Isolamento termico: Cos'è il Poliuretano

COS'E' IL POLIURETANO
Il poliuretano è un polimero estremamente versatile che permette di ottenere una vasta gamma di prodotti con proprietà isolanti e impieghi molto diversi. 
Molti oggetti, indispensabili al nostro quotidiano benessere, sono realizzati utilizzando i numerosi componenti della famiglia dei poliuretani.
Ediltec opera nel settore del POLIURETANO ESPANSO RIGIDO utilizzato per isolamenti termici.

CONDUCIBILIA' TERMICA
Il poliuretano espanso rigido è il materiale isolante che, a parità di spessore, garantisce le migliori prestazioni.
Il suo valore di conducibilità termica stabile nel tempo (D) è compresa tra 0,024 e 0,028 W/mK in funzione del tipo di schiuma e del tipo di rivestimento.
Questa eccellente prestazione permette di ottenere elevati livelli di isolamento termico con spessori significativamente ridotti rispetto a quelli necessari utilizzando altri materiali isolanti.
Scegliendo il poliuretano si può quindi risparmiare energia anche con volumi ridotti e senza rinunciare, soprattutto nel caso di ristrutturazioni, a preziosi spazi abitativi.

Range di valori di conducibilità termica iniziale e conducibilità termica
dichiarata di diversi prodotti in poliuretano espanso rigido

 

Conducibilità termica iniziale , 10°C W/mK

Conducibilità termica dichiarata D, 10°C W/mK

Pannelli in poliuretano espanso rigido con rivestimenti impermeabili

0,020 - 0,022

0,024 - 0,025

Pannelli in poliuretano espanso rigido con rivestimenti permeabili

0,022 - 0,024

0,026 - 0,028

Schiuma poliuretanica applicata a spruzzo

0,022 - 0,024

0,028 - 0,031

DURABILITA' DEL POLIURETANO
Il poliuretano espanso rigido ha una vita utile superiore ai 50 anni che corrispondono alle aspettative di durata degli edifici.
Grazie alla sua struttura a celle chiuse non subisce, nelle normali condizioni d'uso, trasformazioni causate da assorbimento d'acqua, compressione, insaccamenti, ecc.
Nelle fasi successive alla produzione si registrano incrementi del valore di conducibilità termica; nei prodotti sottoposti a marcatura CE questi fenomeni sono stati valutati e compresi nel valore del LAMBDA DICHIARATO (D) che rappresenta quindi il valore medio della prestazione isolante per 25 anni di esercizio.
Uno studio recente, condotto in Germania, ha valutato un campione di pannello in poliuretano espanso rigido, estratto da una copertura a falda in opera da 28 anni. La schiuma non presentava danneggiamenti fisici (bolle, cavità, rigonfiamenti, ecc.) ed aveva mantenuto sia le prestazioni meccaniche, sia quelle isolanti, non avendo ancora raggiunto il valore stimato della conducibilità termica dichiarata.
(per approfondimenti link.)

Proprietà

Caratteristiche iniziali dichiarate

Valore misurato dopo 28 anni

Esposizione: rivestimento in alluminio su entrambi i lati

Spessore

100 mm

101,08 mm

Umidità

non dichiarata

0.05 Vol. %

Resistenza a compressione

150 kPa

208 kPa

Conducibilità termica

0,030 W/(m2K)

0,0292 W/(m2K)
(10 °C temperatura media)

Reazione al fuoco

Class B2 ai sensi del DIN 4102-1
assenza di gocce / particelle ardenti

Class B2 ai sensi del DIN 4102-1
assenza di gocce / particelle ardenti


RESISTENZA MECCANICA DEL POLIURETANO ESPANSO RIGIDO
Il poliuretano espanso rigido è un materiale leggero ma robusto, la densità delle schiume utilizzate per la produzione di pannelli, con rivestimenti flessibili o rigidi, varia normalmente tra i 30 e i 40 kg/m3. 
All'interno di questo range di densità la resistenza alla compressione al 10% di deformazione varia tra i 100 e i 200 KPa; valori idonei a soddisfare le più comuni esigenze applicative.
Per applicazioni industriali, destinate a sopportare eccezionali carichi meccanici e/o condizioni di temperatura ed esercizio anomale, sono realizzabili schiume con densità molto più elevate.
I pannelli in poliuretano espanso rigido sono idonei a supportare pavimentazioni o coperture sottoposte a carichi statici e dinamici molto gravosi come, ad esempio, i pavimenti delle celle frigorifere e le coperture carrabili.
Per le applicazioni in situ le densità variano tra i 20 kg/m3 per le schiume applicate per colata nelle intercapedini e i 70 kg/m3 per le applicazioni a spruzzo in copertura.
Le prestazioni meccaniche variano sensibilmente in funzione della densità applicata.

LEGGEREZZA DEL POLIURETANO
Nel poliuretano espanso rigido, la schiuma è formata dal 3% in volume da polimero solido e dal 97% dalla fase gassosa. La fase gassosa è quindi quella che maggiormente contribuisce alle prestazioni termiche delle schiume e che ne determina la bassa densità di impiego, compresa normalmente, tra i 30 e i 40 kg/m3.
La bassa conducibilità termica delle schiume poliuretaniche comporta anche l'impiego di spessori ridotti rispetto a quelli richiesti da altri materiali.
Per questo una soluzione isolante che utilizza le schiume poliuretaniche comporta un rapporto in peso compreso tra 1 a 6 e 1 a 10 rispetto a soluzioni con materiali alternativi (v. tabella)

ESEMPIO 
Superficie 100 m2 - resistenza termica (R) 3,33 m2K/W

Materiale

Conducibilità termica W/m2K

Spessore necessario

densità kg/m3

m3 complessivi

kg complessivi

Pannelli in poliuretano espanso rigido

0,024

80

33

8

264

Altro materiale isolante

0,040

133

130

13,33

1733,33

COMPORTAMENTO ALL'ACQUA E AL VAPORE DEL POLIURETANO

Impermeabilità all'acqua
La schiuma poliuretanica espansa rigida, caratterizzata da una struttura a celle chiuse, ha un modesto assorbimento d'acqua, dovuto soprattutto a fenomeni di capillarità, e limitato, in condizioni di pressione normale, agli strati superficiali dei manufatti (zone sottoposte a tagli e private della pelle superficiale). 
Essendo limitato agli strati superficiali, l' assorbimento d'acqua è influenzato in modo determinante dalla presenza o meno di rivestimenti protettivi. Questi, in base alla loro natura, potranno migliorare o peggiorare il comportamento all'acqua del manufatto. Per citare, a titolo esemplificativo, alcuni dei rivestimenti più utilizzati, ricordiamo che tutti quelli cartacei tendono ad assorbire acqua e a rilasciarla con l'evaporazione (con conseguenti dilatazioni e restringimenti dei supporti stessi che possono causare deviazioni della planarità del manufatto), mentre quelli di natura metallica, plastica e minerale (lamiere, polietilene, velo di vetro politenato o bitumato) sono praticamente impermeabili e rendono insignificante, limitandolo ai soli bordi laterali eventualmente esposti, l'assorbimento dell'intero manufatto. 

Permeabilità al vapore
La permeabilità al vapore di un materiale può essere considerata, a seconda del tipo e delle condizioni di applicazione, una caratteristica positiva (permette il normale flusso del vapore) o negativa.
In casi di ambienti con forte presenza di umidità (particolari lavorazioni industriali) o in presenza di importanti differenze di temperatura tra ambiente esterno ed interno (celle frigorifere) si dovrà, in fase di progetto, prevedere l'eventuale inserimento di una barriera al vapore sul lato caldo della struttura per evitare i fenomeni di condensa all'interno della struttura stessa o dell'isolante. Per determinare la necessità o meno della barriera al vapore e lo spessore del materiale isolante necessario si utilizza generalmente il Metodo Grafico di Glaser.
Il progettista può inoltre adottare isolanti poliuretanici con rivestimenti impermeabili o semipermeabili (indichiamo nella tabella i più comuni) che gli permettono di aumentare, in base alle condizioni di esercizio previste, la resistenza alla diffusione del vapore dello strato isolante. 
Il fattore di resistenza alla diffusione del vapore del poliuretano (µ= 30-150) è tale da rendere il materiale facilmente adattabile alle più comuni esigenze applicative.

REAZIONE AL FUOCO
I sistemi di isolamento termico con i pannelli in poliuretano espanso rigido rispettano i regolamenti in materia di sicurezza degli edifici sottoposti a prevenzione incendi.
I prodotti in poliuretano sottoposti a marcatura CE dichiarano le loro prestazioni di reazione al fuoco in base al sistema delle EUROCLASSI che prevede 7 classi espresse in lettere con valore decrescente:

  • A1 e A2 per materiali inorganici non combustibili 
  • B, C, D, E per materiali combustibili con diverse caratteristiche di reazione al fuoco 
  • F per materiali combustibili di cui non si determina la reazione al fuoco

Il sistema prevede, per alcune classi, anche la valutazione di parametri aggiuntivi quali lo sviluppo di fumi "s" - smoke, variabile da s1 a s3, e il fenomeno del gocciolamento di particelle ardenti, "d" - dropping, variabile da d0 a d2.
Le schiume poliuretaniche, per la loro caratteristica di materiali termoindurenti, non sono soggette al fenomeno del gocciolamento e sono quindi sempre classificate con il parametro d0.
I prodotti in poliuretano offrono prestazioni diverse in funzione del tipo di schiuma (PUR o PIR) e del tipo di rivestimento (v. Tabella)

EUROCLASSI di reazione al fuoco
possibili classificazioni dei prodotti in poliuretano

B

C

D

E

F

Schiume PIR 
con rivestimenti metallici > 80 m

 

 

 

Schiume PIR 
con rivestimenti metallici > 80 m

 

 

 

Schiume PIR
rivestimenti inorganici

 

 

 

 

Schiume PUR
rivestimenti inorganici

 

 

 

Schiume PIR/PUR
rivestimenti cartacei

Schiume PIR/PUR
senza rivestimenti

I prodotti non sottoposti a marcatura CE, come ad esempio, i pannelli per la realizzazione di condotte preisolate per il trasporto dell'aria, valutano la loro reazione al fuoco in base al sistema di classificazione italiano previsto dal DM 26/6/84. I pannelli per le condotte rivestiti in alluminio sono classificate ed omologate in Classe 0-1

RESISTENZA ALLA TEMPERATURA
Il poliuretano espanso rigido è un materiale termoindurente ed è utilizzabile in un range molto ampio di temperature che va dai -40 ai +120 °C, è quindi particolarmente idoneo per tutte le applicazioni che prevedono forti sbalzi termici.
I pannelli sono in grado di sopportare temperature fino a +220 °C per brevi periodi senza effetti negativi. Sono quindi perfettamente compatibili con le applicazioni che prevedono la saldatura a fiamma delle membrane bituminose o l'adesione con bitumi fusi.

RESISTENZA AGLI AGENTI CHIMICI E BIOLOGICI
Il contatto con sostanze chimiche e agenti biologici può modificare le caratteristiche e prestazioni di alcuni materiali isolanti.
Il poliuretano espanso rigido è resistente alla maggior parte delle sostanze chimiche utilizzate in edilizia, quali:

  • solventi,
  • vernici,
  • materiali bituminosi,
  • sigillanti
  • plastificanti,
  • oli minerali,
  • acidi ed alcali diluiti,
  • atmosfere industriali aggressive.

La schiuma poliuretanica è resistente all'attacco di agenti biologici e non favorisce lo sviluppo di condensa o muffa all'interno delle strutture.
Le schiume poliuretaniche sono inerti e non biodegradabili. Il loro eventuale smaltimento in discariche non costituisce quindi un possibile fattore di inquinamento.