Requisiti energetico ambientali delle membrane

1. CLASSE DI ESIGENZA: BENESSERE/IGIENE
1.A CLASSE DI REQUISITO: COMFORT TEMOIGROMETRICO
1.B CLASSE DI REQUISITO: COMFORT VISIVO
1.C CLASSE DI REQUISITO: COMFORT ACUSTICO
1.d CLASSE DI REQUISITO: QUALITà DELL’ARIA
2. CLASSE DI ESIGENZA: AMBIENTE
2.A CLASSE DI REQUISITO: RISPARMIO ENERGETICO
2.B CLASSE DI REQUISITO: RISPARMIO DI RISORSE
1.D CLASSE DI REQUISITO: QUALITÁ DELL'ARIA

L’inquinamento dell’aria negli ambienti interni è un fenomeno al quale continuano a essere dedicati approfonditi studi perché gli effetti sulla salute e sul benessere delle persone che vivono in spazi chiusi inquinati possono essere anche molto gravi.
Alcuni fra i testi più importanti sono elencati di seguito:

Baglioni A., Piardi S.,
(1991), Costruzioni e salute. Criteri, norme e tecniche contro l’inquinamento interno, Franco Angeli, Milano
Clayton G.D. et al.,
(1996), Patty’s Industrial Hygiene and Toxicology, John Wiley, New York
Cochet C., Kirchner S.,
(1999), Indoor pollution, a growing issue for Indoor Air Quality management, WHO Newsletter, n. 24, Geneva
Curwell S., March C., Venables R.,
(1990), Building and Health. The Rosehaugh Guide, RIBA Publication, London
Spengler J.D. et al.,
(2001), Indoor Air Quality Handbook, McGraw Hill, New York
WHO,
(2000), Guidelines for Air Quality 2000, World Health Organization, Geneva
WHO,
(2000), Strategic approaches to Indoor Air policy-making, World Health Organization, Geneva
WHO,
(2000), The right to healthy Indoor Air, World Health Organization, Geneva

Negli ambienti confinati si possono riscontrare diversi tipi di inquinanti: i fisici, i chimici e i biologici. Quelli di origine chimica sono maggiormente responsabili di peggiorare la qualità dell’aria interna e, in particolare, sono i composti organici volatili (VOC) i più pericolosi. Questi agenti inquinanti possono essere introdotti dall’esterno, possono provenire da attività umane, come il fumare, ma la quantità maggiore viene emessa da prodotti e da materiali da costruzione e di finitura, da elementi di arredo. In ambienti in cui sono limitati i ricambi d’aria, i VOC possono raggiungere concentrazioni molto elevate.
Le emissioni di VOC sono causate dalla diffusione delle sostanze volatili dal nucleo centrale alla superficie dei materiali e, quindi, dall’evaporazione delle stesse nell’aria ambiente. Possono essere costituite da sostanze volatili già contenute nel materiale al momento della posa o da composti di degradazione che si formano nel tempo e che vengono poi rilasciati.
La migrazione dei composti volatili viene influenzata, oltre che dalle caratteristiche proprie della sostanza, anche dalla struttura del materiale che le contiene; è importante sottolineare che le sostanze possono spostarsi e raggiungere la superficie anche attraverso materiali diversi. Un prodotto, come un adesivo, può emettere VOC che raggiungono l’aria migrando attraverso il materiale di copertura o, per certe tipologie di posa in opera, attraverso i bordi di giunzione e le fughe. All’insieme dei VOC contenuti nel materiale originale, che costituiscono l’emissione primaria, si aggiungono, come sorgente potenziale di emissione secondaria, i composti che si formano nel tempo per degradazione causata, per esempio, dall’umidità, dall’elevata temperatura, dall’ossigeno, dall’ozono.
Un’altra fonte secondaria è rappresentata dai composti volatili prodotti dal metabolismo della flora microbiologica che si può sviluppare in alcuni materiali.
Le emissioni di VOC primarie mostrano un profilo che varia nel tempo, presentando concentrazioni iniziali più elevate, quando il prodotto è ancora nuovo, e concentrazioni decrescenti mano a mano che il prodotto invecchia. Le emissioni di tipo secondario possono invece avere profili diversi che dipendono dalla modalità in cui si formano i nuovi VOC che le causano; le dinamiche di emissione sono strettamente correlate alle caratteristiche del materiale e delle sostanze emesse.
A parità di quantità totale contenuta nel materiale, una sostanza più volatile verrà emessa più rapidamente rispetto a una meno volatile, esaurendosi prima: è tipico, infatti, osservare che le sostanze più volatili sono caratterizzate da elevate emissioni nelle fasi iniziali di vita utile, seguite da una rapida diminuzione, mentre le sostanze poco volatili tendono ad avere emissioni più contenute inizialmente, ma che persistono più a lungo nel tempo, incidendo più profondamente sulla salute di chi vive in questi spazi contaminati.
Tali argomenti sono approfonditi in numerosi testi scientifici, fra cui:

Andersson, K., Bakke, J.V., Bjørseth, O., et al.,
(1997), TVOC and Health in Non-Industrial Indoor Environments, in Indoor Air, 7, 78-91, Munksgaard, Copenhagen
Curwell S. et al.,
(2002), Hazardous building materials: a guide to the selection of environmentally responsible alternatives, Spon, London, New York
Cutter Information Corp.,
(1992), The IAQ Product & Service Guide, IAQ Update, Arlington
ECA (European Collaborative Action),
(1993), Determination of VOCs emitted from indoor materials and products, Report n.13, Commission of the European Community, Luxembourg
ECA (European Collaborative Action),
(1994), Sampling Strategies for Volatile Organic Compounds (VOCs) in Indoor Air, Report n.14, Commission of the European Community, Luxembourg
ECA (European Collaborative Action),
(1997), European Collaborative Action, Evaluation of VOC Emissions from Building Products, Report n.18, Commission of the European Community, Luxembourg
Knoppel H., Wolkoff P.,
(2007), Chemical, Microbiological, Health and Comfort Aspects of Indoor Air Quality - State of the Art in SBS, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht (NL)
Jensen, B., Wolkoff, P.,
(1996), VOCBASE - Odor and Mucous Membrane Irritation Thresholds and Other Physico-Chemical Properties, PC programme, Version 2.1, National Institute of Occupational Health, Copenhagen
Lundgren, B., Crump, D.R., Knöppel, H., et al.,
(1994), Sampling strategies for volatile organic compounds (VOCs) in indoor air, Commission of The European Communities, Joint Research Centre, Institute for the Environment, Brussels-Luxembourg
Nielsen, P.A., Wolkoff, P.,
(1997), How to evaluate VOC emissions from building products? A perspective, in Healthy Buildings '97 Proceedings, vol. 3, pp. 491-496
Pohanish R.P., Greene S.,
(1996), Hazardous materials handbook, Van Nostrand Reinhold, New York
Wolkoff P.,
(1995), Volatile organics compounds : sources, measurements, emissions, and the impact on indoor air quality, Munksgaard, Copenhagen

Nel caso dei prodotti polimerici, categoria a cui possiamo associare le membrane tessili, considerato che sono costituite in genere da un tessuto protetto da una resina polimerica, le fonti potenziali di emissione di inquinanti chimici, soprattutto composti organici, possono essere i monomeri, i plastificanti, gli stabilizzanti, gli antimicotici e gli antibatterici, i solventi, le impurezze, i prodotti di reazione. Alcune precisazioni, prima di analizzare più puntualmente le varie fonti, sono doverose. Non tutte le materie plastiche presentano lo stesso grado di pericolosità e ciò dipende senza dubbio dalla diversità delle materie prime che si trovano nei vari prodotti finiti, ma in parte è dovuto anche al fatto che gli studi su alcuni tipi di plastiche, soprattutto le più innovative, non sono ancora così approfonditi da poter restituire un quadro tossicologico completo dei potenziali rischi associati al rilascio di sostanze inquinanti.
Inoltre, per la valutazione dei possibili rilasci dalle membrane tecniche sarebbe opportuno considerare il lavoro sinergico di tutti i materiali che compongono la membrana finita, ma i dati a disposizione sono molto carenti.
Sottolineati questi aspetti, è possibile procedere con l’approfondimento delle singole fonti, avvalendosi dei testi:

Curwell S. et al.,
(2002), Hazardous building materials : a guide to the selection of environmentally responsible alternatives, Spon, London-New York
Saechtling H.,
(2006), Manuale delle materie plastiche, 9° Edizione, Tecniche Nuove, Milano
Zweifel H.,
(2001), Plastics additives handbook, 5° Edizione, Hanser, Monaco

- Monomeri
I monomeri sono elementi a basso peso molecolare e reattivi che, in seguito a polimerizzazione, poliaddizione o policondensazione, danno origine alle materie plastiche, formate da polimeri. Nella maggior parte dei casi, si tratta di prodotti chimici dalle proprietà particolarmente pericolose che, tuttavia, sono totalmente regolati dalle misure previste nelle legislazione comunitaria riguardante i prodotti chimici.
Nel PVC rappresentano raramente un problema in quanto il cloruro di vinile, monomero residuo, molto volatile, viene eliminato con grande efficienza durante la post lavorazione del polimero grezzo; in altri casi, invece, una volatilità più bassa, potrebbe impedire la totale eliminazione durante le ultime fasi di produzione del polimero. E’ bene sottolineare, però, che la struttura dei polimeri solitamente provoca un forte indebolimento dei possibili effetti pericolosi dei componenti monometrici di base, fino alla loro quasi scomparsa.
- Plastificanti
I plastificanti sono un componente essenziale per modulare le caratteristiche meccaniche del prodotto finale. Si tratta di sostanze aggiunte a un polimero per diminuirne la rigidità in modo da consentirne la lavorazione a temperatura ambiente o a temperature sufficientemente basse tali da non rischiare la degradazione termica del polimero durante la lavorazione. Una sostanza plastificante deve essere completamente miscibile con il polimero, così che si incorpori stabilmente e in modo omogeneo nella sua massa e non tenda con il tempo a migrare verso la superficie della materia plastica. Inoltre, deve avere un bassissima volatilità, deve essere chimicamente inerte nei confronti del polimero, chimicamente stabile per resistere all’azione del calore e della luce, non deve subire facilmente reazioni di idrolisi od ossidazione da parte dell’umidità o dell’ossigeno ambientali, non deve essere infiammabile.
Nel caso del PVC sono tipicamente costituiti da ftalati a medio peso molecolare, ma anche da fosfati, prodotti clorati o altri esteri.
Se in condizioni d’uso normali delle membrane, le sostanze plastificanti non creano problemi di natura tossicologica, i problemi si scatenano, per esempio, in caso di combustione.
- Stabilizzanti
Per garantire la stabilità dei prodotti, nelle formulazioni vengono inseriti diversi tipi di stabilizzanti. Alcuni di essi , come il butilidrossitoluene (o idrossitoluene butilato, noto anche con la sigla BHT) che appartiene alla famiglia dei fenoli, possono essere sufficientemente volatili da causare emissioni apprezzabili nell’ambiente.
- Solventi
Alcuni tipi di solventi industriali possono essere aggiunti in certe fasi di lavorazione, per esempio per aggiungere un additivo in forma liquida. Poiché i solventi sono tipicamente caratterizzati da una elevata volatilità, la presenza anche di piccole quantità può essere causa di emissioni evidenti nell’aria.
- Impurezze
Le impurezze nei materiali di partenza possono a volte generare problemi nelle emissioni di VOC. Per esempio, una piccola impurezza di alcol negli ftalati, usati come plastificanti, può causare un’evidente emissione dell’alcol stesso pur non risultando essere un componente deliberatamente aggiunto alla formulazione.
- Prodotti di reazione
L’inevitabile degradazione nel tempo di alcuni costituenti di un prodotto può essere causa di formazione di nuovi composti volatili che vengono liberati nell’aria. Per esempio l’umidità,  può provocare una reazione di idrolisi degli ftalati usati come plastificanti, causando la liberazione nell’aria dell’alcol risultante.

Sebbene alle fonti analizzate potrebbero essere associati degli evidenti rischi per la salute umana, tuttavia si sottolinea che il prodotto finito in opera difficilmente può essere pericoloso, se non intervengono cause esterne, come per esempio un incendio.
Il calore, l’azione della luce e l’energia meccanica generano processi di decomposizione che limitano la vita delle materie plastiche e, di conseguenza, delle membrane tessili. Questi processi di decomposizione non hanno però un ruolo particolare per quanto riguarda l’aspetto tossicologico. Al contrario, i gas di combustione generati dalla totale o parziale combustione di materie plastiche sono decisamente importanti dal punto di vista tossicologico. Il PVC, per esempio, contenendo cloro, libera acido cloridrico, un gas altamente tossico; sussiste inoltre il rischio della formazione di diossine, sebbene i risultati dei molti studi effettuati confermano che le quantità emesse durante un incendio accidentale sono complessivamente così piccole che non producono un aumento rilevabile (siamo a livelli inferiori allo 0,1%) del livello generale di diossine presenti nell’ambiente, provenienti dalle più disparate fonti industriali e civili.