UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CATANIA FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA MECCANICA. Materiali Filmogeni

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CATANIA FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA MECCANICA Materiali Filmogeni Corso di Tecnologie di Chimica Applicata Docente: Prof. Giuseppe Siracusa Allievi: Sebastiano Quadarella Francesco Genovesi

2 Film e rivestimenti organici o sintetici Settori d impiego Introduzione Finalità anticorrosive Finalità protettive Finalità isolanti Finalità estetiche Casa ed edilizia Industria meccanica Industria del legno Industria automobilistica Protezione industriale Industria navale

3 Vernici e pitture Prodotto verniciante (PV): una miscela di prodotti chimici che, applicata in più mani mediante una sequenza ben definita di operazioni, forma una pellicola solida di spessore variabile da qualche μ a qualche centinaio di μ. Pitture: prodotti contenenti pigmenti che danno origine a film non trasparenti che mascherano il supporto

4 Vernici e pitture Cenni storici Note fin dall antichità; La prima fabbrica nasce in Inghilterra nel 1790 (in Italia nel 1860) All'inizio del 1900 sono comparsi i primi polimeri sintetici L Industria automobilistica beneficiò ampiamente della ricerca nel settore La prima legge sull inquinamento relativo ai PV è la «Rule«66» di Los Angeles del 1976

5 Vernici e pitture Importanza dei PV Senza le vernici quello che oggi è il patrimonio tecnologico e culturale dell umanità intera sarebbe solo un immane cumulo di ruggine e macerie

6 Generalità Composizione di un PV i leganti i pigmenti i solventi e i diluenti le cariche gli additivi legante + solvente + diluente + additivi = veicolo

7 Generalità Caratteristiche di un PV Peso specifico o massa volumica Residuo secco in peso e in volume Viscosità Grado di dispersione Punto di tinta Brillantezza Tempo di essiccazione

8 Generalità Caratteristiche di un PV Potere coprente Elasticità o flessibilità Resistenza all'urto Resistenza all'abrasione Durezza Impermeabilità Aderenza Resistenza all'invecchiamento Resistenza alla nebbia salina Resistenza catodica

9 Prodotto verniciante Rivestimento protettivo è costituito da più strati di più prodotti: Primer o fondo: : adesione alla superficie da proteggere. Finitura: : azione protettiva rispetto all ambiente esterno. Prodotti intermedi: : ancorare il fondo con la copertura

10 Il potere protettivo dipende fondamentalmente dalle finiture le quali vengono solitamente identificate con il legante principale del veicolo Le sostanze utilizzate sono in genere di natura polimerica in particolar modo resine: Resine termoplastiche Resine termoindurenti Leganti Le caratteristiche più importanti di un polimero per l impiego nel campo delle vernici comprendono: Temperatura di transizione vetrosa. Caratteristiche di solubilità e compatibilità. Presenza di gruppi polari e gruppi funzionali reattivi.

11 Leganti I leganti più comuni sono: oli siccativi resine naturali resine alchidiche siccative resine alchidiche non siccative resine acriliche resine in emulsione resine epossidiche resine isocianiche o poliuretaniche nitrocellulosa resine poliestere insature clorocaucciù silicati resine fenoliche resine viniliche resine siliconiche resine all acqua

12 Resine Oli siccativi (a base di oli costituiti da trigliceridi e di acidi grassi) acido oleico CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH (CH 2 ) 7 COOH acido linoleico CH 3 (CH 2 ) 4 CH=CH CH 2 CH=CH (CH 2 ) 7 COOH acido linolenico CH 3 CH 2 CH=CH CH 2 CH=CH CH 2 CH=CH (CH 2 ) 7 COOH acido ricinoleico CH 3 (CH 2 ) 5 CH CH 2 CH=CH (CH 2 ) 7 COOH OH

13 Resine L indurimento: essiccazione Processo d essiccazione Formazione di idroperossidi OOH Solidificazione con formazione di film (max 150 μm) Reticolazione tra le catene di acido grasso Problematiche Lentezza delle reazioni aggiunta di acceleranti essiccativi Bassa resistenza all umidit umidità ed infragilimento eccesso di reticolazione. Proprietà: i film ottenuti presentano ottima resistenza agli agenti atmosferici, ma non sono molto resistenti all umidità, non sopportano temperature superiori ai 90 C, e nel tempo tendono ad infragilirsi per eccessiva reticolazione

14 Resine Resine cellulosiche: a base di nitrocellulosa (resina termoplastica) elevata massa molecolare 5 20*105 fragilità plastificanti Proprietà: Settori d impiego: mobili in legno smalto per unghie durezza rapido essiccamento facilità di applicazione e di sverniciatura lucidabilità

15 Resine viniliche: a base copolimeri di cloruro ed acetato di vinile Caratteristiche: ottima flessibilità resistenza alle perturbazioni climatiche resistenza ai raggi UV resistenza all invecchiamento facilità di manutenzione scarsa resistenza alle temperature superiori ai 60 C costo elevato Settori d impiego: casa edilizia strutture immerse alimenti Resine

16 Resine Resine Alchidiche: : acidi bicarbossilici + alcoli polifunzionali modificati con acidi grassi Caratteristiche: basso costo versatilità alto grado di compatibilità rapida essiccazione flessibilità limite T eserc <110 C durezza invecchiamento resistenza all abrasione buona adesione con l acciaio Settori d impiego: strutture soggette ad elevate umidità strutture industriali

17 Polialcoli Resine Acidi bicarbossilici

18 Resine Resine alchidiche: Siccative (lungolio): impiegate nell artigianato e nel industriale iale ove è richiesta una buona flessibilità del film. Non Siccative (medio o cortolio): usate in campo automobilistico e industriale (alto livello estetico, un'elevata resistenza all'invecchiamento) Modificate (medio o cortolio): si ricorre all utilizzo di altri polimeri per ottenere particolari caratteristiche

19 Resine Produzione di resine alchidiche da PET di riciclo PET + Trimetilolpropano 230 C HO R O O C O C O R Miscela di prodotti a basso peso molecolare OH 0-2 dove: R = -CH 2 -CH - 2 Et e CH 2 C CH 2 CH 2 OH Miscela di prodotti a 230 C basso peso molecolare + Acido Isoftalico + Acido grasso Res.Alchid. + H 2 O

20 Resine Produzione di resine alchidiche da PET di riciclo: schema di impianto Schema impianto per la produzione di resine per vernici Xilolo 15 Colonna di distillazione Acido isoftalico 4 Acido adipico Acido grassi 3 7 B Separatore fiorentino 6 Serbatoi d'acqua 8 5 PET A Olio Diatermico 18 Glicoli 1 17 Reattore Fluido raffreddante Diluitore 12 A 14 Olio Diatermico Fluido raffreddante Glicole Resine Solventi di diluizione

21 Resine Resine Resine Acriliche: polimerizzazione di monomeri acrilici o metacrilici A base metacrilata (automobili ed elettrodomestici) costituiscono o ottimi rivestimenti caratterizzati da resistenza agli agenti chimici, alle a radiazioni UV e all acqua. A base acrilata il film presenta maggiore flessibilità e minore fragilità e durezza

22 Termoplastiche: Resine Elevati pesi molecolari (0,5 1*10 5 ) Caratteristiche: Durezza Brillantezza Affinità ai pigmenti colorati Resistenza del colore ai raggi UV Resistenza all invecchiamento Settori d impiego: automobilistico

23 Resine Termoindurenti: Peso molecolare compreso tra 5 10*10 3 Vengono classificate in funzione del tipo di reticolazione la quale avviene in forno Caratteristiche: Durezza Brillantezza Resistenza alle alte temperature Resistenza agli agenti chimici

24 Resine Epossidiche Resine sono composti termoindurenti e le vernici si ottengono facendo reagire r due componenti: il primo contenente la resina,i pigmenti ed il solvente; il secondo contenente l agente reticolante.

25 Resine Resine Epossidiche Caratteristiche: Resistenza agli agenti chimici Resistenza all abrasione Resistenza agli urti Resistenza all invecchiamento Adesione su superfici di diversa natura Resistenza alle temperature comprese tra -70 C e +100 C Costi elevati Pot life (resine reticolanti a temperatura ambiente) Settori d impiego: Rivestimento interno di serbatoi e cisterne industriali

26 Resine Resine Poliuretaniche Essiccazione all aria aria tra 5 5 e 30 C Costituenti: 1 ) ) Gruppi isocianici (-NCO)( 2 ) ) Gruppi Ossidrilati (-OH)( o polioli Caratteristiche: Durezza Resistenza all abrasione Adesione al metallo Tenacità Resistenza alle sostanze chimiche Resistenza all acqua salata Lucentezza superficiale Stabilità alla luce Resistenza alle temperature fino a 150 C Settori d impiego: Pelletteria Finiture mobili in legno Smalti per macchine utensili carrozzerie di veicoli industriali

27 Altri tipi di Resine Resine amminiche e fenoliche Resine idrocarburiche e cumaroniche Resine fluorurate

28 Bitumi e catrami Bitumi: miscele di idrocarburi ad elevato peso molecolare altobollenti e materiali minerali Caratterizzati da elevata viscosità Il bitume è in stretta relazione con il petrolio dal quale deriva a dopo l allontanamento per evaporazione dei composti più volatili. Catrame: Liquido oleoso molto viscoso che si ricava dalla distillazione secca s di legna, carbone ed altre sostanza organiche che ne caratterizzano ano la composizione e le proprietà chimico-fisiche. Per entrambe le sostanze sono scarse sia la durezza che la resistenza all abrasione, buone invece sono la flessibilità e l adesione all acciaio Bassi costi Impieghi: protezione di strutture interrate, settore navale, pavimentazione e stradale, edilizia ed industria cartaria.

29 Pitture ad acqua Utilizzano l acqua come veicolo per portare il pigmento in sospensione, in emulsione o in soluzione. Caratteristiche: Basso costo Essiccazione rapida (dipende dall umidità) Non Infiammabilità Atossicità Assenza di colore e di odore Facilità di applicazione su superfici porose umide (gesso, legno, laterizi) Pitture a Calce: - rivestimenti di qualità decorativa scadente e di breve durata - rivestimento delle superfici di asfalto o di catrame per riflettere tere sia la luce che il calore quando esposti alla luce solare diretta

30 Pitture ad acqua Pitture in emulsione: composti bifasici in fase liquida che formano il film e che provvedono a tenere in sospensione s il pigmento ed in soluzione gli additivi. La sostanza dispersa è un polimero del tipo:

31 Pitture Speciali Pitture resistenti al calore Pitture idrorepellenti Pitture fungicide Pitture luminescenti

32 Lacche e smalti Lacche: Smalti: si ottengono dalla miscelazione di un colorante organico con un supporto inorganico Caratterizzate da rapida essiccazione Impiegate per preparare colori a olio o ad acquarello, inchiostri i per la stampa litografica, per tintura e stampa dei tessuti, delle carte c da parati, etc. sono pitture in grado di dare un film caratterizzato da superficie ie liscia e priva di segni di pennello. Il film ottenuto è in genere molto duro e resistente Richiedono un trattamento termico Minore contenuto di pigmenti rispetto alle normali pitture

33 Tre Fasi: Tecnologie di preparazione delle Vernici 1) Miscelazione di Pigmenti, Cariche, legante, solvente. Recipienti cilindrici con agitatori a pale. Si ottiene un impasto molto viscoso. Durante questa fase avviene la bagnatura dei materiali solidi ed una omogeneizzazione grossolana componenti.

34 Tecnologie di preparazione delle Vernici 2) Dispersione della Vernice: affinare la bagnatura e l omogeneizzazione del prodotto Disgregare gli agglomerati di particelle solidi e stabilizzarne la separazione in modo che non si riaggreghino. Mulini tricilindrici / Mulini a Sabbia / Dispersori veloci. 3) Diluizione tramite solvente. Si conferisce all impasto la viscosità necessaria a seconda delle applicazioni

35 Preparazione delle Superfici Affinchè una superficie sia atta ad essere ricoperta con un rivestimento protettivo, deve essere priva di tutto quanto ne impedirebbe l adesione. Raschiatura e spazzolatura a mano. Spazzolatura meccanica. Picchettaggio meccanico. Discatura. Pulitura a fiamma. Pulizia chimica. Pulitura abrasiva. Pulizia con acqua ad alta pressione. Sabbiatura ad acqua. Procedimenti di pulizia con sabbiatura aperta.

36 Primer Anticorrosivi I fondi si differenziano in Attivi (basati su pigmenti reattivi) e Passivi (basati su pigmenti impermeabilizzanti). Tipi di pigmenti: Anticorrosivi:: impediscono la corrosione dei metalli per azione chimica o elettrochimica. Minio di Piombo (Pb 3 O 4 ) Zinco

37 Primer Anticorrosivi Cromato di zinco (potassio cromato di zinco) Pigmenti a scambio ionico Fosfato di Zinco

38 Primer Anticorrosivi Coloranti: : danno colorazione permanente. P. bianchi TiO2 rutilo e anatasio P. neri Carbon black, ossidi neri micacei Aniline nere, nero antichinone P. marrone Ossido di ferro, pigmenti azotati P. gialli Cromato di piombo, giallo cadmio,ossido giallo di ferro, benzimidazolone P. arancione Pirazolone e perinone P. rossi Molibdato di piombo, ossido di ferro rosso toluidone P. blu e verdi Ossido blu di ferro, blu di Prussia, rame ftalocianina

39 Primer Anticorrosivi di Barriera: : aumentano l l impermeabilità del film di pittura. Inerti: sostanze in genere prive di colore che conferiscono al rivestimento la corretta concentrazione di pigmenti e ne migliorano particolari caratteristiche.

40 Modalità di Applicazione delle Vernici Si distinguono in base alle modalità di indurimento delle vernici ed alla tipologia di manufatti (forma e materiali). Pennello o Rullo. Spalmatura. Verniciatura per immersione. Spruzzatura. Spruzzatura elettrostatica. Verniciatura elettroforetica. Trattamento in forno.

41 Tecnologie Emergenti Si cerca di far fronte alle problematiche ambientali con l eliminazione di solventi => Vernici ad alto solido. Vernici all acqua. I sistemi che hanno avuto maggiore sviluppo: Vernici in Polvere. Applicazione tramite sistema elettrostatico Applicazione tramite sistema a a letto fluido Vernici Reticolabili con Radiazioni.

42 Valutazione delle proprietà, normative Analisi del prodotto ottenuto per accertare la rispondenza delle proprietà di protezione teoriche e reali. Tipologie di difetti che si possono originare nel film protettivo: o: Difetti dovuti all errata formulazione Difetti dovuti al non idoneo uso Difetti dovuti all interazione con l ambiente Esistono diversi metodi caratterizzati da ripetitività, non distruttività e semplicità: metodi visuali Dm metodi ponderali (studio della velocità di corrosione kg V ) corr = 2 S Δt metodi analitici m h metodi fisici metodi elettrochimici

43 La qualità e l ambientel Qualità prestazionale Qualità ambientale Interazione nella fase di produzione. Interazione nella fase di applicazione.

44 Schede tecniche

45 Applicazioni