Il Polistirene Espanso Sinterizzato

polistirolo-aipeL’EPS (polistirene espanso sinterizzato) è un materiale rigido, di peso ridotto, composto da carbonio, idrogeno e per il 98% d’aria. Polistirene e polistirolo sono sinonimi. Viene realizzato partendo dallo stirene, monomero ricavato dal petrolio e presente anche in alimenti come frumento, fragole, carne, caffè. Attraverso la polimerizzazione dello stirene si ottiene il polistirene. Quest’ultimo, prima di essere espanso, si presenta sotto forma di piccole perle trasparenti. Mettendole a contatto con il pentano, un idrocarburo gassoso, e con vapore acqueo a 90°, il gas si espande facendo rigonfiare le perle fino a 20-50 volte il loro volume iniziale. Si forma così al loro interno una struttura a celle chiuse che trattiene l’aria e conferisce al polistirene le sue eccellenti caratteristiche di isolante termico e ammortizzatore di urti.
La sinterizzazione è il processo di saldatura delle perle che, sottoposte nuovamente a vapore acqueo a 110-120°, si uniscono fra loro fino a formare un blocco omogeneo di espanso.
Il polistirene (EPS) è una delle principali materie plastiche che derivano dal petrolio.
Allo stato compatto il Polistirene è un materiale rigido, incolore, trasparente, che è la base per applicazioni molto diversificate. Il polistirene espanso (EPS) Il Polistirene Espanso (EPS) è una delle forme più importanti in cui viene impiegato il Polistirene. Per ottenere l’EPS si seguono attualmente due vie:
a) in fase di polimerizzazione, si scioglie nel Polistirene un agente espandente (comunemente pentano, un idrocarburo che, a pressione atmosferica, bolle a temperatura ambiente); altri additivi, in particolare per conferire migliorate caratteristiche di resistenza al fuoco, possono essere aggiunti in questa fase. Il prodotto, quale l’industria chimica lo fornisce ai produttori di EPS, si presenta in forma di granuli di aspetto vetroso (perle), di varia granulometria (0,3 – 2,8 mm) secondo gli impieghi cui è destinato. La massa volumica delle perle è di 1030 Kg/m3, ma quella apparente delle perle in mucchio è di circa 650 Kg/m3. E’ questo il materiale da cui si parte per produrre l’EPS con il processo più avanti descritto.
b) Successivamente alla polimerizzazione il Polistirene viene unito all’agente espandente ed agli altri eventuali additivi in una trafila, che mescola allo stato fuso gli ingredienti ed estrude la miscela da una filiera, di solito in forma di lastra piana o di tubo, che immediatamente si espande e, raffreddandosi, si irrigidisce nella forma espanda (EPS estruso). Questo materiale risulta più costoso e meno versatile del precedente; per le sue peculiari caratteristiche ha varie applicazioni significative, ma nei volumi di documentazione tecnica EPS non viene ulteriormente considerato.

PRINCIPALI CARATTERISTICHE
Si presenta allo stato naturale come un materiale trasparente, incolore, brillante ma può anche essere offerto traslucido, opaco o colorato. La forma è quella dei granuli con granulometria variabile a seconda degli impieghi. Duro e rigido alla percussione emette un suono di timbro quasi metallico; ha buone caratteristiche meccaniche anche a bassissime temperature, alta resistenza alla trazione, eccezionali proprietà dielettriche, inodore, non igroscopico, ha un basso peso specifico, eccellente stampabilità, ottima stabilità dimensionale. Il polistirene ha una bassa conducibilità termica e per questo viene usato anche come isolante del calore. Ha un alto indice di rifrazione alla luce e quindi i suoi manufatti sono molto brillanti e trasparenti. Dal punto di vista chimico resiste agli alcali, agli acidi diluiti, alle soluzioni saline e alla maggior parte dei composti organici; si scioglie però nei solventi aromatici e clorurati. Naturalmente, data la grande diffusione di questo polimero, esistono in commercio numerosi tipi di polistirene, a seconda degli usi: lubrificato per facilitarne la lavorazione, antielettrostatico, resistente alla luce, rinforzato con fibre di vetro, espandibile.

Isolamento termico
L’EPS ha una conduttività termica ridotta grazie alla sua struttura cellulare chiusa, formata per il 98% di aria. Questa caratteristica gli conferisce un’ottima efficacia come isolante termico. La norma prescrive i valori massimi della conduttività dell’EPS, misurata su campioni opportunamente condizionati, alla temperatura media di 10°C oppure 20°C. Le proprietà termiche rimangono inalterate nel tempo. I valori di conduttività riportati sono valori limiti di normativa. I materiali prodotti con tecniche adeguate presentano dati inferiori a quelli riportati.

Durata
L’analisi svolta delle influenze che i fattori ambientali, come temperatura e umidità, e le sollecitazioni di lavoro hanno sulle caratteristiche dell’EPS mostra che esso può garantire per un periodo illimitato le prestazioni che gli vengono richieste. Ciò è dimostrato da anni di esperienza applicativa su scala vastissima e in particolare da numerose verifiche delle caratteristiche, effettuate su EPS in opera da decenni. Sono quindi da confutare decisamente le voci di scarsa stabilità nel tempo, che si sono spinte fino ad affermare l’esistenza di una “sublimazione”, affermazione fiscalmente senza senso.

Riciclabilità
Il riciclaggio del polistirene espanso (EPS) è una pratica diffusa, comunemente attuata, entro i limiti di convenienza economica, per il recupero degli scarti industriali di produzione. Varie Aziende forniscono attrezzature e linee complete per il trattamento di questi scarti e la loro reimmissione nel processo produttivo. Diverso, e più complesso, è il problema del riciclaggio degli scarti post-consumo, imposto dal D.l. 5 febbraio 1997 n. 22 Il suddetto decreto infatti, dopo aver chiarito, all’ Art 35, punto i, che per riciclaggio si intende il “ritrattamento in un processo di produzione dei rifiuti di imballaggio per la loro funzione originaria e per altri fini….., ad esclusione del recupero di energia”, pone i seguenti obiettivi minimi, da conseguire entro 5 anni : Rifiuti di imballaggi da recuperare come materia o come componente di energia in peso, almeno il 50 % Rifiuti di imballaggi da riciclare in peso almeno il 25 % Ciascun materiale di imballaggio da riciclare in peso, almeno il15 % Giacchè la quantità di rifiuti di imballaggi in EPS immessi annualmente sul territorio italiano è stimabile in circa 40.000 ton, l’obiettivo minimo posto ammonta a circa 6.000 ton/anno, costituite da materiali senz’ altro meno puliti degli scarti industriali e diffusi estensivamente sul territorio.

Dilatazione lineare
Il coefficiente di dilatazione lineare dell’EPS è compreso fra 5.10 -5 m/mK e 7.10 -5 m/mK. Non ha molta importanza nelle applicazioni ordinarie e, se il movimento termico è impedito, le reazioni sui punti di fissaggio sono modeste, dato il valore del modulo elastico del materiale. Questa caratteristica deve essere tenuta presente nel caso di applicazioni in cui l’isolante può raggiungere temperature elevate (isolamento esterno sotto intonaco) o molto basse (celle frigorifere).

Caratteristiche elettriche
Le caratteristiche elettriche dell’EPS si avvicinano a quelle dell’aria, che costituisce la maggior parte del suo volume (costante dielettrica e = 1,04). La quasi completa assenza di gruppi polari è evidenziata dal bassissimo angolo di perdita (tan d = 0,0001). Per queste caratteristiche, di scarsa importanza per le applicazioni edilizie in generale, l’EPS aveva suscitato interesse al suo apparire come materiale isolante per alte frequenze.

Rigidità dinamica
Fra le componenti del benessere abitativo, la quiete viene ormai considerata una delle più rilevanti. L’EPS, nei tipi correntemente impiegati per l’isolamento termico, non contribuisce in modo apprezzabile a questo aspetto del benessere. Vi contribuisce invece egregiamente un tipo derivato: l’EPS elasticizzato. L’EPS elasticizzato è ottenuto da quello normale con un trattamento meccanico di compressione, che ne aumenta la cedevolezza e si è dimostrato un ottimo isolante dai rumori generati da urti contro parti dell’edificio, in particolare i rumori da calpestio. Questi ultimi sono fra i più lamentati, perché disturbano le persone proprio quando, fra le quattro mura domestiche, aspirano alla quiete dopo una giornata di lavoro. Il rimedio è costituito dal cosiddetto “pavimento galleggiante”, in cui, sopra la soletta, viene posato uno strato (20- 40 mm ) di EPS elasticizzato e sopra questo viene gettato il massetto di ripartizione, che deve essere dotato di una certa massa ed essere isolato elasticamente dalle pareti perimetrali; sul massetto si applica poi il pavimento propriamente detto, che può essere di qualsiasi tipo. Il parametro che identifica il buon comportamento acustico dell’EPS è la rigidità meccanica espressa in MN/m 3 determinata secondo norma EN 29052 e la relativa compressibilità secondo norma EN 12431. La norma europea EN 13163 definisce i livelli in base ai differenti valori di rigidità dinamica e di compressibilità evidenziata dall’EPS elasticizzato e non elasticizzato.

Calore specifico e diffusione termica
Il calore specifico è una proprietà additiva dei costituenti, in questo caso polistirene e aria; essendo quest’ultima, in massa una piccola frazione, il calore specifico dell’EPS è pressoché indipendente dalla massa volumica e vale 1340 J/KgK. La diffusività termica si ottiene dividendo la conduttività per il prodotto della massa volumica per il calore specifico; la sua unità di misura è quindi (m 2 /sec). Queste due grandezze interessano negli studi di trasmissione del calore in regime variabile.

Comportamento al fuoco
L’EPS, quale composto di carbonio e idrogeno, è di sua natura un materiale combustibile. Esso inizia la sua decomposizione a circa 230-260°C, con emissione di vapori infiammabili, ma soltanto a 450-500°C si ha una accensione. La successiva propagazione della fiamma avviene spontaneamente nell’EPS normale, se vi è sufficiente apporto di ossigeno, mentre nell’EPS a migliorato comportamento al fuoco (EPS/RF), ottenuto con opportuni additivi, la propagazione cessa al venir meno della causa di innesco. Le normative distinguono il comportamento dei materiali combustibili con una opportuna classifica. L’EPS nudo si colloca generalmente nelle classi E oppure D e superiori se rivestito (secondo EN 13501-1). Si riportano alcune considerazioni generali sul comportamento al fuoco dell’EPS che possono utilmente servire per una valutazione del rischio di impiego.1) L’EPS richiede una certa energia per la sua accensione; una scintilla o una sigaretta accesa non sono sufficienti. 2) Il contributo dell’EPS in termini di bilancio energetico di un incendio, è modesto, in relazione alla sua bassa massa volumica: 1 dm cubi di EPS da 15 Kg/m cubi ha un potere calorifico di 590 j contro 9200 j dello stesso volume di legno di abete. 3) L’EPS si trova generalmente protetto da altri materiali e non ha immediata disponibilità dell’aria necessaria alla sua combustione (circa 130 volte il suo volume). 4) La combustione può sviluppare, come gas tossici, essenzialmente ossido di carbonio, non diversamente dai materiali lignei presenti nella costruzione o nell’arredamento ma in proporzione molto più ridotta. La combustione dell’EPS non produce diossina che quindi non si ritrova nei fumi prodotti durante un incendio. Le sostanze emesse dalla combustione dell’EPS (Polistirene Espanso Sinterizzato) Comportamento dell’EPS:
• Temperatura di decomposizione 300-400° C primi segni di cedimento
• Temperatura di innesco della fiamma 360-370° C (DIN 54836) 345-360° C (ASTM D1929)
• Temperatura di auto accensione 450-500° C 490° C (ASTM D1929)
• Temperatura di autoaccensione dello stirene 490° C

L’EPS è un idrocarburo composto da idrogeno e carbonio. La versione autoestinguente contiene un additivo che permette di ottenere un materiale a ritardata propagazione di fiamma.. Con una fiamma a temperatura crescente l’EPS inizia a collassare ed in seguito a sciogliersi, quindi a bruciare.. In caso di incendio i prodotti della combustione dipenderanno, ovviamente, dal livello di temperatura presente. Quando il polistirene brucia con una fiamma stabile e un buon supporto di ossigeno, i principali prodotti della combustione sono diossido di carbonio, monossido di carbonio, acqua e particelle. Durante un incendio è la presenza del monossido di carbonio ed il relativo esaurimento dell’ossigeno che, solitamente, rende più pericoloso l’ambiente. Se la fiamma non è ben stabilizzata si avrà una minore combustione che genera del “fumo bianco”. Ciò è dovuto alla formazione di goccioline per la condensa di prodotti non completamente bruciati. Di maggiore interesse, più che l’esatta composizione dei prodotti di combustione da EPS, è la tossicità dei gas prodotti. Studi eseguiti da Hilado et.al (“Toxicity of pyrolysis gases from natural and synthetic materials”, Fire Technology, May 1978, p.136) e Oettel e Hofmann (“Experiments on toxic hazards with expanded polystyrene”, Fire International, 25 july 1969, p.20) e altri (review Zorgman, TNO report B-79-504 1979, TNO…..) hanno dimostrato che, paragonati ai soliti materiali da costruzione (sughero, cotone, lana, compensato, etc.), in caso di incendio l’EPS presenta dei rischi di tossicità minori (basati su test animali) su basi volumetriche. Poca differenza sulla tossicità è stata riscontrata fra i prodotti da combustione di materiali in EPS normale ed autoestinguente.

Sicurezza ambientale
L’EPS è privo di valori nutritivi in grado di sostenere la crescita dei funghi, batteri o altri microorganismi quindi non marcisce o ammuffisce. L’EPS non costituisce nutrimento per alcun essere vivente. Ciò lo rende ideale come contenitore per alimenti, settore nel quale è ampiamente utilizzato. L’EPS inoltre è atossico, inerte, non contiene clorofluorocarburi (CFC) né idroclorofluorocarburi (HCFC). Per sua stabilità chimica e biologica l’EPS non costituisce un pericolo per l’igiene ambientale e per le falde acquifere. L’EPS in opera nella coibentazione edilizia non presenta alcun fattore di pericolo per la salute in quanto non rilascia gas tossici. Anche il maneggio e le eventuali lavorazioni meccaniche sono assolutamente innocui e in particolare non vi è pericolo di inalazione di particelle o di manifestazioni allergiche. Gli imballi in EPS conferiti in discarica non inquinano né terreno né atmosfera.

Resistenza all’umidità
L’EPS è permeabile al vapore acqueo, quindi è traspirante, ma è impermeabile all’acqua. La permeabilità al vapore acqueo fa si che all’interno di edifici e ambienti isolati con EPS non si formino muffe. Un dato importante è quello della resistenza alla diffusione del vapore espresso come rapporto µ (adimensionale) fra lo spessore d’aria che offre la stessa resistenza al passaggio del vapore e lo spessore di materiale in questione. Per l’EPS il valore di µ é compreso entro limiti che vanno crescendo con la massa volumica (20÷120).
Il comportamento dell’EPS a fronte dell’acqua non dà adito a limitazioni. L’acqua non scioglie l’EPS né attraversa le pareti delle celle chiuse. L’assorbimento per immersione, una situazione che non si verifica in pratica, ammonta al massimo al 5% in volume per l’EPS 15 e al 3% per l’EPS 30. Più interessante per l’impiego è l’assorbimento per capillarità, che è praticamente nullo, e soprattutto l’assorbimento dell’aria umida. Un EPS 20, a contatto con l’aria con 95% di U.R. per 90 giorni, ha mostrato un assorbimento dello 0,7% in peso.

Testi ed immagini tratti da materiale informativo AIPE