Le materie prime per schiuma flessibile sono i prodotti chimici liquidi che formano la schiuma poliuretanica flessibile: un poliolo, un isocianato (per lo più TDI) e acqua, più catalizzatori, un tensioattivo e, quando servono, altri additivi. La miscela viene espansa in un grande blocco (slabstock) oppure dentro uno stampo. Il sistema giusto dipende dal prodotto che realizzate, dalla densità e dalla durezza obiettivo, dal tipo di schiuma (convenzionale, HR, memory) e dal vostro metodo di produzione.
Indice
- 1. Che cosa sono le materie prime per schiuma flessibile?
- 2. Di che cosa è fatta la schiuma poliuretanica flessibile?
- 3. Come si produce la schiuma flessibile?
- 4. Che cos'è lo slabstock? Schiuma in blocchi e schiuma stampata
- 5. Tipi di schiuma flessibile: convenzionale, HR, memory, rebonded
- 6. Che cos'è il memory foam? (schiuma viscoelastica)
- 7. Che cosa significa densità? In che cosa differisce dalla durezza
- 8. Come scegliere le materie prime per schiuma flessibile in base all'applicazione
- 9. Che cosa comunicare al fornitore quando si specificano le materie prime per schiuma flessibile
- Domande frequenti
1. Che cosa sono le materie prime per schiuma flessibile?
La schiuma poliuretanica flessibile (schiuma PU) è il materiale morbido all'interno di cuscini per divani, materassi e sedili auto. La schiuma è in genere a celle aperte, quindi l'aria può attraversarla, e riprende la forma quando il carico viene rimosso. I prodotti chimici liquidi da cui è fatta sono le sue materie prime. Il quadro più ampio è nelle nostre guide «Che cos'è il poliuretano?» e «Che cos'è il poliuretano espanso?».
Questa guida riguarda quei prodotti chimici liquidi. Il blocco di schiuma finito, che viene tagliato e impiegato nell'imbottitura, è il prodotto che se ne ricava; la sezione 4 spiega come si realizza quel blocco. Le spugne per la pulizia non rientrano in questa guida.
2. Di che cosa è fatta la schiuma poliuretanica flessibile?
Secondo la scheda informativa sul materiale (material information sheet) di EUROPUR, l'associazione europea dei produttori di blocchi di schiuma poliuretanica flessibile, la schiuma flessibile si forma da diisocianati, polioli (in quantità elevata) e acqua (in quantità ridotta), e gli additivi si usano in concentrazioni ridotte. La tabella offre una panoramica generale di ciascuna materia prima e del suo ruolo nella miscela.
| Materia prima | Che cosa fa | Ruolo nella miscela |
|---|---|---|
| Poliolo (per lo più polietere) | Forma le catene polimeriche flessibili | Componente principale |
| Isocianato (per lo più TDI, a volte MDI) | Reagisce con il poliolo e con l'acqua e costruisce la rete polimerica | Componente principale |
| Acqua | Reagisce con l'isocianato e libera anidride carbonica, il gas che espande la schiuma | Componente secondario, quota ridotta |
| Catalizzatori | Accelerano e bilanciano le reazioni | Additivo in piccola quantità |
| Tensioattivo | Aiuta la schiuma a formare una struttura cellulare uniforme e stabile | Additivo in piccola quantità |
| Altri additivi (per esempio ritardanti di fiamma, pigmenti) | Influiscono su proprietà specifiche, per esempio la resistenza alla fiamma, oppure danno colore | Additivo in piccola quantità, solo quando serve |
Quali additivi si usano, e in che quantità, dipende dalle specifiche della schiuma da produrre (EUROPUR).
Poliolo: polietere e poliestere
I polioli polieteri sono il tipo più usato per la schiuma flessibile, mentre i polioli poliesteri sono meno comuni nelle schiume morbide; EUROPUR elenca entrambi i tipi di schiuma. Il tipo di poliolo è uno dei fattori che determinano le proprietà della schiuma finita.
Isocianato: TDI e MDI
EUROPUR indica il TDI (toluene diisocianato) come principale diisocianato per la schiuma flessibile. Le schiume stampate sono più spesso prodotte con MDI (metilene difenil diisocianato), e anche il memory foam può essere prodotto con MDI. Per maggiori dettagli, si veda la nostra guida «Poliolo e isocianato».
3. Come si produce la schiuma flessibile?
Nella produzione della schiuma flessibile i componenti liquidi vengono dosati e miscelati, poi la miscela forma schiuma, cresce e solidifica. La formazione della schiuma è dovuta all'anidride carbonica, che si libera quando l'isocianato reagisce con l'acqua, mentre la reazione del poliolo con l'isocianato costruisce il polimero che dà alla schiuma la sua struttura. I dettagli dipendono dal sistema e dalla linea di produzione.
Sicurezza nella manipolazione delle materie prime
Gli isocianati possono causare sensibilizzazione allergica della pelle e delle vie respiratorie, quindi vanno usati da persone formate e con adeguati dispositivi di protezione. Nell'UE il regolamento 2020/1149 impone agli utilizzatori industriali e professionali di prodotti con diisocianati in misura pari o superiore allo 0,1% in peso di essere formati prima dell'uso; l'obbligo si applica dal 24 agosto 2023 e la formazione deve essere rinnovata almeno ogni cinque anni. Secondo EUROPUR, i diisocianati si consumano nella reazione e la schiuma poliuretanica flessibile polimerizzata è un articolo ai sensi del REACH, non un prodotto pericoloso. Questa affermazione riguarda soltanto la schiuma flessibile polimerizzata.
4. Che cos'è lo slabstock? Schiuma in blocchi e schiuma stampata
Lo slabstock, o schiuma flessibile in blocchi, è schiuma poliuretanica flessibile prodotta come un grande blocco continuo che viene poi tagliato a misura. La miscela viene colata su un nastro trasportatore in movimento, si espande liberamente e solidifica, e il blocco viene poi tagliato in lastre, rotoli o pezzi sagomati. Secondo EUROPUR, la maggior parte della schiuma slabstock prodotta in Europa va a materassi e mobili, e una parte minore ai trasporti.
La schiuma poliuretanica flessibile stampata viene colata o iniettata in uno stampo chiuso, così il pezzo esce già vicino alla sua forma finale. Questo metodo permette di ottenere forme difficili da tagliare da un blocco e di combinare la schiuma con parti come un telaio metallico. I costi degli stampi sono elevati, per cui la Polyurethane Foam Association statunitense (PFA) osserva che lo stampaggio è in genere riservato a grandi serie di produzione. Quasi tutti i sedili auto in Europa sono realizzati in schiuma flessibile stampata (EUROPUR). Un distaccante per stampi aiuta il pezzo a uscire dallo stampo in modo pulito. La schiuma stampata si ottiene con processi a caldo (hot cure) o a freddo (cold cure); oggi domina a livello mondiale la schiuma a freddo, detta anche schiuma ad alta resilienza (HR) (Euromoulders).
| Caratteristica | Schiuma slabstock (in blocchi) | Schiuma stampata |
|---|---|---|
| Come si produce | Linea continua: la miscela si espande liberamente su un nastro trasportatore e il blocco viene tagliato in seguito | La miscela va in uno stampo chiuso, un pezzo alla volta |
| Impiego tipico | Materassi, cuscini per mobili, imballaggio | Sedili auto, poggiatesta, parti di mobili per ufficio |
5. Tipi di schiuma flessibile: convenzionale, HR, memory, rebonded
EUROPUR indica tre famiglie comuni di schiuma flessibile: standard (a base polietere), alta resilienza (HR) e viscoelastica. Differiscono, tra l'altro, per densità, durezza, resistenza a trazione e viscosità. La schiuma rebonded, ottenuta da sfridi di schiuma triturati, è un prodotto a parte.
| Tipo | Che cos'è | Impiego tipico |
|---|---|---|
| Convenzionale (standard a base polietere) | Schiuma di base per imbottiture; può non garantire durata e resilienza a lungo termine | Materassi economici, strati di base |
| HR (alta resilienza) | Resilienza più alta della schiuma convenzionale e in genere sostegno e durata migliori; si produce sia in blocchi (slabstock) sia stampata | Materassi di fascia alta, sedute, sedili auto |
| Memory (viscoelastica) | Recupera lentamente, resilienza molto bassa, segue la forma del corpo (si veda la sezione 6) | Strati per materassi e guanciali, cuscini medicali |
| Rebonded | Pezzi di schiuma triturata pressati insieme con un legante (ISOPA) | Sottotappeti, materassini sportivi, pavimentazioni, imballaggio |
Per la differenza tra schiuma flessibile e rigida, si veda «Sistemi PU rigidi e flessibili»; per la schiuma rebonded e il riciclo, si veda «Riciclo del poliuretano».
6. Che cos'è il memory foam? (schiuma viscoelastica)
Il memory foam (schiuma viscoelastica, o «visco») è una schiuma poliuretanica che recupera lentamente la forma dopo essere stata premuta. È composto soprattutto da poliuretano con altre sostanze chimiche che ne aumentano viscosità e densità. Le sue celle sono aperte e la sua resilienza è molto bassa. Il suo comportamento dipende dalla temperatura e di norma si ammorbidisce con il calore del corpo. Fu sviluppato nel 1966 nell'ambito di un contratto con la NASA per migliorare la protezione e il comfort dei sedili degli aerei.
Il memory foam si usa in materassi, guanciali e cuscini medicali. Un materasso combina spesso più tipi di schiuma a strati (EUROPUR). Un materasso in memory foam è di solito più denso, e quindi più pesante, degli altri materassi in schiuma. Per i nostri sistemi, si vedano «Poliuretano viscoelastico: sistemi memory foam» e «Sistemi memory foam per materassi e guanciali».
7. Che cosa significa densità? In che cosa differisce dalla durezza
La densità è la massa di schiuma per metro cubo, in kg/m³. Secondo la PFA indica comfort, sostegno, durata e costo: una schiuma di densità più alta in genere mantiene le proprie proprietà più a lungo, ma usa più materiale e costa di più. La schiuma flessibile viene prodotta in una gamma di densità molto ampia, a seconda del tipo e dell'applicazione.
La durezza è una proprietà distinta: si misura con la forza necessaria per comprimere la schiuma di una data quantità. Si usano metodi di prova normalizzati come ISO 2439 o ASTM D3574.
Che cosa determina la durezza a una data densità?
Densità e durezza si regolano in modo indipendente: la PFA afferma che una schiuma ad alta densità può essere morbida e una schiuma a bassa densità può essere soda. La durezza dipende dalla formulazione, dal tipo di schiuma e da altri fattori, e un valore di durezza significa poco senza il metodo di prova con cui è stato misurato.
| Proprietà | Che cos'è | Perché conta |
|---|---|---|
| Densità (kg/m³) | Massa di schiuma per metro cubo | Indica durata, sostegno e costo |
| Durezza | Forza necessaria per comprimere la schiuma di una data quantità | Come si percepisce la schiuma quando ci si siede o ci si sdraia |
| Resilienza | Quanto la schiuma rimbalza | Legata al comfort; molto bassa nel memory foam |
| Deformazione residua a compressione | Perdita permanente di altezza dopo che la schiuma è stata compressa | Durata in uso, per esempio le impronte del corpo su un materasso |
8. Come scegliere le materie prime per schiuma flessibile in base all'applicazione
Partite dal prodotto. La maggior parte della schiuma flessibile prodotta in Europa va a materassi e imbottiti (EUROPUR), ma ogni applicazione richiede qualcosa di diverso.
| Applicazione | Che cosa conta di più | Tipo di schiuma e metodo abituali |
|---|---|---|
| Cuscini per mobili | Sostegno, comfort, durata, requisiti di sicurezza antincendio | Convenzionale o HR; schiuma in blocchi tagliata a misura, oppure stampata |
| Materassi | Sostegno, comfort, durata, requisiti di emissioni e di sicurezza antincendio | Convenzionale, HR e memory foam, spesso a strati; schiuma in blocchi |
| Sedili auto | Comfort, durata sotto carichi ripetuti, requisiti antincendio e di emissioni per gli interni dei veicoli | HR (a freddo), stampata |
| Imballaggio | Assorbimento degli urti, una forma adatta al prodotto imballato | Schiuma in blocchi tagliata a misura |
La densità e la durezza giuste dipendono dal prodotto, dal carico che sopporta e dal tipo di schiuma. Conviene stabilirle insieme al fornitore della schiuma, che deve conoscere l'impiego e il metodo di produzione (si veda la sezione 9).
Scegliere in base al metodo di produzione
Una linea continua per slabstock e una linea di stampaggio usano sistemi diversi, quindi il metodo di produzione fa parte della scelta. Una system house formula la miscela in funzione del vostro processo e della vostra linea di produzione, e il nostro team tecnico vi affianca in questo lavoro. Per le sedute, si veda Sistemi per sedute: schiuma a freddo e slabstock; per tutti i sistemi flessibili, si veda Sistemi per poliuretano espanso flessibile.
9. Che cosa comunicare al fornitore quando si specificano le materie prime per schiuma flessibile
I produttori di schiuma acquistano le materie prime in due modi: separatamente (poliolo, isocianato e additivi), per costruirsi una ricetta propria, oppure come sistema pronto e abbinato da una system house. Un sistema pronto ha di solito due componenti: A è il poliolo formulato e B è l'isocianato. È l'uso in Turchia e in Europa; in Nord America le lettere sono spesso invertite, quindi seguite le etichette dei fusti. Le opzioni di acquisto sono trattate nella nostra guida Acquistare sistemi poliuretanici dalla Turchia. JiTPOL è una system house del poliuretano con sede a Bursa che sviluppa e fornisce sistemi flessibili, viscoelastici e di altro tipo.
A qualunque fornitore vi rivolgiate, indicate queste informazioni:
| Che cosa comunicare al fornitore | Perché conta |
|---|---|
| Prodotto e impiego: cuscino, strato di materasso, sedile auto o imballaggio | Determina il tipo di schiuma e l'intervallo di densità e durezza |
| Metodo di produzione e attrezzature: linea slabstock o stampo | Il sistema deve essere adatto alle condizioni di lavorazione della vostra linea |
| Densità e durezza obiettivo e come vengono misurate | La stessa densità può essere morbida o soda, e i valori ottenuti con metodi diversi non si possono confrontare direttamente |
| Tipo di schiuma: convenzionale, HR o memory | Determina resilienza e durata |
| Requisiti antincendio e di emissioni del mercato di destinazione | La schiuma è combustibile (EUROPUR). Le prove al fuoco si applicano al prodotto finito, per esempio la schiuma con il suo rivestimento, e la sola dicitura «ritardante di fiamma» non è una classe di reazione al fuoco |
| Volume mensile, imballaggio e documenti (scheda tecnica, scheda di sicurezza) | Permette di preparare un piano di fornitura e di verificare la sicurezza della manipolazione |
Domande frequenti
Quali sono le materie prime della schiuma flessibile?
La schiuma poliuretanica flessibile (schiuma PU) si ottiene da un poliolo, un isocianato (per lo più TDI) e acqua, più catalizzatori, un tensioattivo e, quando serve, additivi come ritardanti di fiamma o pigmenti. La maggior parte della miscela è costituita da poliolo e isocianato.
Come si produce la schiuma flessibile?
I componenti vengono dosati e miscelati, e la miscela forma schiuma, cresce e solidifica. La formazione della schiuma è dovuta all'anidride carbonica che si libera quando l'isocianato reagisce con l'acqua. La schiuma slabstock si produce come un grande blocco su una linea continua e viene tagliata in seguito; la schiuma stampata viene colata in uno stampo chiuso ed esce già vicina alla forma finale.
Che cosa significa densità per la schiuma?
La densità è la massa di schiuma per metro cubo (kg/m³). Secondo la PFA indica durata, sostegno e costo, ma non determina la durezza: una schiuma ad alta densità può essere morbida e una a bassa densità può essere soda. La durezza si misura a parte, per esempio con ISO 2439.
Che cos'è il memory foam (schiuma visco)?
Il memory foam è una schiuma poliuretanica viscoelastica che recupera lentamente la forma dopo essere stata premuta. La sua resilienza è molto bassa, il suo comportamento dipende dalla temperatura e di norma si ammorbidisce con il calore del corpo. Fu sviluppato nel 1966 nell'ambito di un contratto con la NASA per migliorare la protezione e il comfort dei sedili degli aerei e si usa in materassi, guanciali e cuscini medicali. Si può produrre con TDI o con MDI.
Che cos'è la schiuma HR?
HR sta per alta resilienza (high resilience). La schiuma HR ha una resilienza più alta della schiuma convenzionale e in genere sostegno e durata migliori. Anche la schiuma stampata a freddo, oggi il processo di stampaggio dominante a livello mondiale, viene chiamata schiuma HR, e la schiuma HR si produce anche in blocchi (slabstock). Si usa nei sedili auto, nei materassi di fascia alta e nei mobili imbottiti.
Qual è la differenza tra schiuma slabstock e schiuma stampata?
La schiuma slabstock si produce come un grande blocco su una linea continua e viene poi tagliata in lastre o pezzi sagomati; è diffusa nei materassi e nei mobili. La schiuma stampata si realizza pezzo per pezzo in uno stampo chiuso ed esce già vicina alla forma finale. Gli stampi sono costosi, quindi lo stampaggio si usa soprattutto per grandi volumi come i sedili auto.
Quale densità di schiuma si deve usare per i mobili?
Non esiste un unico valore giusto. La densità giusta dipende dal prodotto, dal carico che sopporta, dal tipo di schiuma e dalla vita utile prevista; una densità più alta in genere dura di più ma costa di più. Stabilite l'obiettivo insieme al vostro fornitore di schiuma. Il team tecnico di JiTPOL può aiutarvi, e la scheda tecnica del sistema scelto riporta i dettagli.
Fonti
- EUROPUR: domande frequenti sulla schiuma PU flessibile (in inglese)
- EUROPUR: materie prime (in inglese)
- EUROPUR: che cos'è la schiuma poliuretanica? (in inglese)
- EUROPUR: scheda informativa sul materiale, schiuma poliuretanica flessibile
- EUROPUR: la schiuma poliuretanica flessibile per materassi (in inglese)
- PFA: che cos'è la schiuma poliuretanica? (in inglese)
- PFA: prestazioni della schiuma (in inglese)
- PFA: caso di studio sui mobili (in inglese)
- PCC: polioli per schiume flessibili (in inglese)
- Bollettino PFA: l'importanza della densità (in inglese)
- Bollettino PFA: metodi di prova della schiuma e prove di infiammabilità (in inglese)
- Euromoulders: il poliuretano stampato (in inglese)
- Scheda informativa ISOPA: schiuma flessibile rebonded (in inglese)
- Wikipedia: Poliuretano
- Wikipedia: Memory foam (in inglese)
- NASA Spinoff 2005: la schiuma di quarant'anni torna in forma con nuovi vantaggi (in inglese)
- ISO 2439:2008: determinazione della durezza, tecnica a indentazione (in inglese)
- Efectis: metodi di prova dell'infiammabilità dei mobili (in inglese)
- Regolamento (UE) 2020/1149 della Commissione (diisocianati, allegato XVII del REACH)