PROVARE PER CREDERE. sporcometro MASSIMO TORSELLO

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1 PROVARE PER CREDERE Devo sostituire il solvente di lavaggio: la qualità della verniciatura sarà ancora la stessa? In molti si pongono questa domanda e per questo abbiamo eseguito alcune prove di laboratorio per conto di un abbonato MASSIMO TORSELLO 22 ANNO X N.37 GENNAIO/FEBBRAIO/MARZO 2004

2 PREMESSA L azienda produce barre di tubo quadrato in acciaio, destinate a diversi settori applicativi. Le operazioni finali del ciclo di lavorazione prevedono un lavaggio in solvente e la successiva verniciatura dei pezzi; il lavaggio viene effettuato attualmente con trielina, mentre la verniciatura viene eseguita con un prodotto in polvere. Lo sporco presente sulle barre prima del lavaggio è costituito sostanzialmente da olio minerale da taglio e da polverino metallico. Prima della verniciatura, le barre subiscono un ulteriore processo di pulizia manuale, atta ad eliminare il polverino residuo, che il lavaggio non è riuscito ad asportare. L abbonato è soddisfatto del proprio ciclo di lavorazione, ma da quando la trielina è stata classificata R45 ( può causare il cancro ) ha deciso di sostituire il solvente con un sistema meno pericoloso. Poiché, per motivi di spazio, non è possibile applicare un ciclo acquoso, la scelta è caduta sull n-propilbromuro (npb) ed il nostro abbonato, prima di partire definitivamente con il nuovo ciclo di lavaggio, ci ha chiesto di testare sia le prestazioni tecniche del lavaggio con il nuovo solvente, sia le prestazioni tecniche della successiva verniciatura, paragonandole con quelle attuali. Quello che segue è il resoconto delle prove eseguite. LE PROVE DI LAVAGGIO Le prove di lavaggio sono consistite nella determinazione dello sporco residuo presente su campioni rappresentativi delle barre di tubo prodotto dall abbonato e sono state eseguite presso un laboratorio di analisi convenzionato. La procedura operativa è stata da noi definita, prendendo spunto da quanto riportato su alcune norme tecniche europee; in particolare si è fatto riferimento alle seguenti norme: ISO/TC 131/SC 6 Pulizia dei componenti nei sistemi di potenza idraulici standard svedesi SS 2678 e SS 2687 Pulizia di superfici contaminate da particolato solido ISO/DIS Pulizia dei dispositivi ad iniezione La problematica più importante che si è dovuta affrontare è stata quella relativa alla modalità di estrazione dei contaminanti dalla superficie da analizzare; la presenza di olio minerale induceva all uso di un solvente o di un detergente in soluzione acquosa, come liquido di prova, ma in entrambi i casi abbiamo ritenuto che il loro utilizzo avrebbe introdotto degli errori nella misura attribuibili, in un caso, alla presenza di un residuo secco nel detergente utilizzato (che avrebbe dovuto essere preventivamente determinato e successivamente sottratto al risultato della misura) e, nell altro caso, alla non disponibilità di un adeguato dispositivo di distillazione del solvente. Si è quindi preferito procedere ad una determinazione quantitativa del solo polverino metallico ed alla determinazione qualitativa della presenza di olio sui campioni, perlomeno come test preliminare. L estrazione del polverino metallico è stata effettuata secondo la seguente procedura: asportazione del polverino dalla superficie del pezzo mediante ultrasuoni (1 ciclo di 15 in monofrequenza a 38 khz; 2 ciclo di 15 in multifrequenza) usando acqua distillata e acqua demineralizzata come liquido di prova (il campione, completamente immerso nel liquido di prova, viene posto in un bicchiere, a sua volta inserito nella vasca ad ultrasuoni) separazione del polverino asportato dal liquido di prova, mediante filtrazione (su filtro da 0,6 micron, diametro 40 mm, precedentemente essiccato in forno per 60 a 110 C, condizionato in gel di silice per 20 e pesato su bilancia digitale) in beuta a vuoto (dispositivo Venturi) quantificazione, su bilancia digitale, del polverino presente sul filtro, previa essiccazione in forno per 60 a 110 C e condizionamento METAL CLEANING & FINISHING 23

3 in gel di silice per 20. La determinazione qualitativa della presenza eventuale di un residuo di olio minerale sul campione, è stata effettuata mediante analisi del liquido di prova con spettrofotometro IR. La spettrofotometria IR è in grado di individuare la presenza di un gran numero di sostanze organiche, confrontando lo spettro di assorbimento del campione analizzato, con quelli presenti nelle librerie di dati in dotazione allo strumento. Si è utilizzato questo metodo in quanto l applicazione degli ultrasuoni al campione da analizzare è in grado di asportare dalla superficie non solo il contaminante solido metallico, ma anche (parzialmente) il contaminante organico, la cui presenza quindi può essere rilevata nel liquido di prova filtrato. Per le prove si sono utilizzati quattro campioni di tubo quadrato, tutti di dimensioni 95mm x 80mm x 40mm (superficie totale = 456 cm 2 ), così denominati: O = tubo sporco (estrazione con acqua distillata) A = tubo lavato con trielina (estrazione con acqua distillata) B = tubo lavato con npb marca 1 (estrazione con acqua demineralizzata) C = tubo lavato con npb marca 2 (estrazione con acqua demineralizzata). Come prima operazione, si è voluto effettuare la caratterizzazione di un campione di tubo sporco, così come esce dalle operazioni precedenti il lavaggio. Tale caratterizzazione serve a definire la base per il confronto quali-quantitativo con i dati ricavati dall analisi dei pezzi lavati. La caratterizzazione è consistita nella determinazione quantitativa del polverino metallico presente sul campione e nella determinazione qualitativa della presenza di olio minerale nel liquido di prova. Successivamente, la stessa procedura di caratterizzazione è stata effettuata sui tre campioni lavati (A, B, C). Il risultato di tutti questi test è riassunto nella tabella 1. I risultati dei test mostrano che il grado di lavaggio ottenuto con i due tipi di npb è equivalente a quello ottenuto con trielina: l asportazione dell olio da taglio è completa e non si riscontrano residui di tale sostanza sui campioni. Al contrario, né la trielina né l npb sono in grado di asportare efficacemente il polverino metallico dalla superficie dei tubi; del resto, la sola azione chimica non è sufficiente per svolgere questa operazione: è senza dubbio necessaria una energica azione meccanica che, attualmente l abbonato effettua manualmente, ma che potrebbe essere altrettanto efficacemente eseguita da un dispositivo ad ultrasuoni opportunamente dimensionato, come ha dimostrato la procedura utilizzata per l estrazione del polverino metallico dai campioni per il test. La differenza nelle quantità di polverino metallico riscontrata tra il campione O e gli altri campioni, deriva probabilmente dal fatto che i campioni sono stati prelevati da barre differenti. 24 ANNO X N.37 GENNAIO/FEBBRAIO/MARZO 2004

4 LE PROVE DI VERNICIATURA Vista l equivalenza nelle prestazioni tecniche tra i due tipi di npb usati per le prove di lavaggio, le prove di verniciatura sono state eseguite solo su un campione di tubo lavato con trielina (campione 1) e su uno lavato con npb marca 2 (campione 2). Le analisi sono state eseguite nei laboratori CERTO (Centro di Ricerca Toscano). Il prodotto verniciante, del tipo in polvere, viene applicato elettrostaticamente. La prova di determinazione dello spessore del prodotto verniciante applicato, mediante microscopio ottico a 50 ingrandimenti, secondo la metodologia UNI EN ISO 2808:2002 metodi 5A e 5B, ha fornito i seguenti risultati: 110 micron per il campione 1 e 120 micron per il campione 2. All analisi ottica, i due campioni non presentano difetti visibili. La prova di aderenza al supporto mediante quadrettatura, secondo la norma UNI EN ISO 2409, effettuata con un Cross Htch Cutter incidendo entrambi i campioni con quadretti da 1mm e con quadretti da 2mm, ha fornito il seguente risultato: entrambi i campioni sono stati classificati di livello 0 (il migliore nella scala di valutazione), corrispondente ad incisioni senza asportazione della vernice, indice di perfetta aderenza al supporto. La prova di durezza del prodotto verniciante, per verificarne la resistenza agli urti e alle graffiature, è stata eseguita utilizzando il metodo delle matite, secondo la norma UNI 10782; tale prova consiste nell effettuare solchi nel prodotto verniciante mediante incisione con matite (tenute inclinate a 45 ) di durezza crescente, a partire dal valore di 9B fino al valore di 9H. La durezza si esprime indicando sul rapporto di prova la durezza della matita che non ha lasciato alcun solco sul campione. La prova eseguita sui due campioni ha riportato, per entrambi, un valore di durezza pari a HB, che sta ad indicare una durezza media. La prova di flessibilità all urto, secondo la ISO 6272, è stata eseguita mediante caduta di una massa nota, da una altezza di 500 mm, sulla superficie verniciata e secca. Il test è stato effettuato con due masse di peso differente (1 kg e 2 kg): nella prova con peso da 1 kg, su entrambi i campioni, l urto della massa in caduta libera non ha provocato alcun difetto (oltre alla fitta della sfera di 3 mm) ed il film di vernice è risultato intero e perfettamente aderente; nella prova con peso da 2 kg, su entrambi i campioni, l urto della massa in caduta libera non ha provocato alcun difetto (oltre alla fitta della sfera di 4 mm) ed il film di vernice è risultato intero e perfettamente aderente. Da ultimo, è stata eseguita una prova di resistenza ai solventi, per verificare l idoneità del prodotto verniciante a contatti casuali più o meno prolungati con alcune sostanze. Per questo tipo di prova non sono attual- METAL CLEANING & FINISHING 25

5 mente in vigore delle norme tecniche specifiche: generalmente i laboratori specializzati hanno proprie procedure interne. Nel caso in questione, la prova è stata eseguita utilizzando una miscela lenta-forte di solventi (Cicloesanone, DFM, acetato di butile, PMA) a temperatura ambiente, nella quale sono stati parzialmente immersi i due campioni; i controlli, di tipo visivo, sono stati effettuati dopo 10, 30, 60 e 120 minuti ed è stato successivamente eseguito un controllo finale dopo 16 ore di immersione. In entrambi i casi non è stato riscontrato alcun deterioramento; si è solo verificato un leggero rammollimento del film di vernice, dopo le 16 ore di test, con ritorno alla normalità dopo poche ore dal termine della prova. CONCLUSIONI Riassumendo, il prodotto verniciante analizzato mostra di fornire prestazioni tecniche molto buone, sia applicato sulla superficie lavata con trielina, sia sulla superficie lavata con npb; ciò sta a dimostrare che l eventuale passaggio dal solvente, attualmente usato per il lavaggio, al suo sostituto prescelto, non peggiora (né migliora, peraltro) le prestazioni tecniche, né del lavaggio stesso, né della successiva verniciatura. La decisione definitiva sull uso dell npb dovrà pertanto essere effettuata sulla base delle caratteristiche ambientali e tossicologiche del nuovo solvente, nonché sul suo prezzo di acquisto (molto più elevato di quello della trielina). Inoltre, non va dimenticato che, come tutti i solventi, anche l npb deve essere utilizzato in impianti confinati, dotati di idonei dispositivi di captazione ed aspirazione dei vapori prodotti dalle operazioni di lavaggio e dotati di opportuni dispositivi per l abbattimento delle emissioni in atmosfera. Per ulteriori informazioni segnare 1 sull apposita cartolina in fondo alla rivista CAMPIONE POLVERINO METALLICO OLIO MINERALE QUANTITÀ QUANTITÀ TOTALE (MG) SPECIFICA (MG/CM 2 ) O 84,19 0,18 se ne rileva la presenza: figura 1 A 168,78 0,37 non se ne rileva la presenza: figura 2 B 206,22 0,45 non se ne rileva la presenza: figura 3 C 157,05 0,34 non se ne rileva la presenza: figura 4 tabella 1 - caratterizzazione dei campioni di tubo quadrato Figura 1 - spettri IR dell olio minerale (traccia più chiara) e del contaminante estratto dal campione O (traccia più scura) 26 ANNO X N.37 GENNAIO/FEBBRAIO/MARZO 2004

6 Figura 2 - spettri del contaminante estratto dal campione A: 1a estrazione (traccia più scura); 2a estrazione (traccia più chiara) Nota: gli spettri delle due estrazioni mostrano la presenza di un olio fluorurato presente in laboratorio che aveva precedentemente contaminato il becher nel quale è stato inserito il pezzo per la 1 a estrazione; nonostante il becher fosse stato lavato, risciacquato e asciugato, l olio fluorurato è rimasto in tracce nel contenitore ed è stato rilevato dallo strumento. Figura 3 - spettro del contaminante estratto dal campione B: 1a estrazione (traccia più in alto); 2a estrazione (traccia in mezzo) Nota: gli spettri delle due estrazioni mostrano la presenza di una sostanza sconosciuta, non presente nella libreria dello strumento; da analisi condotte sull acqua demi usata, è risultato che tale sostanza è una contaminazione dell acqua dovuta probabilmente a sostanze rilasciate dal contenitore o a sostanze derivanti dal trattamento di demineralizzazione. Inoltre, l acqua della prima estrazione mostra anche la presenza (traccia più in basso) dell olio fluorurato già rilevato in figura 2. Figura 4 - spettro del contaminante estratto dal campione C Nota: lo spettro mostra anche in questa occasione la contaminazione dell acqua demi presente anche nel test precedente METAL CLEANING & FINISHING 27