Le resine amminiche sono polimeri di condensazione formati dalla reazione di composti carbonilici con composti contenenti gruppi amminici, imminici o ammidici. La reazione rilascia acqua e i prodotti risultanti sono oligomeri, noti anche come prepolimeri.
Per produrre resine amminiche si può usare un’ampia varietà di composti contenenti carbonili e azoto, ma i più comuni sono formaldeide, urea e melammina. Questi composti vengono usati perché sono relativamente poco costosi e facili da ottenere. Il tipo di reazione chimica che si verifica determina il peso molecolare del prepolimero.
Sommario
Le resine amminiche vengono prodotte su larga scala in moderni impianti industriali. Offrono una serie di vantaggi tecnici, tra cui buona adesione, resistenza all’acqua e resistenza chimica.
La storia delle resine amminiche è iniziata con la sintesi di urea e formaldeide nel XIX secolo. Le prime resine amminiche commerciali sono state prodotte all’inizio del XX secolo. Una svolta importante si è verificata negli anni ’30 con lo sviluppo di pannelli truciolari legati con resina.
Oggi, le resine amminiche sono utilizzate in un’ampia gamma di applicazioni, tra cui:
- Adesivi per pannelli truciolari, MDF, compensato e altri prodotti in legno
- Travi laminate e parquet
- Assemblaggio di mobili
- Rinforzo della carta
- Composti per stampaggio
- Rivestimento per tappeti
- Ausiliari per pelle
- Ammendanti del terreno
- Rivestimenti protettivi per superfici
- Saturazione della carta decorativa
Le resine amminiche sono una classe di polimeri versatile e importante con un’ampia gamma di applicazioni.
2. Proprietà fisiche delle resine amminiche
Le resine amminiche sono disponibili in commercio in due forme: soluzioni concentrate e solidi, come le polveri.
Le soluzioni sono in genere a base d’acqua, ma gli alcoli sono usati come solventi nelle resine di rivestimento superficiale. Le soluzioni variano di colore da incolore e trasparente a lattiginoso e torbido. Sono anche appiccicose al tatto e hanno un’elevata viscosità, in genere 20-70.000 mPa·s (misurata a 20 °C).
L’odore delle soluzioni di resina amminica può variare a seconda del contenuto di formaldeide libera, passando da inodore a caratteristico a pungente. La densità delle soluzioni alle concentrazioni disponibili in commercio del 50-80% di solidi è 1,15-1,31 g/cm³.
Una proprietà importante delle soluzioni di resina amminica è la loro tolleranza all’acqua, ovvero la quantità di acqua che può essere aggiunta senza precipitare solidi. A temperature relativamente basse, inferiori a circa 20 °C, molte soluzioni di resina amminica presentano una pronunciata torbidità e un aumento insolitamente elevato della viscosità.
Alcune soluzioni di resine amminiche presentano anche il fenomeno della pseudoplasticità (tissotropia), il che significa che la viscosità diminuisce all’aumentare della forza di taglio. La tissotropia non è sempre desiderabile, ma può essere utile in alcune applicazioni.
In polvere, le resine amminiche sono bianche. Le polveri essiccate a spruzzo disponibili in commercio hanno una dimensione delle particelle di 15-70 μm, ma sempre inferiore a 200 μm. La densità apparente delle polveri è di 0,5-0,8 kg/L.
Quando le polveri di resine amminiche vengono sciolte in acqua, in genere formano liquidi lattiginosi. Tuttavia, in alcuni casi, è possibile ottenere soluzioni trasparenti. Additivi simili alla farina possono essere miscelati con alcune resine amminiche, che possono quindi assumere il colore dell’additivo in misura maggiore o minore.
3. Reazioni chimiche delle resine amminiche
Le resine amminiche sono miscele di varie sostanze, anche quando sono preparate da soli due componenti. Ad esempio, le resine urea-formaldeide sono composte da composti idrossimetilici, oligomeri e metilene-urea. Le proprietà chimiche delle resine amminiche sono comuni a tutte o alla maggior parte di esse.
Una delle proprietà chimiche importanti delle resine amminiche è che la formaldeide si separa lentamente dai composti idrossimetilici e subisce reazioni di addizione con altri gruppi amminici.
Un’altra importante proprietà chimica delle resine amminiche è che i composti idrossimetilici subiscono una lenta condensazione in assenza di calore o reagiscono con l’urea per dare composti metilenici. Questa reazione è responsabile del graduale aumento di viscosità che le resine amminiche subiscono durante lo stoccaggio.
Queste reazioni sono accelerate da catalizzatori acidi e temperature elevate. Quindi, acidi o sostanze che formano acidi sono usati come indurenti che accelerano la condensazione nella lavorazione di resine amminiche.
Le soluzioni di resine amminiche sono generalmente rese leggermente alcaline, cioè pH 7,5–9, per stabilizzarle. Tuttavia, il pH diminuisce lentamente man mano che si forma acido formico. Questo effetto è più pronunciato per le resine urea-formaldeide e molto meno significativo nelle resine melammina-formaldeide.
I gruppi idrossimetilici nelle resine amminiche possono essere convertiti con alcoli nei corrispondenti eteri. Questa reazione è utilizzata nelle resine di rivestimento superficiale e nelle resine di impregnazione per la produzione di materiale per bordi a base di carta.
La formaldeide libera, che è presente in concentrazioni dallo 0,03% a circa il 2%, è di importanza pratica. Reagisce con i sali di ammonio degli acidi per dare esametilentetrammina e l’acido libero, che agisce come indurente.
Anche le polveri di resina si condensano nel tempo per dare prodotti con massa molecolare relativamente elevata, ma in questo caso la reazione è più lenta di almeno un fattore cinque.
4. Materie prime per resine amminiche
Le materie prime per le resine amminiche sono formaldeide, urea, melammina, tiourea e uree sostituite. Vengono impiegate anche guanamine e anilina.
- La formaldeide è la materia prima più importante per le resine amminiche. È disponibile sotto forma di paraformaldeide solida, soluzione acquosa o precondensato urea-formaldeide.
- L’urea è la seconda materia prima più importante per le resine amminiche. È disponibile come prodotto cristallino bianco o come granuli.
- La melammina è una materia prima meno comune per le resine amminiche. È una polvere bianca che sublima con il riscaldamento.
- La tiourea è una materia prima relativamente costosa che non viene utilizzata in grandi quantità.
- Le uree sostituite sono un gruppo di derivati dell’urea utilizzati in applicazioni specializzate.
Oltre a queste materie prime, è possibile utilizzare una varietà di modificatori per migliorare le proprietà delle resine amminiche. Questi modificatori includono alcoli alifatici, glicoli, zuccheri, alcoli di zucchero, polisaccaridi e caprolattame.
La scelta delle materie prime e dei modificatori per le resine amminiche dipende dall’applicazione specifica. Ad esempio, le resine urea-formaldeide sono comunemente utilizzate negli adesivi, mentre le resine melammina-formaldeide sono utilizzate nei laminati e nelle stoviglie.
Riferimento
- Amino Resins; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a02_115.pub2
