Sustainable Smart Insulation. Sviluppo di pannelli isolanti per edilizia in carta da macero e pcm

Un estratto della Tesi di Laurea Magistrale in Design & Engineering, A.a. 2010/2011 di Marta Musitelli

Scuola del Design, Politecnico di Milano
Relatore: Prof.ssa Barbara Del Curto
Correlatore: Prof.ssa MariaPia Pedeferri

Sustainable Smart Insulation è il titolo della tesi di ricerca svolta da Marta Musitelli presso il Politecnico di Milano. Il progetto ha come obiettivo lo sviluppo di pannelli isolanti ecosostenibili ed innovativi, realizzabili tramite l’utilizzo di due componenti: la cellulosa, ottenuta dal riciclaggio della carta da macero, e i materiali a cambiamento di fase (Phase Change Materials o PCMs), sostanze capaci di accumulare e rilasciare calore in modo programmato.

Attraverso la miscelazione delle due sostanze durante la fase di lavorazione del macero, è stato possibile ottenere un materiale composito con caratteristiche del tutto nuove, nelle quali si uniscono le proprietà termiche dei due componenti. In campo edilizio, i PCM sono impiegati e studiati da diversi anni per migliorare le capacità di isolamento termico delle pareti. Le fibre di cellulosa vengono invece utilizzate come materiale coibente ecologico. Lo scopo della ricerca è quello di ottenere un pannello isolante di matrice cellulosica arricchito dalle proprietà termiche dei PCM e di effettuare degli studi e delle prove per verificarne l’idoneità nel contesto d’uso. Sono state proposte e sperimentate diverse idee per ottimizzare le proprietà del materiale, quali: leggerezza, resistenza meccanica, resistenza al fuoco, resistenza all’assorbimento di acqua e sostenibilità ambientale.

La presenza di zone d’aria all’interno della struttura di un materiale riduce la densità e al tempo stesso migliora le proprietà isolanti. Allo scopo di ottenere un pannello più performante e leggero sono state sperimentate diverse tecniche di inclusione dell’aria all’interno del nuovo materiale in carta da macero e PCM, quali ad esempio:

1. Processo di liofilizzazione
2. Processo di lievitazione
3. Distribuzione di fiocchi
4. Modellazione della forma

Un efficace metodo per ottenere vuoti d’aria all’interno di una struttura è la liofilizzazione. Portando a basse temperature una sostanza contenente acqua si ottengono dei cristalli di ghiaccio ed il volume di acqua aumenta. Mantenendo le basse temperature si procede all’abbattimento della pressione fino ad un valore tale da permettere la sublimazione del ghiaccio in vapore tramite un leggero aumento di temperatura. In questo modo si evita la formazione della fase liquida di acqua che impregnerebbe le fibre e causerebbe il collasso della struttura. A seconda della concentrazione di acqua immessa nella polpa si ottengono risultati differenti. L’aumento di volume e la perdita di peso sono evidenti in entrambi i casi: con una concentrazione di acqua pari a 10 volte il peso del cartone si ottiene una consistenza leggera ma a granuli; con una concentrazione di acqua di circa il doppio della precedente si ottiene una consistenza leggera e più omogenea.

Un secondo metodo sperimentato consiste nell’utilizzo di agenti lievitanti, come ad esempio il Bicarbonato di Sodio, in grado di decomporsi ad alte temperature e di creare particelle di anidride carbonica all’interno della polpa bagnata, che durante la fase di asciugatura in stufa aumentano di volume grazie all’ebollizione dell’acqua. L’aggiunta di Bicarbonato di Sodio in diverse quantità conferisce risultati differenti: il pannello realizzato con 30% di Bicarbonato mostra un notevole aumento di spessore rispetto al pannello senza additivi; il pannello con 50% di Bicarbonato mostra un aumento di spessore ulteriore rispetto al precedente arrivando ad essere circa il doppio del pannello senza additivi.

Un terzo metodo sperimentato è quello di ottenere una struttura leggera tramite la stratificazione dei fiocchi di cellulosa che si ottengono dalla sfibratura del cartone. Questo metodo permette di ottenere leggerezza grazie all’aria che rimane intrappolata fra le fibre disordinate, ma non risultano adatti all’utilizzo in campo edilizio poiché non sono lavorabili e resistenti meccanicamente.

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