Resine fenoliche: tipologie, impieghi, mercato

Le resine fenoliche o fenoplasti sono una famiglia di polimeri ottenuti per reazione tra fenolo e formaldeide: sono materiali termoindurenti, cioè non possono essere ulteriormente fusi dopo lo stampaggio, in quanto posseggono una struttura reticolare. Sono le più antiche e fra le più usate fra le resine termoindurenti. I primi prodotti resinosi derivanti dalla reazione tra fenolo e formaldeide furono ottenuti da A. Bayer nel 1872, ma la prima resina fenolo – formaldeide utilizzabile industrialmente per una vasta gamma di applicazioni fu ottenuta da Leo Baekeland nel 1906; nel 1907 R.W. Seaburg miscelò tale resina con della farina fossile, ed ottenne quella che fu successivamente commercializzata sotto il nome di bachelite, prodotta dalla società Bakelite Corporation, la prima materia plastica sintetica comparsa al mondo.

Novolacche e resoli

In funzione del rapporto tra fenolo e formaldeide le resine fenoliche si dividono in novolacche e resoli.

• Novolacche – Sono ottenute con un rapporto aldeide / fenolo inferiore a 1 ed una catalisi acida; si tratta di polimeri termoplastici, che cioè possono essere fusi e rimodellati per riscaldamento, in quanto costituiti da lunghe molecole lineari. Avendo conservato sugli anelli aromatici degli idrogeni reattivi, le novolacche possono essere ulteriormente fatte reagire e convertite in polimeri reticolari simili ai resoli.
• Resoli – Sono ottenuti con un rapporto aldeide / fenolo superiore a 1 ed una catalisi basica; si tratta di polimeri termoindurenti dalla struttura reticolare, assimilabile a quella di una novolacca in cui residui di aldeide fanno da ponte tra catene diverse. La reticolazione viene ottenuta solo con opportuno riscaldamento.

Tipologie di resine fenoliche

Ai fini delle proprietà le resine fenoliche vanno poi suddivise in tre tipi fondamentali di fenoplasti disponibili in commercio:

• resine fenoliche non caricate fornite allo stato solido o in soluzione. Sono caratterizzate da buona resistenza termica, meccanica e chimica. Esistono poi anche i tipi espansi che offrono stabilità al calore e alla combustione. Un limite all’utilizzo degli espansi fenolici rispetto ad altri materiali a struttura cellulare è costituito dalla loro fragilità e dal fatto che assorbono acqua;
• resine fenoliche caricate, dette anche masse da stampaggio: sono costituite da una mescolanza di fenoplasti in polvere con riempitivi minerali o organici, che conferiscono un ulteriore miglioramento delle caratteristiche di resistenza meccanica e termica. Una limitazione all’uso di queste resine è rappresentata dalle ridotte possibilità di colorazione rispetto ad altri materiali plastici, quali ad esempio le resine ureiche o melaminiche: le resine fenoliche infatti si presentano sempre di colore scuro;
• resine fenoliche modificate chimicamente allo scopo di renderle più elastiche, più plastiche e di più rapido indurimento. Tali resine sono solubili negli oli, e danno luogo alla formazione di pellicole elastiche e reticolabili all’aria e a forno, ciò che le rende apprezzabili per utilizzo nell’industria delle vernici.

Tecnologie di lavorazione delle resine fenoliche

Le resine fenoliche come masse da stampaggio si prestano ad essere lavorate con diverse tecnologie: compressione, transfer, estrusione, stampaggio a iniezione: i metodi di trasformazione più tipicamente usati sono la compressione e il transfer.

Le resine, sotto forma di polvere, sono poste in uno stampo, dove vengono sottoposte all’azione combinata di pressione e calore; il materiale dapprima raggiunge un adeguato livello di viscosità rammollendosi, e successivamente indurisce con il procedere della reazione di policondensazione.

Nei processi di compressione e transfer le temperature variano in un range compreso fra 140°C e 290°C, o anche superiori nel caso si vogliano ottenere pezzi particolari (es. a parete sottile).

Quando invece le resine fenoliche vengono trasformate con la tecnologia dello stampaggio a iniezione le temperature del cilindro variano in un range di 70°C – 110°C; quando vengono lavorate per estrusione le temperature sono comprese tra 120°C e 160°C.

Gli impieghi delle resine fenoliche

Numerose sono le possibili applicazioni delle resine fenoliche:

• colle per il legno: rappresenta l’impiego più consistente. Gli adesivi fenolici per legno sono caratterizzati da un colore scuro, ed hanno caratteristiche elastiche di tipo duttile. Queste colle vengono normalmente indurite a caldo, ma è possibile ottenerle anche mediante reticolazione a freddo. Il compensato fenolico deve il suo nome alla tipologia di colla utilizzata per incollare fra loro vari strati. Il Nord America è il principale consumatore di colle per il legno, grazie ai numerosi progetti di costruzione residenziale negli Stati Uniti e in Canada;
• industria automobilistica: le resine sono utilizzate per la produzione di calotte dello spinterogeno, particolari sottocofano, parti dell’impianto elettrico, manopole, pastiglie dei freni, freni a disco, rivestimento di tamburi, frizioni, filtri olio, cinture di sicurezza. Il vantaggio offerto dalle resine fenoliche nell’industria automobilistica è rappresentato dalla loro superiore resistenza al calore, dall’elevata resistenza a frizione, e dalle prestazioni adesive. Una applicazione in forte crescita nel settore automobilistico è nella produzione di pneumatici, dove le resine fenoliche sono apprezzate come materiale d’attrito;
• industria elettrica: prese, scatole e interruttori per basse e medie tensioni, portastrumenti, portalampade, spine, bobine di avvolgimento, prese di corrente, cassette di derivazione, carcasse di telefoni, portabobine, ecc;
• industria delle vernici: le resine fenoliche, caricate e non caricate, trovano ampio impiego nella produzione di vernici, in quanto consentono di ottenere rivestimenti protettivi dotati di particolare durezza, resistenza chimica, resistenza all’abrasione, resistenza all’acqua, resistenza al calore e alla combustione;
• sistemi di isolamento: le resine fenoliche vengono utilizzate nella produzione di laminati e pannelli isolanti: si tratta di stratificati di legno o compensati, laminati di tessuto, di carta, pannelli a nido d’ape oppure a base di lana di roccia o fibra di vetro. Inoltre, le schiume fenoliche vengono utilizzate in edilizia come materiali coibenti, fonoassorbenti e termoisolanti;
• articoli casalinghi / piccoli elettrodomestici: produzione di manopole, manici di pentole, capsule per lavatrici, accessori per aspirapolvere, manici di ferri da stiro, manici di caffetteria resistenti al fuoco, manici per altri articoli da cucina, particolari di piccoli elettrodomestici;
• altri vari: montature per occhiali, caschi, coperchi, rulli, navette, valvole, filtri, pompe, recipienti di vario tipo, raccordi, maniglie. Nella produzione di contenitori per prodotti farmaceutici e parafarmaceutici le resine fenoliche e in genere le resine termoindurenti sono ormai state sostituite dalle termoplastiche. Le resine fenoliche possono anche essere utilizzate su supporto costituito da altro materiale solido, per essere poi granulate e modellate mediante stampaggio; i materiali di riempimento possono essere di vario tipo: farina di legno, farina di gusci di noci di cocco, cotone in fiocchi o cascami, fibre di nylon o di rayon, grafite, mica, farina fossile, gomma sintetica. Alla miscela così costituita si possono aggiungere degli additivi in funzione delle caratteristiche che si vogliono conferire al materiale: agenti indurenti, fluidificanti, agenti coloranti, ecc.

Il mercato delle resine fenoliche

Nel 2021 il consumo mondiale di resine epossidiche è stato di 9,2 milioni di tonnellate, con un tasso di crescita del 4% medio annuo nell’ultimo decennio.

Il mercato delle resine fenoliche crescerà nei prossimi anni ad un tasso medio annuo del 3,8%, per attestarsi a 10,68 milioni di tonnellate nel 2025.