Plastiche green e compositi per l’edilizia sostenibile

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Nella produzione di MDI con materiale di origine vegetale, Covestro ha raggiunto la neutralità climatica, certificata da ISCC con il metodo del bilancio di massa

Migliorare l’efficienza energetica e rigenerare ogni scarto. Il tema della sostenibilità è stato accolto dai produttori di materie prime e semilavorati anche nell’ambito dell’industria building & construction, tra le più importanti in termini di impatto ambientale. Un ruolo sempre più affascinante è giocato dai materiali compositi, imbattibili nel rapporto tra peso e resistenza meccanica e alleati degli architetti più spavaldi.

Isolanti verdi

Il polistirene espanso sinterizzato (EPS) caricato con grafite Neopor F 5 Mcycled di BASF offre le stesse proprietà meccaniche e isolanti del collaudato Neopor F 5200 Plus a fronte di un contenuto di materiale riciclato del 10%. Sviluppata con Karl Bachl, la formulazione contiene scarti di EPS rigenerati da riciclo meccanico garantiti, al pari dalle materie vergini, dalla certificazione REDcert2. «Attualmente i materiali per isolamento a base EPS provenienti dall’industria edile e dell’imballaggio sono completamente riciclabili: in particolare, il polistirene recuperato nei circuiti di raccolta del packaging post consumo fornisce materia prima seconda di alta qualità» spiega Michael Küblbeck, Managing Director presso Karl Bachl.

«La disponibilità di EPS riciclato ad alte prestazioni è tuttora limitata, ma con il supporto dei nostri partner europei ci impegneremo a incrementarne il riciclo lungo l’intera catena del valore» aggiunge Klaus Ries, vice presidente Business Management Styrenics Europe di BASF. Neopor F 5 Mcycled si affianca alla gamma di materiali sostenibili del marchio, come Styropor Ccycled e Neopor BMB, ottenuti, rispettivamente, dall’olio di pirolisi prodotto tramite riciclo chimico di rifiuti plastici, e da materie prime rinnovabili certificate con il metodo BioMass Balance. Secondo tale approccio, il 100% delle materie prime fossili è compensato, nel processo produttivo, da bio-nafta o biogas; la composizione chimica e il profilo fisico-meccanico sono analoghi, ma l’impronta di anidride carbonica di Neopor BMB è ridotta del 90% rispetto al prodotto tradizionale.

Neopor F 5 Mcycled di Basf è la prima formulazione della gamma di questo EPS additivato con grafite contenente materiale rigenerato da riciclo meccanico

L’utilizzo di materiali da fonti rinnovabili permette a Covestro di proporre difenil-diisocianato di metilene (MDI), intermedio per la produzione di schiume poliuretaniche rigide, con impatto climatico zero (“climate neutral”).  Il risultato è ottenuto grazie all’attribuzione, mediante bilancio di massa certificato ISCC Plus, di materie prime a base di scarti vegetali utilizzate in sostituzione di quelle fossili. La neutralità, afferma il gruppo tedesco, è stata calcolata con approccio LCA “cradle to gate”, dalla culla al cancello, ovvero partendo dalle materie prime e dall’energia utilizzata in produzione fino all’uscita dallo stabilimento. In questa fase non vengono originate emissioni di anidride carbonica aggiuntive, considerando anche il sequestro di carbonio biogenico ascrivibile alle materie prime rinnovabili. I nuovi gradi, prodotti negli stabilimenti di Krefeld-Uerdingen (Germania), Anversa (Belgio) e Shanghai (Asia), sono utilizzati in numerose applicazioni, tra cui l’isolamento termico di edifici in forma di pannelli, di veicoli refrigerati e imbottiture di sedili auto.

Lastra alveolare per il risparmio energetico

Un altro materiale amato dall’edilizia è policarbonato. Exolon l’ha utilizzato per le nuove lastre alveolari a parete multipla multi UV Hybrid X, caratterizzate da una nuova geometria studiata per ridurre i consumi energetici degli edifici. Grazie a una combinazione complessa di pareti e camere d’aria – spiega l’azienda tedesca – la lastra massimizza la trasmissione luminosa, apportando agli ambienti interni più luce diurna a temperatura costante e favorendo così il risparmio energetico. Inoltre, grazie ai ridotti valori di trasmittanza termica (Ug) in tutti gli spessori, si ottiene un risparmio energetico che si stima sia superiore al 30% rispetto alle lastre tradizionali.

Il nuovo disegno delle lastre in policarbonato a parete multipla Hybrid X di Exolon migliora la trasmissione luminosa

Exolon multi UV Hybrid X offre anche eccellenti proprietà meccaniche, con la resistenza delle pareti interne incrementata del 10-20% rispetto ai prodotti standard, a fronte di un peso contenuto. Infine – sottolinea il produttore – Hybrid X nella versione IQ-Relax offre benefici anche in caso di irraggiamento solare elevato, migliorando il comfort termico senza inficiare la trasmissione luminosa. La nuova linea di lastre alveolari è adatta alle applicazioni residenziali e industriali ove è richiesto un elevato isolamento termico. Il materiale soddisfa tutti gli standard di qualità internazionali in materia di protezione antincendio, con marchio CE a norma EN 16153 e gestione qualità a norma DIN ISO 9001. Exolon Group garantisce inoltre una resistenza di dieci anni agli agenti atmosferici e alla grandine.
Parte del Gruppo Serafin con sede a Monaco di Baviera (Germania), Exolon Group estrude lastre in policarbonato e poliestere nei due stabilimenti di Tielt (Belgio) e Nera Montoro (Italia).

I rivestimenti compositi Easy MEG di Abet Laminati sono dotati di sistemi di fissaggio rapido e a prova d’acqua che riducono al minimo gli interventi di manutenzione

Superfici di design

Due materiali felicemente frequentati dall’interior design, apprezzati per le loro potenzialità estetiche non meno che per le prestazioni tecniche, trovano nuove applicazioni outdoor.
Il MEG è un semilavorato di Abet Laminati costituito da un’anima rigida rivestita da una superficie decorativa, realizzata con resine termoindurenti: robusto e compatto, ha prestazioni durevoli di resistenza agli UV e agli agenti atmosferici, adatte al rivestimento di facciate e di balconi, alla realizzazione di frangisole, di elementi di arredo urbano e segnaletica. Le facciate ventilate possono vestire texture a catalogo o indossare personalizzazioni con stampa digitale. Easy MEG, ad esempio, declina i pannelli in tre sistemi che riducono al minimo gli interventi di manutenzione: il fissaggio Closed Joint è studiato per la protezione dall’acqua e dall’umidità, Open Joint agevola la rapida installazione di rivestimenti, persiane o recinzioni, mentre Overlapping permette di sistemare le doghe sovrapposte utilizzando una clip di sostegno.

Poliestere fonoassorbente

L’Expo di Dubai è siglata 2020, ma ha seguito la sorte di tutti gli eventi fieristici posticipati a causa della pandemia di Covid-19: inaugurata il 1° ottobre 2021, si concluderà il 31 marzo 2022. La prolungata attesa non ha compromesso la magia della tecnologia Snowsound, sviluppata e depositata da Caimi Brevetti: un tessuto tecnico fonoassorbente a base di poliestere, che crea un habitat sonoro confortevole e accogliente.

Dubai è stato un palcoscenico prestigioso per questo materiale pluripremiato – brevettato nel 2011 e da allora costantemente rielaborato in forme e applicazioni sempre diverse –, dove è stato proposto in Flat di Alberto e Francesco Meda. Si tratta di un sistema costruito come un mosaico tridimensionale di figure geometriche piane, diversamente orientate nello spazio per assorbire le frequenze sonore ad angolazioni differenti, creando una superficie dinamica che riveste con 800 pannelli gli ottanta metri del tunnel che conducono al padiglione italiano.

Uno sviluppo degli studenti ASP propone metamateriali labirintici fonoassorbenti: la struttura leggera è realizzata tramite stampa 3D e può utilizzare materiali plastici di scarto e riciclo

Un labirinto che imprigiona il rumore

Pannelli antirumore basati su metamateriali “labirintici” in grado di assorbire le onde sonore trasmesse nell’ambiente. Questa nuova tecnologia, progettata da sei studenti dell’Alta Scuola Politecnica (ASP), il programma internazionale riservato ai migliori studenti del Politecnico di Milano e del Politecnico di Torino, promette un’importante attenuazione del rumore, ottenuta grazie alla struttura interna dei pannelli. Tali strutture, definite metamateriali perché superano le potenzialità dei materiali convenzionali, hanno delle proprietà acustiche innovative. Le loro prestazioni non sono dovute ai componenti con cui sono prodotti, ma alla loro forma geometrica labirintica, riproducibile facilmente. I settori di applicazione sono vari, dall’edilizia all’automotive, fino agli impieghi domestici.

Leonardo Bettini, Venus Hasanuzzaman Kamrul, Emanuele Musso, Fabio Nistri, Davide Piciucco e Matteo Zemello sono i sei studenti dell’ASP che hanno ideato il pannello. Le strutture labirintiche presenti all’interno fanno riflettere più volte l’onda acustica, che lentamente si riduce fino ad auto cancellarsi. È come se il rumore acustico si “perdesse” all’interno del labirinto. Queste strutture sono in grado di smorzare più tipologie di rumore: dai suoni a media frequenza, tipici del parlato e di alcuni strumenti musicali, fino a quelli a bassa frequenza, causati dai motori.

Il lavoro ha dimostrato che i metamateriali labirintici hanno un elevato potenziale, in quanto la loro struttura leggera, poco ingombrante e fabbricata al 100% tramite la stampa 3D, rende possibile la costruzione di prodotti acustici con plastiche di scarto, senza compromettere le performance del pannello, ma riuscendo ad abbattere i costi finali. Un possibile settore di impiego potrebbe essere l’aeronautica. L’applicazione del pannello nella fusoliera di un aereo consentirebbe sia di isolare i passeggeri all’interno dal rumore esterno, sia di ridurre l’inquinamento acustico ambientale provocato dal velivolo.

Leggero e ultraresistente come un composito, il polimero 2DPA-1 messo a punto al MIT è pensato per applicazioni strutturali

La plastica più resistente dell’acciaio

Gli ingegneri chimici del Massachusetts Institute of Technology (MIT), sotto la guida di Michael Strano, hanno prodotto un materiale costituito da un polimero bidimensionale che si autoassembla in fogli, a differenza degli altri polimeri che formano catene unidimensionali. Come ben noto, i polimeri sono costituiti da catene di monomeri, che si accrescono aggiungendo nuove molecole alle loro estremità. Gli esperti hanno a lungo ipotizzato che, se indotti a crescere in un foglio bidimensionale, i polimeri dovrebbero formare materiali estremamente resistenti e leggeri. Tuttavia, gli scienziati del settore hanno sempre sostenuto l’impossibilità di una simile operazione in quanto se un solo monomero ruotasse fuori dal piano del foglio in crescita, il materiale inizierebbe a espandersi in tre dimensioni e la struttura simile a un foglio andrebbe inesorabilmente persa. Nel nuovo studio, però, Strano e i suoi colleghi hanno escogitato un nuovo processo di polimerizzazione che consente di generare un foglio bidimensionale chiamato poliarilammide. Per i blocchi costitutivi del monomero, utilizzano un composto chiamato melamina, che contiene un anello di atomi di carbonio e azoto.

Nelle giuste condizioni, questi monomeri possono crescere in due dimensioni, formando dei dischi che si impilano l’uno sopra l’altro, tenuti insieme da legami idrogeno tra gli strati, rendendo la struttura molto stabile e resistente. «Il processo si realizza spontaneamente in soluzione e, dopo aver sintetizzato il materiale, si possono rivestire le superfici con pellicole sottili straordinariamente resistenti, che abbiamo chiamato 2DPA-1» spiega Michael Strano. I ricercatori hanno scoperto che il modulo elastico del nuovo materiale, una misura di quanta forza è necessaria per deformare un materiale, è tra quattro e sei volte maggiore di quello del vetro antiproiettile; hanno anche scoperto che il suo limite di snervamento, o la forza necessaria per rompere il materiale, è il doppio di quello dell’acciaio, anche se il materiale ha solo circa un sesto della densità dell’acciaio. Un’altra caratteristica fondamentale di 2DPA-1 è la sua impermeabilità ai gas. Mentre altri polimeri sono costituiti da catene a spirale con spazi vuoti che consentono ai gas di filtrare, il nuovo materiale è composto da monomeri che si bloccano insieme e non permettono a nulla di penetrare. «Si possono quindi creare rivestimenti ultrasottili, impermeabili ad acqua o gas, da utilizzare per proteggere il metallo in automobili e altri veicoli o strutture in acciaio» conclude Michael Strano.

Leggeri, di rapida installazione, di facile formatura, i compositi ritardanti alla fiamma di Sicomin sono stati utilizzati da Advanced Fiberglass Industries per realizzare gli interni del Museo del Futuro di Dubai. Foto Museum of the Future

Strutture avveniristiche in composito

Lo scorso febbraio, a Dubai è stato inaugurato il Museum of the Future (MOTF), firmato dallo studio Killa Design, con gli ingegneri di Buro Happold, e costruito da BAM International. In questo edificio, pensato per stupire il visitatore, soluzioni composite risolvono problematiche strutturali negli spazi avvolgenti e, coerentemente, avveniristici. Sicomin ha fornito il gelcoat intumescente biobased (contenente per oltre il 30% carbonio ricavato da fonti rinnovabili) SGi128 e le resine epossidiche ritardanti di fiamma SR1122 per realizzare oltre duecento pannelli a doppia curvatura, che modellano gli interni decorati con elementi calligrafici in rilievo: sono citazioni di Mohammed bin Rashid Al Maktoum, vice presidente e primo ministro degli Emirati Arabi Uniti nonché governatore di Dubai. È la prima applicazione in questo genere di progetti che sfrutta le potenzialità dei compositi su larga scala: la tecnologia di stampi robotici riconfigurabili della danese Adapa, che impiega membrane in silicone modellate in forme curve, ha permesso al produttore Advanced Fiberglass Industries (AFI) lo stampaggio rapido dei pannelli, bypassando la lavorazione CNC e riducendo in misura significativa la produzione di rifiuti. I materiali ritardanti di fiamma e il supporto tecnico di Sicomin hanno contribuito a soddisfare i requisiti di sicurezza dell’edificio. AFI ha realizzato anche una scalinata a doppia elica che imita la struttura del DNA e che conduce ai sette livelli dell’edificio, e ben 228 strutture ovali in GFRP (polimero rinforzato con fibra di vetro) per la zona parcheggio.

BladeBridge è un ponte pedonale e ciclabile installato nella contea di Cork, in Irlanda. La trave maestra è realizzata con due pale di turbine eoliche in FRP riciclate a fine vita

Ponti di pale eoliche

Al progetto Re-Wind partecipano gli atenei University College Cork, Queens University Belfast, Georgia Tech of Atlanta e Munster Technological University, uniti nell’obiettivo di riciclare pale eoliche a fine vita. Presso la Midleton-Youghal Greenway, nella contea di Cork (Irlanda), è stato installato BladeBrige, un ponte pedonale con pista ciclabile realizzato con due pale di turbina eolica in FRP (polimero rinforzato con fibre di vetro) riciclate come trave maestra.

Per ampiezza e portata di carico, permette il passaggio di veicoli d’emergenza o per la manutenzione. Per verificare la fattibilità dell’intervento il materiale e la struttura sono stati sottoposti a test meccanici, di compressione, di resistenza al fuoco e alla piegatura. Il team di Re-Wind ha sviluppato anche il software BladeMachine per valutare le prestazioni ingegneristiche della pala in diverse sezioni della stessa.

I disegni preliminari hanno preso in considerazione i requisiti architettonici e strutturali, ad esempio posizioni e orientamenti differenti delle pale (sotto coperta, sorrette da cavi…), le modalità di connessione del ponte ai montanti e particolari estetici come il design del guardrail, l’altezza del ponte, la lunghezza delle pale e i materiali di costruzione. I progetti sono illustrati in dettaglio nel catalogo Re:Wind Design, presentato nell’autunno del 2021. BladeBridge è il primo esempio dimostrativo cui farà seguito BladePole, che prevede il reimpiego di un palo per turbina in Kansas nella prossima estate


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