Il poliuretano: caratteristiche e applicazioni in ambito calzaturiero
Che cos'è il poliuretano?
Il termine poliuretano (PU) racchiude un’ampia classe di polimeri impiegati nella produzione di una vasta gamma di materiali. Il PU è ottenuto tramite una reazione chimica che coinvolge principalmente due monomeri appartenenti a due diverse classi di sostanze: l’isocianato e il poliolo (Fig. 1). I due reagenti si presentano inizialmente allo stato liquido per poi indurirsi in breve tempo attraverso l’interazione con altre sostanze che fungono da catalizzatori, formando così una schiuma che si solidifica una volta iniettata in uno stampo termoregolato. Una delle famiglie di poliuretani più utilizzata è il poliuretano espanso, che sfrutta la reazione chimica con l’acqua per formare una schiuma più leggera e soffice al tatto (Fig. 2).
La reazione chimica per la sintesi della famiglia dei poliuretani è stata scoperta negli anni Trenta da Otto Bayer. All’inizio degli anni Quaranta questo polimero iniziò a essere utilizzato nel settore edilizio, e nel decennio successivo fu messo in commercio su scala industriale e usato soprattutto per la realizzazione di cuscini e materassi. Oggi il PU è utilizzato nella produzione di una molteplicità di materiali con impieghi molto diversi.
Caratteristiche e usi industriali del poliuretano
Le caratteristiche principali del PU sono la versatilità e le prestazioni fisico-chimiche di altissimo livello, che rendono questo materiale particolarmente indicato in diversi settori merceologici. L’elasticità e la resistenza di questo materiale lo rendono capace di sopportare l’attacco di agenti atmosferici, chimici e biologici, e la deformazione sotto sforzo, ritornando alle dimensioni iniziali[1].
Il PU è disponibile in varie forme e i prodotti realizzati possono variare dalle schiume soffici a bassissima densità a quelle rigide. Vediamo in sintesi le varie tipologie di poliuretano[2].
Poliuretani espansi rigidi strutturali: sono utilizzati nei settori dell’arredamento e della nautica.
Poliuretani espansi rigidi: sono schiume rigide leggere impiegate per produrre isolanti termici per edilizia e frigoriferi industriali e domestici.
Poliuretani espansi semirigidi: sono usati soprattutto nell’industria automobilistica (volanti, cruscotti, poggiatesta, ecc.).
Poliuretani espansi flessibili: sono schiume utilizzate soprattutto nella fabbricazione di materassi, imbottiture per arredamento, giocattoli e nel settore automobilistico.
Poliuretani espansi compatti ed elastomeri: sono materiali impiegati nella produzione di suole per calzature, filati, articoli sportivi, piste per atletica e impermeabilizzazioni.
Vernici e adesivi: sono utilizzati nell’edilizia e nell’arredamento.
[1] Società Chimica Italiana, Le formulazioni Poliuretaniche, “La Chimica e L’Industria”, n° 84, 2002, pp. 43-48.
[2] American Chemistry Council, Introduction to Polyurethanes: Polyurethane Applications, 2020.
Possono essere sostenibili i poliuretani?
L’attenzione della comunità tecnico-scientifica mondiale è sempre più focalizzata sulle tematiche del riciclo delle materie plastiche a causa dei loro effetti sull’ambiente. La famiglia dei poliuretani usa meno dello 0,1% del petrolio consumato a livello mondiale, consentendo un risparmio cento volte superiore rispetto ad altri materiali plastici. Le prestazioni elevate del PU – grazie alla sua struttura a celle chiuse che non subisce trasformazioni e danneggiamenti causati da agenti atmosferici, compressione, abrasione e prolungato utilizzo – conferiscono a questo materiale una vita più lunga rispetto ad altre alternative. Inoltre, i poliuretani contribuiscono alla sostenibilità ambientale grazie alle applicazioni per le quali vengono usati: come nel caso dell’isolamento termico, aiutano alla conservazione dell’energia. L’efficienza termica unita alla leggerezza consente a questo materiale di ottenere performance isolanti ottimali e una significativa riduzione delle spese di trasporto, istallazione e riciclo dei prodotti a fine vita[3].
Il PU è anche una delle materie plastiche che sta avendo maggiore attenzione in ambito R&S per la messa in commercio di materiali più eco-friendly[4]. In modo particolare, il poliuretano termoplastico (TPU) è uno dei pochi elastomeri 100% riciclabile grazie alla sua proprietà termoplastica (a differenza della gomma con proprietà termoindurente)[5].
Negli ultimi due decenni enormi progressi sono stati compiuti anche nel rendere il PU espanso riutilizzabile tramite apposite reazioni di glicolisi o attraverso il suo riutilizzo in applicazioni secondarie[6]. Degna di nota è anche la presenza nel mercato di singoli monomeri (essenziali per la formazione del PU polimerico) di origine vegetale, come oli vegetali e la lignina[7]. Inoltre, una branca della ricerca chimica è orientata verso la formulazione di PU espanso biodegradabile[8].
[3] [4] K. Mahmood Zia, H.N. Bhatti, I.N. Bhatti, Methods for Polyurethane and Polyurethane Composites, Recycling and Recovery: a Review, “Reactive & Functional Polymers”, n° 67, 2007, pp. 675–692; Tavares et al., Bio-based Polyurethane Prepared from Kraft Lignin and Modified Castor Oil, “eXPRESS Polymer Letters”, vol. 10, n° 11, 2016, pp. 927–940.
[5] American Chemistry Council, Introduction to Polyurethanes: Thermoplastic Polyurethane, 2020: https://polyurethane.americanchemistry.com/polyurethanes/Introduction-to-Polyurethanes/Applications/Thermoplastic-Polyurethane/
[6] C. Molero, A. de Lucas, J.K. Rodriguez, Recovery of Polyols from Flexible Polyurethane Foam by “Split-phase” Glycolysis with New Catalysts, “Polymer Degradation and Stability”, n° 91, 2006, pp. 894-901.
[7] “RSC Adv.”, n° 3, 2013, pp. 218-32.
[8] H. Wang, H-Z. Chen, A Novel Method of Utilizing the Biomass Resource: Rapid Liquefaction of Wheat Straw and Preparation of Biodegradable Polyurethane Foam (PUF), “Journal of the Chinese Institute of Chemical Engineers”, n° 38, 2007, pp. 95–102.
Quali sono i vantaggi dell’uso del poliuretano nella produzione di suole per calzature?
Una buona calzatura dovrebbe essere confortevole e duratura. Il poliuretano risponde a queste esigenze.
Il PU utilizzato nella produzione di suole per calzature e sottopiedi, infatti, è un materiale morbido, prodotto iniettando direttamente nello stampo l’isocianato e un poliolo mescolato a degli opportuni additivi e catalizzatori, che conferiscono al prodotto finale caratteristiche fisico-chimiche che altri materiali più tradizionali non hanno:
- resistenza agli agenti esogeni (chimici, atmosferici e biologici);
- impermeabilità all’acqua;
- leggerezza;
- morbidezza;
- stabilità dimensionale: le sue caratteristiche tecnico-professionali restano inalterate anche sotto sforzo;
- resistenza meccanica, all’abrasione e alle alte temperature;
- durevolezza;
- non rilascia componenti tossici;
- possibilità di applicare verniciature;
- versatilità: può essere utilizzato per diverse tipologie di suole (antinfortunistiche, sportive e fashion).