Resina fenolica

Applicazioni e tecnologie industriali

Introduzione

Resine fenoliche: passato, presente e futuro...
... siamo davanti a una rinascita del primo polimero sintetico della storia?

Paul Ashford, Anthesis-Caleb
Consulenti marketing e normativi alla European Phenolic Resins Association (EPRA)

Un passato invidiabile

Sono già passati oltre dieci anni da quando la comunità delle resine fenoliche ha celebrato il centenario dell’invenzione di un cittadino belga, Leo Hendrik Baekeland, che scoprì il valore sociale della reazione del fenolo con la formaldeide, per formare una resina fenolica. L'evento è stato segnato nel settembre 2007 da un simposio organizzato dall'Università di Gand, luogo in cui Baekeland completò i suoi studi di dottorato e insegnò per diversi anni.

L'industria europea delle resine fenoliche fu ben rappresentata durante l'evento, in parte sponsorizzato sia dalla European Phenolic Resins Association (EPRA) che dalla neonata Global Phenolic Resins Association (Associazione globale delle resine fenoliche - GPRA).

Tuttavia, che ne è stato della tecnologia inventata da Baekeland, dopo che egli stesso la vendette alla Union Carbide quando andò in pensione nel 1938? Questo articolo cerca di esplorare la questione ed evidenziare dove le resine fenoliche potrebbero avere un’applicazione in futuro.

Il tuttofare...

Ci sono vantaggi significativi nell'essere “il nuovo arrivato"! Tenendo presente che già molti anni prima esistevano resine di origine naturale (ad esempio Shellac), il prodotto poteva già contare sull’esistenza di mercati consolidati. Tuttavia, nemmeno Baekeland avrebbe potuto prevedere la vastità di applicazioni per cui la sua invenzione, la “bachelite”, sarebbe stata utilizzata, in particolare l’impiego sotto forma di polvere da stampaggio.

Sostenere che avesse “un migliaio di usi" possibili non era probabilmente un’esagerazione, in quanto l'introduzione della “bachelite” coincideva con la promettente crescita della domanda di beni elettrici e di articoli più tradizionali come gli utensili da cucina.

Oggi, sembra piuttosto ironico che il grande successo della “bachelite” abbia fatto sì che la si associasse a un'era passata, al punto che più di recente è diventata un'icona del movimento “retrò”. Tuttavia, lungi dall'essere una cosa del passato, le resine fenoliche stavano appena iniziando ad ottenere un riconoscimento per il loro vero potenziale.

...un maestro per molti!

Quando i materiali competitivi cominciarono ad emergere, inizialmente sotto forma di altre resine termoindurenti sintetiche (ad esempio epossidiche), ma in seguito con materiali termoplastici a base di olio più economici, divenne chiaro che le resine fenoliche si sarebbero dovute concentrare sulle applicazioni che sfruttassero al meglio le loro proprietà. Queste proprietà sono state identificate come la loro resistenza alle alte temperature e le loro qualità adesive. Quindi, il seguente elenco di applicazioni è diventato sinonimo dell’odierno mercato delle resine fenoliche:

Edilizia

  • Adesivi di compensato
  • Leganti per isolamento in lana minerale
  • Schiume isolanti
  • Laminati decorativi
  • Componenti per adesivi contemporanei
  • Abrasivi

Trasporto

  • Usi sottocofano (mescole per stampaggio)
  • Materiali di attrito per freni e frizioni
  • Compositi fibrorinforzati
  • Resine refrattarie e per fonderia
  • Resine rinforzanti per gomma

Elettrodomestici e altri articoli

  • Stoviglie (mescole per stampaggio)
  • Can coating
  • Formulazioni di inchiostro
  • Laminati elettrici

Sulla base di queste attività principali l'uso delle resine fenoliche è cresciuto in modo consistente nei decenni successivi alla vendita delle attività di Baekeland alla Union Carbide. La domanda è variata in base all’area geografica, probabilmente l'esempio migliore è la predominanza dell’uso di adesivi per compensato in Nord America, dove le tecniche di costruzione a graticcio rimangono prevalenti e dipendono fortemente da leganti stabili e resistenti all'acqua.

 

Secondo una serie di fonti di ricerche di mercato, il mercato globale delle resine fenoliche aveva raggiunto quasi 5 milioni di tonnellate nel 2015, con un valore superiore a 10 miliardi di dollari. I modelli di utilizzo sono stati stimati come segue:

Fonte: Grand View Markets

Cosa ancor più importante, la maggior parte delle valutazioni di mercato hanno previsto un CAGR > 5% nel periodo fino a tutto il 2021, il che indica che i fondamentali del mercato principale per il settore rimangono forti.

Il commercio tra diverse aree geografiche di solito rappresenta meno del 10% della domanda totale, dato che riflette come di solito non si consideri economicamente conveniente trasportare le resine (in particolare le resine liquide) su lunghe distanze. Pertanto, nella maggior parte dei casi, in una determinata area geografica la produzione è strettamente legata alla domanda. Laddove è richiesta una tecnologia all'avanguardia mondiale (ad esempio nei materiali di attrito o nelle resine di rinforzo per gomma), è stato normale veder spuntare i contratti di licenza per consentire tale trasferimento. Tuttavia, negli ultimi anni, sono emersi una serie di produttori realmente globali, che sono quindi in grado di trasferire le tecnologie all’interno del proprio gruppo industriale.

A livello regionale, i dati propri dell’EPRA supportano le tendenze globali osservate dai ricercatori di mercato. L’Associazione copre oltre il 90% del mercato europeo non vincolato, con l'eccezione delle resine per fonderia. Sulla base della sua raccolta di statistiche dettagliate, i rapporti dell’EPRA definiscono un mercato di oltre 800.000 tonnellate/anno, con un'attività complessiva in aumento del 6,1% nel 2017. Una crescita particolarmente forte è stata segnalata nel settore dell’edilizia con leganti in lana minerale (in aumento del 7%), leganti per legno (8,2%) e resine di schiuma isolante (13,3%, anche se partendo da una base inferiore).

Proprietà antincendio come ulteriore fattore chiave

Facendo un passo indietro ad analizzare i fattori chiave più ampi per la diffusione delle resine fenoliche, nell'ultima parte del XX secolo cominciarono ad emergere alcuni dei limiti del percorso più economico dei polimeri termoplastici, in particolare per quanto riguarda il fuoco e il fumo. Una serie di incendi di alta portata in Europa e altrove ha attirato l'attenzione sulla necessità di materiali che dimostrassero tutti i vantaggi dei materiali polimerici, ma senza gli inconvenienti di quelli fino ad allora in uso.

È stato a causa di questa domanda di materiali ad alte prestazioni che l'industria fenolica ha lanciato una serie di prodotti basati sull'eccellente prestazione antincendio intrinseca della matrice fenolica (bassa propagazione della fiamma ed emissioni di fumo estremamente basse). Tra questi, le schiume fenoliche e i compositi fenolici rinforzati con fibre sono forse i più conosciuti.

La schiuma fenolica ha avuto particolare successo in alcune parti dell'Europa, dove le prestazioni antincendio dei materiali principali o degli elementi esposti sono state fondamentali. Questo si allinea con una crescita ancora più significativa dell'uso della schiuma fenolica in Giappone, dove la densità della popolazione e i metodi di costruzione rendono l'isolamento fenolico una scelta ovvia.

La rinascita di cui si parlava prima è dunque arrivata?

Dieci anni fa, in un articolo simile a questo, l'autore ipotizzava una possibile rinascita imminente nell’impiego della chimica fenolica. Certamente l'evidenza degli anni intermedi mostra che il posizionamento competitivo delle resine fenoliche è ampiamente migliorato, nonostante l'impatto del crollo finanziario del 2008-09 e la crescita della concorrenza in diversi settori (cfr. paragrafo successivo). Ci sembra quindi ragionevole concludere che siamo realmente di fronte a una rinascita.

Con la miriade di materiali competitivi ora sul mercato, di solito ci sono una o più opzioni competitive disponibili per la maggior parte delle applicazioni. Tuttavia, poiché il mercato globale delle resine fenoliche ha attraversato un processo di raffinazione così sostanziale a metà del 20esimo secolo, l'attuale portafoglio di applicazioni è rimasto straordinariamente robusto e subisce solo un'influenza significativa se l'applicazione stessa è minacciata. Parte della ragione di questo è stato il continuo sviluppo e perfezionamento della tecnologia.

Differenziazione tecnica in un mondo competitivo

Poiché la regolamentazione globale delle sostanze chimiche ha preso piede negli ultimi dieci anni, i membri dell’EPRA hanno investito molto nel cercare di garantire la conformità aumentando la loro comprensione in merito alle applicazioni degli utilizzatori a valle e degli scenari di esposizione ad essi correlati. Ciò è stato particolarmente importante in seguito alla riclassificazione della formaldeide e ha portato all'introduzione di resine a bassissimo contenuto di formaldeide, che sono state ben accolte in numerosi settori.

Cosa forse ancora più importante, la pressione per limitare le emissioni di formaldeide ha focalizzato l'attenzione sul fatto che il legame fenolo-formaldeide è molto stabile e non idrolizza. Ciò garantisce emissioni minime di formaldeide per tutto il ciclo di vita degli articoli reticolati, fattore sempre più importante nel settore delle costruzioni, in quanto gli standard di qualità dell'aria negli ambienti interni continuano ad aumentare.

In conclusione

Le resine fenoliche si sono dimostrate uniche e possono vantare oltre un secolo di utilizzo: nessun altro polimero può ancora affermarsi in questo modo! Baekeland sarebbe molto orgoglioso di questo fatto, ma dubito che si sarebbe riposato sugli allori. Sarebbe andato a cercare il prossimo uso rivoluzionario per la sua invenzione!

Inoltre, Baekeland sarebbe molto orgoglioso di assistere a questa sorta di rinascita del suo materiale, con le caratteristiche chiave della chimica che differenzia le resine fenoliche da altri materiali, in un modo che continua a fornire un valore unico alla società.

I membri dell’EPRA hanno la responsabilità di garantire che questa rinascita continui e stanno investendo in modo significativo per fornire le garanzie che una base di clienti sempre più esigente richiede. Ciò include le prove per descrivere correttamente il carattere inerte della matrice completamente reticolata che abbiamo conosciuto come bachelite per oltre 100 anni.

Paul Ashford – marzo 2018