Rivestimento edifici resistente al fuoco grazie a particelle ceramiche

Come si fa a realizzare un materiale per il rivestimento degli edifici leggero e resistente al fuoco? Questa domanda ha assillato l'industria edile a livello globale subito dopo l'incendio della Grenfell Tower di Londra (avvenuto nel 2017) in cui sono morte 72 persone.

Un gruppo di ricercatori australiani è riuscito a rendere il rivestimento degli edifici leggero e resistente al fuoco grazie a minuscole particelle ceramiche. I ricercatori si sono ispirati al modo in cui vengono isolati i cavi elettrici.

Immagine 1 - Nella foto sono visibili le minuscole particelle ceramiche all'interno del nucleo del materiale (leggero e resistente al fuoco) per il rivestimento degli edifici. Credits: Sarah Fisher/U. Melbourne

Nuovi regolamenti più restrittivi per i materiali da costruzione richiedono rivestimenti migliori

Il materiale ampiamente utilizzato per il rivestimento della Grenfell Tower è stato dell'alluminio plastificato, tale materiale è stato indicato come il principale responsabile della rapida diffusione delle fiamme (il nucleo di polietilene si è fuso propagando l'incendio).

Da quel momento diversi regolamenti edilizi hanno reso più restrittivo l'uso di rivestimenti combustibili. Ad esempio due stati australiani, il New South Wales e il Victoria hanno recentemente introdotto una limitazione nell'impiego di polietilene da parte dei fabbricanti di rivestimenti edili, la quantità di questo materiale non dovrà essere superiore al 30%.

I nuovi regolamenti rendono praticamente impossibile il superamento delle prove di combustione per qualsiasi rivestimento plastificato, l'industria edile si è trovata a dover fare i conti con dei costi molto più elevati per il rivestimento degli edifici. Il rivestimento in genere ha un impatto sul costo totale di un edificio compreso tra il 10 e il 30%.

I costruttori cercano di risparmiare sui costi di un edificio utilizzando rivestimenti che pesano poco; il segreto è quello di utilizzare materiali organici compositi (a base di carbonio) come la plastica, ma i materiali organici sono per loro natura combustibili. I materiali non combustibili come l'acciaio, le mattonelle di ceramica o il calcestruzzo sono molto più pesanti: al costo di tali materiali si aggiunge il costo maggiore dovuto all'installazione.

L'industria edile non è stata ad aspettare che accadesse qualcosa, almeno non quella australiana. L'azienda Envirosip che produce pannelli isolanti per l'edilizia ha infatti contattato Kate Nguyen, ricercatrice presso l'lnnovative Fire Engineering Group dell'Università di Melbourne chiedendo di sviluppare un materiale da rivestimento leggero, dai costi contenuti e resistente al fuoco. La dott.ssa Nguyen ha accolto inizialmente la richiesta con scetticismo, pensando che un materiale del genere fosse impossibile da realizzare.

Quasi impossibile.

Un materiale (quasi) impossibile ispirato ai cavi elettrici

Nguyen aveva già compiuto degli studi mostrando che quando le particelle di argilla e resina ceramica vengono incorporate all'interno di un composito di plastica è possibile arrestare efficacemente la combustione di tale materiale. Purtroppo secondo la ricercatrice i costi elevati rendono tale tecnologia impraticabile.

Invece di proseguire su tale strada Nguyen è andata a caccia di idee nella letteratura scientifica, in questo modo ha scoperto che la risposta al problema poteva essere racchiusa nel modo in cui vengono isolati i cavi elettrici.

«Invece di usare la resina ceramica come avevo inizialmente pensato, ho riflettuto sul fatto che l'isolante in plastica che circonda i cavi elettrici è ricoperto di minuscole particelle di ceramica che effettivamente fanno la stessa cosa» scrive Nguyen. «A temperature elevate le particelle ceramiche si attivano e interagiscono tra loro chimicamente, tali particelle vanno a formare una rete resistente al calore che si diffonde attraverso il materiale».

I primi tentativi andati a vuoto

Naturalmente il rivestimento deve essere in grado di sopportare temperature molto più elevate rispetto a quelle che deve sopportare il materiale isolante dei fili elettrici di rame, 750 °C. Ma, grazie alla collaborazione con Envirosip e un'altra società chimica, Nguyen ha iniziato ad effettuare esperimenti con diverse particelle ceramiche.

Dopo diverse false partenze, Nguyen e i suoi partner sono riusciti a concepire un materiale che ha superato i test antincendio.

«Quando il materiale ha superato i test ero molto emozionata, ma sono subito andata nel panico perché sapevo che poteva trattarsi soltanto di un errore, i laboratori indipendenti sono tenuti a effettuare i test antincendio sui materiali almeno cinque volte prima di poter approvare un materiale.

«Ma anche dopo aver superato il quinto test ancora non riuscivo a crederci, così mi sono rivolta alla mia assistente di ricerca e le ho detto che sarebbe stato meglio fare un ulteriore test per sicurezza» scrive Nguyen.

Non era necessario che si scomodasse.

Prossimo obiettivo, la commercializzazione del materiale

Un impianto che conduce test antincendio sui materiali approvato dalla National Association of Testing Authorities (NATA, Australia) ha effettuato ulteriori test sul materiale sviluppato da Nguyen arrivando esattamente agli stessi risultati. Il materiale non solo ha raggiunto lo standard australiano sulla combustibilità 1530.1:1994 (R2016), ma ha ottenuto anche lo standard più esigente ISO1182:2010 che viene utilizzato a livello internazionale.

«Ero molto nervosa perché con altri campioni di materiale avevamo fallito diverse volte. Ma quando abbiamo superato il primo test sapevo che eravamo di fronte a qualcosa che avrebbe funzionato, ho provato una grande sensazione» scrive Nguyen.

Il materiale in sé è leggero ed è come una polvere pressata. Possiede un colore grigio pallido mentre le minuscole particelle ceramiche appaiono come macchie scure. A temperature elevate queste particelle si fondono con il resto del materiale rendendolo non combustibile, il materiale diventa così di colore grigio scuro .

Il gruppo di ricerca sta lavorando ulteriormente ad una forma spruzzabile del materiale per realizzare una membrana non combustibile. I ricercatori dell'Università di Melbourne e di Envirosip cercheranno ora di commercializzare il materiale.

«Quando stai facendo un lavoro di ricerca, sai già che non tutte le idee diventeranno qualcosa di successo. Tanto meno per passare da un'idea di successo alla commercializzazione, si tratta di un altro grande passo ma crediamo di aver sviluppato qualcosa di speciale che avrà un impatto significativo per l'industria».

Nguyen ha presentato il suo studio durante la Fire Safety and Cladding Conference 2018 di Sydney, Australia.