Adesivi strutturali: epossidici e poliuretanici

Quando un incollaggio deve sostenere carichi, sostituendo bulloni o saldature, si usano gli adesivi strutturali: polimeri termoindurenti che reticolano in una rete tridimensionale, capace di trasferire sforzi elevati. Epossidici e poliuretanici sono i due grandi protagonisti, con poliacrilici e altre classi a completare il quadro.

Vediamo che cos’e un adesivo strutturale, come reticolano gli epossidici e i poliuretanici, le loro prestazioni a confronto e quando sceglierne uno o l’altro.

Che cos’e un adesivo strutturale

Un adesivo si dice strutturale quando regge sollecitazioni meccaniche significative e durature, tipicamente con resistenze a taglio dell’ordine di diversi MPa o piu. La caratteristica chimica comune e la reticolazione (curing): le molecole di partenza, liquide o pastose, reagiscono formando una rete covalente tridimensionale che irrigidisce il materiale e gli da resistenza meccanica e termica. A differenza degli adesivi termoplastici, che fondono e risolidificano, i termoindurenti reticolati non rifondono: una volta induriti, restano tali.

Gli adesivi epossidici

Gli epossidici sono gli adesivi strutturali per eccellenza. Reticolano per apertura dell’anello epossidico: una resina epossidica (per esempio a base di bisfenolo A) reagisce con un indurente — ammine, anidridi, poliammidi — che apre gli anelli e lega tra loro le molecole. La reazione e una poliaddizione che non rilascia sottoprodotti, quindi avviene con ritiro contenuto e senza bolle, un vantaggio decisivo per i giunti strutturali. Possono essere bicomponenti (resina + indurente da miscelare) o monocomponenti che reticolano a caldo.

anello epossidico + H–N (indurente)  →  rete reticolata  (nessun sottoprodotto)

Gli adesivi poliuretanici

I poliuretanici (PU) reticolano per reazione fra gruppi isocianato (–NCO) e gruppi ossidrilici (–OH) dei polioli, formando legami uretanici. Gli isocianati reagiscono anche con l’umidita, il che permette adesivi monocomponenti che induriscono con l’acqua dell’aria. Rispetto agli epossidici, i PU danno reti meno rigide e piu tenaci ed elastiche: tollerano meglio le deformazioni, gli urti e le dilatazioni termiche differenziali fra materiali diversi. Sono percio preferiti quando il giunto deve flettersi o assorbire vibrazioni.

Prestazioni a confronto

La scelta fra le classi dipende dal compromesso fra rigidezza, tenacita, resistenza termica e all’umidita.

Altre classi

Accanto a epossidici e PU, gli adesivi poliacrilici (inclusi gli strutturali bicomponenti e i cianoacrilati istantanei) offrono presa rapida e buona adesione a molti substrati; i fenolici e i siliconici coprono nicchie ad alta temperatura o alta flessibilita. Per i giunti che uniscono materiali con dilatazioni termiche diverse, la tenacita conta spesso piu della resistenza statica: un adesivo troppo rigido si crepa, uno piu elastico accompagna il movimento.

Perche conta nella pratica

Scegliere l’adesivo strutturale giusto significa leggere il giunto: un’unione rigida fra metalli che deve reggere carichi statici elevati chiama un epossidico (spesso tenacizzato); un giunto che flette, vibra o unisce materiali con dilatazioni diverse chiama un poliuretanico. Capire la chimica della reticolazione — perche un epossidico non fa bolle, perche un PU cura con l’umidita, perche una rete troppo fitta diventa fragile — permette di prevedere prestazioni, scegliere il prodotto e diagnosticare un cedimento. E una competenza che incrocia chimica dei materiali e sicurezza, vista la reattivita di indurenti e isocianati.

Domande frequenti

Che cos’e un adesivo strutturale?

E un adesivo capace di sostenere carichi meccanici elevati e duraturi, con resistenze a taglio dell’ordine dei MPa, usato in alternativa o in aggiunta a bulloni e saldature. Si basa su polimeri termoindurenti che reticolano in una rete covalente tridimensionale. Le classi principali sono gli epossidici e i poliuretanici, affiancate dai poliacrilici e da altre famiglie speciali.

Come reticolano gli adesivi epossidici?

Per apertura dell’anello epossidico: la resina reagisce con un indurente (ammine, anidridi, poliammidi) che apre gli anelli e collega le molecole in una rete. E una poliaddizione che non rilascia sottoprodotti, quindi reticola con ritiro contenuto e senza bolle, vantaggio importante per i giunti strutturali. Possono essere bicomponenti da miscelare o monocomponenti che curano a caldo.

Quando conviene un adesivo poliuretanico anziche epossidico?

Quando il giunto deve essere tenace ed elastico: flettersi, assorbire vibrazioni o tollerare dilatazioni termiche differenziali fra materiali diversi. I poliuretanici danno reti meno rigide e piu deformabili degli epossidici puri, quindi accompagnano meglio i movimenti del giunto, mentre gli epossidici eccellono nelle unioni rigide ad alta resistenza statica.

Perche gli epossidici puri sono fragili?

Perche la loro rete e molto fitta e rigida, con scarsa resistenza alla propagazione delle cricche. Per renderli tenaci si tenacizzano (toughening), disperdendo nella matrice una fase elastomerica o particelle di gomma che frenano la cricca. E l’esempio di come la chimica della rete vada bilanciata: piu reticolazione da rigidezza ma fragilita, meno da tenacita ma cedevolezza.

Ci sono rischi nella manipolazione di questi adesivi?

Si. Gli indurenti amminici degli epossidici sono irritanti e sensibilizzanti, e gli isocianati dei poliuretanici sono sensibilizzanti respiratori: vanno manipolati con le adeguate protezioni e ventilazione. La consultazione delle schede di sicurezza e l’uso dei dispositivi di protezione sono parte integrante del lavoro con gli adesivi strutturali.