono essere applicate in diverse mani successive. La calce si trasforma in carbonato, dando un prodotto inalterabile ma che spolvera, non è lavabile e neppure dotata di buona aderenza. Si può variare la viscosità e, quindi, la lavorabilità di tali sospensioni aggiungendo eteri di cellulosa. Un notevole miglioramento delle proprietà di queste pitture si è ottenuto incorporando in esse caseina (proteina che si ricava dal latte) o colla animale o destrina. Le pitture di questo tipo (pitture a colla) lasciano, con l'evaporazione del solvente, una pellicola dura che in molti casi è resa più flessibile incorporando nel prodotto olii - per esempio di ricino - che si emulsionano con facilità e agiscono da plastificanti. Queste pitture prendono anche il nome di tempere, e sono prodotte in forma di polvere asciutta o anche in pasta.
Un altro tipo di pittura ad acqua è quella al cemento che trova impiego su murature sia in cemento sia in laterizio. È formata da una dispersione in acqua di cemento bianco e calce. Esse devono essere applicate in più mani e occorre mantenere la superficie umida per assicurare, dopo l'applicazione, l'idratazione del cemento.
L'altra classe delle pitture ad acqua è quella delle pitture in emulsione, nelle quali si usa una resina polimerica, insolubile in acqua, ma dispersa in essa sotto forma di goccioline o di minute particelle. Con l'evaporazione dell'acqua, le particelle del polimero si riuniscono e si saldano le une alle altre formando una pellicola continua. Queste pitture possono essere diluite con acqua e presentano bassa viscosità. Con l'essiccazione non si perde solvente. La pellicola è elastica, impermeabile, ma piuttosto tenera. Essa può essere indurita per aggiunta di quantità anche piuttosto elevate di pigmento.
Si hanno diversi tipi di pitture a emulsione secondo il polimero adoperato. Quelli più utilizzati appartengono al gruppo delle resine viniliche, stiroliche e acriliche.
Queste pitture a emulsione vengono anche chiamate al lattice. Infatti, per la loro preparazione, non si disperde in acqua il polimero, ma si parte dai monomeri che sono polimerizzati, al giusto grado, in emulsione acquosa. Si ottiene un lattice abbastanza stabile al quale si aggiungono poi i pigmenti e gli additivi vari. Esse sono usate per pareti all'interno o all'esterno di edifici, per manufatti di legno e anche di metallo. Quelle usate per esterni contengono una maggiore percentuale di polimero.
Queste pitture sono porose e consentono all'umidità, rimasta al disotto della pellicola, di essere eliminata senza causare la formazione di bollicine o il distacco di pellicola. Per contro, i polimeri che partecipano all'emulsione non possiedono un'elevata adesione e si notano inconvenienti quando le condizioni del substrato non sono particolarmente adatte. Oggi si è esteso l'uso di tali pitture a ricoprimenti, di elevata lucentezza, per legno e metallo.

Pitture di fondo (sottofondi)

Sono impiegate come primo strato di pittura. Hanno lo scopo di favorire l'adesione del sistema ricoprente al substrato e di proteggere il substrato dall'acqua e da eventuali altre sostanze. Non hanno il compito di contribuire alla durata o all'aspetto finale.
Le pitture di fondo per legno presentano massima adesione e sufficiente flessibilità a compensare le variazioni dimensionali che hanno luogo quando il legno si rigonfia o si restringe a causa di variazioni di umidità. Le pitture destinate a legno posto all'esterno devono resistere anche alla penetrazione dell'umidità e alla conseguente tendenza di questa a ridurre l'adesione.

Primer anticorrosivi

I sottofondi per metalli devono aderire in modo perfetto al substrato e impedirne la corrosione. A questo scopo si incorporano pigmenti anticorrosivi, capaci di ritardare le reazioni che causano la corrosione. I più comuni fra questi pigmenti sono il minio, il cromato di zinco, il fosfato di zinco.

• Minio di piombo. E il pigmento più conosciuto. Usato con olio di lino dà un ottimo primer, in modo particolare per il ferro. Ciò è dovuto alla formazione di complessi di piombo che evitano la corrosione dell'acciaio. Questi complessi non si formano in assenza di olio di lino. Pertanto il minio a rapida essiccazione basato su caucciù, resine viniliche o epossidiche è molto meno efficace nella protezione del ferro.
• Cromato di zinco. Rilascia ioni cromato che passivano l'acciaio. Sono usati con una varietà di veicoli. L'asserita tossicità, la possibile cancerogenità, e l'accertata azione allergenica ne limitano sempre di più l'impiego.
• Fosfato di zinco. Questo è un pigmento anticorrosivo molto usato. Può essere incorporato in quasi tutti i veicoli e, poiché è trasparente, permette di ottenere pitture di ogni colore. Effetti tampone e passivazione dell'acciaio sono alla base dell'azione anticorrosiva.
• Zinco. Lo zinco metallico è molto usato come pigmento nei primer per la sua ottima resistenza alla corrosione atmosferica.

Pitture ignifughe

Prodotti di tipo normale resistono per un tempo più o meno breve a temperature fino a circa 150 °C. Per temperature superiori si deve ricorrere ad accorgimenti particolari. Un metodo è, per esempio, di incorporare un pigmento di alluminio in un veicolo che si elimina poi per combustione. Si otiene così la fusione dell'alluminio sulla superficie del substrato con un conseguente grado di protezione.

Normativa UNI

La UNI 8681 classifica i numerosi prodotti in base a diversi criteri che riguardano:

• la costituzione generica (distinguendo tra vernici, pitture, pitture a spessore, stucchi, tinte e altri prodotti);
• lo stato fisico (in soluzione, in emulsione acquosa, in dispersione acquosa, senza solventi, altro);
• il tipo di essiccamento e d'indurimento (ad essiccamento fisico, a indurimento chimico ossidativo, a indurimento chimico reattivo, altro);
• la brillantezza dopo l'applicazione ed essiccamento (in base alla ISO 2813: lucido, semilucido, opaco).

Isolamento acustico e termico

Suono e rumore

L'esposizione ad alti livelli di rumore' è nociva per la salute dell'individuo. L'esposizione prolungata agli alti livelli acustici può comportare la perdita della capacità uditiva. Nelle abitazioni la presenza di rumori provenienti dall'esterno può essere un elemento di forte disagio e causare stress alle persone che vi abitano.
Esistono due modi distinti di gestire e controllare il rumore. Il primo, riguarda la capacità da parte di un sistema di isolare acusticamente un ambiente dai suoni provenienti dal mondo esterno e viceversa (o da altre abitazioni). Ci si riferisce a questo concetto con il termine di fonoisolamento. Il secondo, invece, riguarda gli aspetti acustici dell'ambiente in cui si vive: come quest'ultimo si comporta nei confronti di eventuali sorgenti sonore interne a esso, si parla in tal caso di fonoassorbimento.

Fonoisolamento

L'attenuazione della trasmissione sonora riguarda la riduzione di energia sonora che passa attraverso un muro, un pavimento, un tetto ecc. Il rumore può essere di natura aerea (televisione, stereo, voci ecc.) o causato da impatti.
La soluzione tradizionale per ridurre la trasmissione sonora aerea è quella di realizzare pareti che abbiano un elevato peso per unità di superficie. Per ottenere questo risultato si ricorre a elevati spessori della parete e all'impiego di materiali ad alto peso specifico. L'impiego di materiali porosi consente, a parità di peso della parete, di ottenere un comportamento e un isolamento acustico più elevato.
In fase di costruzione l'attenuazione del rumore che proviene dall'esterno - sia attraverso le pareti, sia attraverso il tetto - può essere condotta isolando la struttura abitativa. In pratica, adottando una struttura tutta discontinua, costruita in modo che le pareti, il pavimento e il soffitto di una stanza costituiscono come una scatola, sospesa entro la struttura portante. Una riduzione del livello di rumore in un ambiente può essere ottenuta rivestendo le pareti con materiali fonoassorbenti. In tal modo si riduce il livello sonoro che si stabilisce nell'ambiente, a parità di potenza acustica entrante.
Nei casi in cui invece il rumore proviene dagli appartamenti contigui, il problema può essere risolto utilizzando materiale isolante in corrispondenza delle pareti divisorie e dei pavimenti.

Fonoassorbimento

Le superfici lisce e dure hanno la proprietà di riflettere il suono. Questo fenomeno si chiama riverbero, mentre "camera di riverberazione" è l'ambiente usato per testare l'assorbimento acustico dei materiali.
La capacità di un materiale di assorbire il suono può essere usata per ridurre il riverbero all'interno degli ambienti.

Isolamento termico

L'isolamento termico ha lo scopo di impedire, o almeno di ridurre, la trasmissione del calore attraverso una parete, per mantenere entro un certo ambiente una temperatura diversa dall'ambiente esterno.
Per temperature moderatamente diverse dall'ambiente esterno, quali si riscontrano in genere negli edifici, è sufficiente un rivestimento delle pareti interessate mediante materiale avente una piccola conducibilità che oppone, in pratica, notevole resistenza al passaggio del calore.
Un buon materiale isolante deve avere un basso coefficiente di conduttività termica, essere leggero e con discreta resistenza meccanica. Deve resistere alla temperatura d'impiego, non presentare forti variazioni di volume con la temperatura, facile da lavorare, non deve danneggiare le pareti su cui è applicato, non deve subire rigonfiamenti né essere sensibile agli agenti atmosferici, ed essere resistente agli insetti.
La conducibilità termica dei materiali dipende dalla loro struttura e dalla forma macroscopica fisica. Per esempio, il vetro è amorfo, ossia è costituito da aggregati di molecole la cui capacità di vibrazioni è molto limitata. Ha pertanto una piccola conducibilità. Ma ancora più piccola è quella della lana di vetro, perché nella massa soffice resta racchiusa l'aria in tante porzioni interrotte dai fili di vetro. Per analogo motivo un tessuto di lana è un buon isolante perché i singoli peli sono cavi e i fili, costituiti da peli più o meno attorcigliati, racchiudono tante piccole sacche di aria. I fili e i tessuti di materie plastiche non sono isolanti poiché le singole fibre non sono cave.
Hanno buone proprietà isolanti sia materiali naturali e sia sostanze inorganiche, ambedue impiegabili tal quali o dopo averli opportuni lavorati. Si usano anche materiali artificiali. Per esaltare l'effetto isolante, sia dei naturali sia degli artificiali, spesso essi sono lavorati o trattati in modo da aumentare la porosità naturale.
Accanto alla prestazione fondamentale, i materiali isolanti devono presentare altre caratteristiche che li rendono più o meno idonei allo specifico impiego:

• resistenza alla compressione: necessaria per impiego sotto pavimento o sottotegola (se il materiale si schiaccia si riduce R e possono esserci problemi di fessurazione);
• resistenza al fuoco;
• igrometria.

Reazione al fuoco

Il termine "reazione al fuoco" riguarda il comportamento intrinseco di un materiale nei confronti del fuoco. La normativa italiana in merito, rappresentata dal Decreto Ministeriale 26/6/1984, "Classificazione di reazione al fuoco e omologazione dei materiali ai fini della prevenzione incendi", prevede classi di reazione al fuoco al quale il materiale è sottoposto. In funzione del tipo di partecipazione, ai materiali sono assegnate le classi da 0 a 5. All'aumentare della partecipazione al fuoco aumenta la classe. I materiali di classe 0 sono quelli incombustibili. I manufatti che si collocano in classe 0 sono i più sicuri, giacché non favoriscono né l'insorgere né lo sviluppo dell'incendio. Per essere dichiarato "non combustibile" un materiale deve superare il test ISO DIS 1182.2 che consiste nel portare alla temperatura di 800 °C, per 20 minuti, un provino cilindrico di diametro 45 mm e altezza 50 mm. Nella classificazione Europea, la reazione al fuoco è espressa in euroclasse che si dividono in 7 classificazioni: Al, A2, B, C, D, E e F.

Resistenza al fuoco

La resistenza al fuoco è l'attitudine di un elemento da costruzione a conservare per un intervallo di tempo definito:

• la stabilità indicata con R;
• la tenuta indicata con E;
• l'isolamento termico I.

R 15
R 30
R 45
R 60
R 90
R 120
R 180
RE 15
RE 30
RE 45
RE 60
REI 90
RE 120
RE 180
REI 15
REI 30
REI 45
REI 60
RE 90
REI 120
REI 180

Igrometria

La pelle deve respirare. Se è limitata o ridotta tale capacità (come per esempio indossando un impermeabile), è inibita la naturale azione della sudorazione, con conseguente diffusa sensazione di malessere. Allo stesso modo, il muro deve essere in grado di respirare, altrimenti è pregiudicato il nostro benessere.
Le persone presenti in un ambiente producono - con la respirazione e la traspirazione - una notevole quantità di vapor d'acqua (ogni persona emette, con il respiro, circa 40 g/h di vapore). Inoltre, bagni e cucine sono un'altra fonte di vapore. Il vapore presente nell'ambiente interno tende a migrare attraverso le pareti perimetrali (compreso il tetto), per disperdersi all'esterno.
Perché tale fenomeno possa verificarsi senza inconvenienti, è necessario che il vapore non incontri ostacoli lungo la sua strada. Brusche diminuzioni di temperatura (per esempio sulla superficie di contatto con uno strato isolante) o forti aumenti della resistenza alla sua diffusione (per esempio intonaci esterni plastificati impermeabili al vapore) provocano la condensazione nello spessore della parete. L'acqua, così prodotta, inumidisce la parete provocando una rilevante diminuzione della coibenza della parete stessa. Inoltre, l'acqua di condensazione affiora sull'intonaco pro¬vocando macchie, muffe e, nel caso d'intonaci o rivestimenti esterni impermeabili al vapore, può verificarsi, nell'arco di qualche anno, il rigonfiamento e il distacco dell'intonaco stesso.
È chiaro, quindi, che le pareti esterne, compreso il tetto, devono essere permeabili al vapore e nel contempo isolanti. Nei tetti, se non si realizza un adeguato sistema di ventilazione sotto le tegole, si può favorire la comparsa di funghi sui listelli di supporto (con pericolo di fare marcire i materiali), o la possibilità di fenomeni di gelività quando il materiale è imibito di acqua.

Isolanti di sintesi

I principali materiali isolanti, termici e acustici, sono polimerici con una struttura cellulare, con densità dell'ordine delle centinaia di kg/m3 (materiali semiespansi) e, molto spesso, di solo alcune decine di kg/m3. La struttura del materiale polimerico espanso può essere:
a) a celle aperte, quando le celle sono collegate tra loro;
b) a celle chiuse, quando le celle sono isolate l'una dall'altra.
La struttura può essere fine (se molto fine si parla di materiale microcellulare) o grossolana, con dimensioni delle celle variabili da 0,05 mm a 1-2 mm di diametro.
Le proprietà di un materiale polimerico espanso sono determinate, oltre che dalle caratteristiche chimiche e fisico-meccaniche del materiale di partenza (matrice), dalla densità e dalla struttura. Al diminuire della densità diminuiscono, non necessariamente in maniera lineare, le caratteristiche meccaniche mentre aumentano, fino a un certo limite, alcune caratteristiche peculiari quali potere coibente e assorbimento acustico. Strutture composte solamente di celle chiuse, in cui non sono possibili movimenti convettivi dei gas all'interno delle celle, presentano elevata coibenza termica. Materiali a celle aperte, in particolare se irregolari e grossolane, all'interno delle quali sono possibili ripetute riflessioni delle onde sonore, presentano caratteristiche di assorbimento acustico.
I materiali cellulari si classificano anche in base alla loro rigidità, gli estremi essendo i prodotti cosiddetti "rigidi" e "flessibili".
Per la produzione degli espansi si fa uso di differenti tecnologie.
Processo a bassa pressione. Il polimero fuso, contenente disciolto gas che si è formato in qualche modo, è iniettato all'interno dello stampo in quantità inferiore al volume della sua cavità, cavità che è quindi completata per l'effetto espandente dei gas disciolti. Il materiale presenta una tipica superficie marezzata e scabra, conseguenza della rottura delle bollicine di polimero fuso, sulle pareti fredde dello stampo.
Processo di coiniezione. Il processo prevede l'impiego di due gruppi di iniezione, uno per il materiale compatto, che formerà la "pelle" esterna, e il secondo per il prodotto espandibile da iniettare all'interno. I due gruppi sono combinati con lo stesso congegno di chiusura. Si ha un'iniezione in due fasi successive: prima il prodotto compatto che riempie solo l'impronta, poi il materiale espandibile che completa la cavità. La superficie è compatta e liscia e non richiede operazioni di finitura.
Processo con contropressione di gas nello stampo. È questo il processo oggi più utilizzato. La massa fusa, che contiene l'agente espandente, è iniettata in uno stampo tenuto in pressione a un valore tale da equilibrare la pressione dell'espandente (20-30 atm), così da evitare l'espansione nella fase di riempimento. La contropressione è azzerata solo a riempimento quasi totale dell'impronta permettendo la fase di espansione in uno stampo non più freddo.
Il gas necessario per l'espansione e l'ottenimento della struttura cellulare si realizza con metodologie diverse.
Espansione meccanica: con questo metodo un gas (aria) è disperso per via meccanica, mediante attrezzature paragonabili a frullatori, nel polimero che è portato a uno stadio di viscosità e tensione superficiale tali da mantenere inglobate le bolle. Il materiale è poi trattato in modo da consolidare la struttura.
Espansione fisica: in questo metodo al polimero fluido è addizionato un liquido inerte solubile nel sistema e avente punto di ebollizione di poco superiore alla temperatura ambiente. Per evaporazione del liquido, provocata da un aumento di temperatura o da una diminuzione di pressione, si ha l'espansione della massa viscosa.
Espansione chimica: in questi processi si impiegano sostanze, solide a temperatura ambiente, che per riscaldamento si decompongono liberando gas. Si utilizzano in genere azocomposti.

Poliuretano espanso

Il poliuretano è il prodotto di una reazione chimica tra due componenti: isocianati e composti organici, aventi nella molecola almeno due gruppi OH. Il polimero che si ottiene in seguito a questa reazione ha prerogative che lo rendono funzionale a molteplici impieghi. La schiuma poliuretanica è chimicamente inerte, insolubile e non metabolizzante. In edilizia si utilizzano i poliuretani espansi rigidi, a celle chiuse. Sono caratterizzati da scarse proprietà meccaniche (circa 2 kg/cm2), mentre possiedono bassissimi coefficienti di conduttività termica (0,020-0,025 W/m2 °C).
Il poliuretano espanso resiste ai prodotti chimici e all'attività biologica anche in condizioni difficili (acqua salata, acidi e basi diluite, idrocarburi alifatici, atmosfere gassose e/o saline). Presenta variazioni dimensionali ridottissime negli intervalli tra -100 °C e +80 °C. Le migliori caratteristiche chimiche e fisico-meccaniche le presentano schiume poliuretaniche con densità pari o superiori ai 30 kg/ml.
Completa il quadro delle caratteristiche, le doti di lavorabilità: i pannelli sono, infatti, idonei per essere sagomati senza alcuna difficoltà.

Polistirolo espanso (EPS)

Il polistirolo espandibile, prodotto intermedio per la produzione dell'EPS, è un polistirolo normale al quale è incorporato un agente rigonfiante (pentano o isopentano). Esso si presenta sotto forma di perle sferiche del diametro di 0,3-2 mm, con densità apparente di circa 700 kg/m3. Viene in seguito lavorato in fasi successive per dare il polistirolo (detto anche polistirene) espanso.
Preespansione. Consiste nel riscaldamento delle perle di polistirolo a temperatura superiore a 90 °C, in genere, mediante contatto diretto con vapor acqueo, in appositi recipienti. Le perle, mantenute in continua agitazione, si espandono in modo uniforme, fino ad assumere la forma di sfere cave di 4-8 mm. A questo stadio la densità apparente del prodotto è di 10-30 kg/m3.
Stagionatura intermedia. Le perle, così espanse, sono stagionate per alcune ore a temperatura ambiente. Si ha così l'essiccamento delle perle e un riequilibrio della pressione interna, discesa a 1 atmosfera durante la fase di raffreddamento.
Sinterizzazione. Le perle espanse, dopo stagionatura, sono trasferite in stampi dove, mediante successivo riscaldamento, in genere a vapore, avviene la saldatura delle perle stesse tra loro e l'ottenimento di manufatti. Il polistirolo espanso può essere prodotto anche per estrusione del polistirolo normale con la contemporanea introduzione nell'estrusore di gas sotto pressione.
Per l'isolamento termico si producono blocchi che sono tagliati mediante filo caldo (riscaldato a 200 °C mediante passaggio di corrente elettrica) in lastre.
Il polistirolo espanso, prodotto nel tipo normale o resistente alla fiamma, è un materiale rigido, a celle chiuse, con massa volumica compresa fra 10 e 40 kg/ml. Esso è costituito da circa il 98% di aria e solo dal 2% di materiale strutturale: ciò conferisce bassa conducibilità. Per garantire sufficiente resistenza meccanica s'impiega materiale con densità non inferiore ai 15 kg/m3. Il coefficiente di conduttività termica è circa 0,032 W/m2 °C, mentre la massima temperatura di esercizio è 70 °C. L'EPS è permeabile al vapor acqueo, quindi è traspirante, ma è impermeabile all'acqua. La permeabilità al vapor acqueo fa sì che all'interno di edifici e ambienti isolati con EPS non si formino muffe.
Il polistirolo espanso non ha caratteristiche d'isolamento acustico, tuttavia fornisce un notevole contributo come componente in una struttura massa-molla. L'EPS è privo di sostanze nutritive in grado di sostenere la crescita dei funghi, batteri o altri microrganismi, non marcisce o ammuffisce.
Comportamento al fuoco: quale composto di carbonio e idrogeno, è di sua natura un materiale combustibile. S'infiamma a circa 450 °C e il fuoco si propaga spontaneamente. In edilizia si usa l'EPS a ritardata propagazione di fiamma, ottenuto con opportuni additivi.

Resine fenoliche espanse

La resina fenolica è espansa, per via fisica, impiegando un liquido bassobollente.
Il materiale è rigido, poroso, friabile, di modeste proprietà meccaniche. Presenta ottima resistenza al calore e al fuoco. La superficie lambita dalla fiamma carbonizza proteggendo gli strati più interni dalla fiamma stessa.
L'applicazione più usuale è l'isolamento termico in edilizia mediante impiego di lastre tagliate dai blocchi e, nel caso di tubazioni, mediante coppelle preformate.

PVC espanso

Il cloruro di polivinile espanso si ottiene dal monomero cloruro di vinile utilizzando come rigonfiante azoto. Le densità ottenute sono dell'ordine dei 400-500 kg/m3. La conduttività termica è compresa tra 0,025 e 0,031 W/m2 °C. La massima temperatura di impiego è di 70 °C. Ha buone proprietà meccaniche ed elettriche, è resistente alla fiamma, impermeabile ai gas. Si usa per tubi, valvole, guarnizioni, materiali per pavimentazioni, profilati, pannelli, piastrelle, rivestimenti, tapparelle ecc.
L'utilizzo di questi materiali si è molto diffuso nel settore aeraulico negli ultimi anni. Le caratteristiche di questi materiali (flessibilità, assenza di controindicazioni ambientali in fase di lavorazione, possibilità di accoppiamento con film protettivi o lamine metalliche, commercializzazione in rotoli adesivi) li rendono i più adatti alla coibentazione delle condotte.

Isolanti minerali

Vetro cellulare

Il prodotto di base dell'isolante è il vetro puro. A esso è aggiunta una piccola quantità di carbone al fine di provocare a circa 1300 °C, tramite ossidazione, la formazione di piccolissime bolle di CO, all'interno del vetro fuso. Queste bollicine danno origine alla struttura cellulare del vetro e lo trasformano in un materiale coibente. Ha un coefficiente di conduttività termica di 0,050 W/m2 °C.
È incombustibile (Euroclasse A1). Non produce né gas né vapori tossici, nemmeno quando è sottoposto alla fiamma. Resiste a compressioni elevate: da 6 a 16 kg/cm2. È fabbricato sotto forma di lastre o pannelli (più lastre assemblate e ricoperte su due lati) utilizzabili per ogni coibentazione.
È impermeabile ai liquidi con sbarramento totale al vapore e ai gas. Può essere utilizzato fino a temperature dell'ordine di 400 °C, mantenendo inalterate le proprie caratteristiche. Come il normale vetro, il vetro cellulare mantiene inalterate nel tempo le proprie caratteristiche e consente applicazioni in ambienti proibitivi per molti altri isolanti.

Lana di roccia

La lana di roccia fu scoperta sulle isole Hawaii agli inizi del secolo. Deve la sua origine al processo di solidificazione, sotto forma di fibre, della lava fusa lanciata nell'aria durante le attività eruttive. Il processo di produzione della lana di roccia ha inizio con la fusione della roccia vulcanica a una temperatura di 1500 °C, dopo una rigorosa selezione geologica della materia prima. Le altre materie prime che suben¬trano nel processo di fusione della roccia, sono:

• il calcare, materiale "fondente", che abbassa la temperatura di fusione;
• le bricchette, impasti composti di vari elementi minerali dosati in quantità controllate;
• l'aggiunta di precise dosi di bricchette al magma consente di ottenere le qualità desiderate della lana di roccia che si produce
;
• il coke, il combustibile.

Lana di vetro

Manufatti in lana di vetro, trattata con particolari leganti, si utilizzano per l'isolamento termico all'interno o all'esterno delle condotte.
Il procedimento di fabbricazione avviene attraverso le seguenti fasi:

• fusione delle materie prime in un forno continuo alla temperatura di 1400 °C circa;
• trasformazione del vetro fuso in fibre mediante il passaggio attraverso una coppa, in rapida rotazione, munita tutt'intorno di minuscole aperture;
• appretto delle fibre con resine che polimerizzano in aria calda;
• ottenimento dei manufatti sotto forma di feltri, pannelli e coppelle.

Vermiculite

La vermiculite è un minerale della famiglia della mica, silicato idrato di magnesio e alluminio. Si presenta in forma di cristalli lamellari nella cui struttura è racchiusa acqua zeolitica. La vermiculite si espande sotto l'azione del calore. Tale espansione avviene solo in senso ortogonale al piano di sfaldamento delle lamine. L'espansione, con la conseguente formazione di numerosi micropori che si riempiono di aria, è provocata dalla rapida evaporazione dell'acqua zeolitica. I micropori conferiscono alla vermiculite espansa qualità isolanti e basso peso specifico.
La temperatura di espansione varia tra 800 e 1100 °C. Il minerale macinato è mantenuto a queste temperature per tempi variabili (da 1/2 a 10 secondi), secondo la natura e la granulometria del materiale.
La vermiculite espansa si utilizza alla "rinfusa" per isolamenti dei sottotetti e per la preparazione di malte e intonaci coibenti termici e acustici.

Perlite

La perlite è una roccia vulcanica effusiva. La roccia macinata, per effetto di temperature elevate (tra 850 e 1000 °C), raggiunte nel forno di espansione, perde l'acqua di costituzione. Quest'acqua evapora gonfiando le pareti vetrose circostanti e provoca un aumento del volume (da 10 a 15 volte) del granulo. Tale processo, irreversibile, determina la formazione di microcavità a celle chiuse, che conferiscono alla perlite espansa potere isolante. La perlite espansa è incombustibile. A essa è attribuita la classe 0 di reazione al fuoco.
La perlite espansa non è aggredibile da microrganismi per la sua sterilità e inorganicità e non attiva lo sviluppo d'inquinanti microbiologici. Mantiene nel tempo il potere isolante e tutte le caratteristiche prestazionali. La perlite espansa ha un comportamento molto simile alla vermiculite. E reperibile in commercio in granuli 0-3 mm con peso in mucchio tra 90 e 120 kg/m3 avente coefficiente di conduttività termica pari a 0,042 W/m2 °C a 4°C e di 0,05 W/m2 °C a 24 °C.

Isolanti vegetali Sughero

Il sughero è prodotto dalla corteccia di una pianta detta appunto "quercia da sughero". Questa quercia predilige climi temperati e terreni ricchi di potassio. Tali condizioni ambientali sono localizzate in una ristretta fascia del bacino mediterraneo.
Al contrario di molti materiali isolanti sintetici, il sughero non emana alcun gas tossico in caso d'incendio, non si scioglie e non cola.
Dopo un trattamento di frantumazione e macinazione delle cortecce sugherose, i granuli di sughero, liberati dalle scorie porose e legnose, sono posti in un forno a pressione e riscaldati a circa 380 °C, fuori del contatto con l'aria. A tale temperatura e pressione, le resine naturali del sughero cominciano a liquefarsi, risalendo verso la superficie del granello, iniziando così un processo di saldatura dei granuli, perfezionato poi da un trattamento sotto pressa che determina la struttura dell'agglomerato e la dimensione di ogni singolo pannello. Tutto ciò senza aggiunta di un additivo o legante artificiale.
I pannelli presentano stabilità dimensionale e buona resistenza a compressione. Il coefficiente di conduttività termica è circa 0,040 W/m2 °C.

Legno

Le fibre di legno, ottenute dagli scarti di segherie, sono aggregate mediante compressione per effetto delle caratteristiche adesive della lignina, resina naturale presente nella fibra stessa, e di altre materie accessorie (resine). Il prodotto ottenuto è biodegradabile e ottimo coibente termico e acustico. Il coefficiente di conduttività termica è circa 0,055 W/m`C. Indicatore della qualità di questi pannelli è il peso specifico. In generale i migliori sono quelli prodotti con legno di conifere.
Il legno, in quanto materiale organico, se sottoposto all'azione degli agenti atmosferici e all'attacco di parassiti, si deteriora. Si prolunga la sua durata trattandolo con un impregnante battericida. E' possibile trattarlo anche con sostanze ignifughe, ritardanti.

La iuta

La iuta forma un feltro di fibre naturali compattato attraverso un procedimento meccanico. Per la sua morbidezza è idoneo a essere utilizzato come isolante anticalpestio sotto rivestimenti per pavimenti. Ha buone caratteristiche di traspirabilità.

Isolanti diversi

Legno-cemento

I pannelli di fibre di legno-cemento sono costituiti per circa il 65% di trucioli di legno lunghi e sottili e dal 35% di cemento portland o cemento magnesiaco. Le fibre sono sottoposte a un trattamento mineralizzante che, pur mantenendo inalterate le proprietà meccaniche del legno, ne annulla i processi di deterioramento biologico e ne aumenta la resistenza al fuoco. Le fibre, rivestite di cemento, sono legate assieme sotto pressione a formare una struttura stabile, resistente, compatta e duratura. Si preparano lastre piane od ondulate di massa volumica 400-500 kg/m3.
Queste sono suscettibili di essere intonacate come una normale muratura. Gli interstizi fra le fibre sono responsabili dell'assorbimento acustico mentre la struttura cellulare del legno conferisce al pannello leggerezza ed elasticità.
È utilizzato per:

• isolamento dei solai;
• isolamento delle coperture;
• rivestimenti interni ed esterni;
• rivestimento di pareti resistenti al fuoco (REI 120);
• rivestimento di strutture di legno, metalliche ecc.;
• isolamento acustico tra piani e tra locali adiacenti;
• controsoffittature fonoassorbenti.

I pannelli ottenuti presentano:

• un'assoluta insensibilità all'acqua, al gelo, all'umidità;
• assenza di degrado biologico e di sviluppo di muffe;
• ottima resistenza al fuoco e assenza di gas tossici o fumi; sono classificati Classe 1.

Calcestruzzo cellulare

Gli impieghi del calcestruzzo cellulare sono dovuti non solo alla leggerezza e alla bassa conducibilità termica, ma anche all'ottima resistenza al fuoco.

Blocchi cemento-argilla espansa

Blocchi realizzati con impasto di argilla espansa e da calcestruzzi a elevata porosità (densità 850-1400 kg/m3) presentano, per la porosità della superficie, buone caratteristiche di fonoassorbenza e, per la relativamente elevata massa, buone caratteristiche di fonoisolamento. Inoltre, presentano ottima resistenza al fuoco (Classe 0) e ottima coibenza termica (0,25 W/m2 °C).

Laterizi alveolati

Hanno coefficienti di conduttività termica non superiore a 0,30 W/m2 °C. valore ben inferiore a quello dei laterizi tradizionali (0,45-0,50 W/m2 °C) e un isolamento acustico superiore di oltre il 30% rispetto a quelli tradizionali.

Vetri speciali per il controllo solare e per l'isolamento termico

L'impiego del vetro piano nell'edilizia è correlato a un'attenta valutazione del ruolo che esso gioca nel consumo di energia degli edifici, con particolare riferimento alla climatizzazione degli ambienti.
Allo scopo di attenuare gli effetti di un'irradiazione solare troppo forte o diretta e al fine di migliorare l'isolamento termico delle vetrate, sono stati messi a punto rivestimenti particolari e tecniche diverse per la loro produzione. I rivestimenti adottati consentono di ridurre i costi del condizionamento estivo o del riscaldamento invernale, o ambedue insieme.
Inoltre, per il comfort visivo, sono importanti anche altri parametri, quali la trasmittanza delle radiazioni visibili, il colore e la resa cromatica, correlati alla natura chimico-fisica dei film di rivestimento e alla metodologia di deposizione impiegata.
Un primo tentativo di fare assumere un ruolo antisolare al vetro è stato compiuto realizzando i vetri "assorbenti", in pratica vetri colorati in massa, in virtù dell'introduzione di ossidi metallici coloranti nelle materie prime da fondere. Si può così ottenere una colorazione verde, grigia, bronzo, blu o ambra, con soluzioni estetiche di un certo pregio. Questi vetri bloccano in parte la radiazione solare incidente, assorbendola. Tuttavia, l'assorbimento di parte della luce visibile può talora rendere necessaria l'illuminazione artificiale anche di giorno. Il vetro verde attenua più degli altri la trasmissione delle radiazioni visibili.
La soluzione ottimale, per ridurre il passaggio dell'energia solare attraverso una vetrata, è l'utilizzo dei vetri "riflettenti". Questi s'identificano come antisolari giacché riflettono verso l'esterno della vetrata una notevole frazione dell'energia solare incidente. Essi sono ottenuti mediante deposizione di metalli e/o ossidi metallici mediante:

• pirolisi, cioè mediante reazione sulla superficie del vetro caldo di opportuni reagenti spruzzati allo stato di soluzione nebulizzata;
• spruzzatura catodica in campo elettromagnetico di elevata intensità e sotto vuoto spinto di metalli quali oro, argento, bronzo, alluminio.

Materiali di rivestimento e finitura

I materiali isolanti sono spesso costituiti da prodotti danneggiabili con facilità. Se esposti all'atmosfera esterna, o alla presenza di agenti molto aggressivi, essi devono essere protetti ricorrendo a un rivestimento con opportuni materiali.
I principali tipi di rivestimento sono elencati di seguito.

• Neoprene. Il neoprene nero, a base di gomma naturale, usato per rivestire gli isolanti a base di fibre, è il più efficace poiché, mentre fornisce un'assoluta protezione alle fibre stesse, consente alle onde sonore di penetrare nel materassino ed essere assorbite.
• Lamierino di alluminio. Si utilizzano fogli di alluminio di spessore variabile da 5 a 10 decimi di millimetro, in relazione al fatto che l'installazione sia in ambienti interni o esterni. È questo un sistema di rivestimento costoso, ma efficace, con buoni risultati estetici. È consigliabile il suo utilizzo quando sono da isolare condotte a vista. È necessario il suo impiego per opere esterne e soggette pertanto a continue variazioni di condizioni di esercizio (sole, acqua, vento ecc.).
• Lamiera zincata. Ha le stesse proprietà del lamierino di alluminio, ma è meno pregevole dal punto di vista estetico e più soggetto alla corrosione. Posta in opera, il suo costo è molto simile a quello del lamierino di alluminio e, pertanto, non vale la pena di ricorrervi per lavori comuni. Il suo impiego si limita pertanto a quando vi è la necessità di rivestimenti robusti e, quindi, di spessore elevato.
• Carta Kraft. La carta kraft è una robusta carta traspirante di pura cellulosa. È idonea a impedire la penetrazione di aria umida nell'isolamento termico e acustico oppure come protezione anti-infiltrazioni nei solai di legno.
• Cartongesso. E un materiale costituito da uno strato di gesso racchiuso fra due fogli aderenti di cartone. In cartongesso si eseguono controsoffitti e pareti divisorie che permettono l'alloggiamento d'impianti tecnici e l'inserimento di materiali termo-acustici. Queste opere possono essere in Classe 1 o Classe 0 di reazione al fuoco e anche REI 60 / 90 /120 di resistenza al fuoco. Si distinguono diverse tipologie, di tipo standard, ad alta flessibilità per superfici curve, di tipo antifuoco con cartoni ignifughi resistenti al fuoco, idrofugo con elevata resistenza all'umidità o al vapor acqueo e fonoisolante.