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LE VERNICI
CENNI STORICI
L’uomo, già da 2000000 anni fa, per motivi di carattere estetico e protettivo colorava gli oggetti che lo circondavano e se stesso. Attraverso alcune pitture del tempo si può notare che venivano usati 12 diversi pigmenti ottenuti macinando minerali mescolati tra loro. Per legarli veniva usata acqua di grotta che durante l’essiccazione inglobava i pigmenti, formando una pellicola rigida e resistente. In seguito sono stati rinvenuti altri coloranti, di origine vegetale, ma è del periodo di Alessandro il Grande che si hanno le maggiori testimonianze come corredi mortuari, sarcofagi e stanze. All’inizio el secolo XII Fu un monaco amanuense tedesco, Teofilo, a trovare una vernice che si otteneva dalla cottura di olio di lino con una resina e grazie a questa alcune opere di arte sacre esposte nelle chiese, sono resistite negli anni. Nel frattempo gli arabi scoprono la distillazione di solventi. Nel 1400 fu importata dalla Cina la lacca cinese, che dava ai manufatti un effetto lucido. La lacca cinese può essere considerata la madre di tutte le vernici attuali. Poi con l avvento della riv. industriale e della ricerca scientifica ci fu il vero avvento delle vernici.
I PRODOTTI VERNICIANTI
La verniciatura del legno, e degli oggetti in generale, scaturisce da due esigenze fondamentali: proteggere e decorare la superficie. A seconda che si trovino all’esterno o all’interno gli oggetti vanno difesi dalle radiazioni UV, dagli insetti, dalle muffe, dagli agenti atmosferici e dai detergenti che vengono usati per le pulizie in generale. I prodotti vernicianti hanno quindi lo scopo di aumentare il periodo di vita degli oggetti su cui vengono applicati e, nel frattempo, abbellirli.
Per prodotto verniciante si intende una miscela di prodotti chimici che, applicati su di un supporto, è in grado di formare una pellicola solida, dotata di resistenza meccanica e chimica, e di caratteristiche tali, per quanto riguarda il colore, l’aspetto ed il tatto, da mutare anche le caratteristiche estetiche del manufatto.
I prodotti vernicianti che non contengono pigmenti sono detti vernici. Invece i prodotti vernicianti che contengono pigmenti sono detti smalti, se brillanti, pitture se opachi.. Per comodità tutti i prodotti vernicianti vengono chiamati semplicemente vernici.
La composizione dei prodotti vernicianti
Tutti i prodotti vernicianti sono liquidi ottenuti dalla miscelazione di vari componenti, che sono:leganti, pigmenti, solventi e diluenti, e infine gli additivi.
∙ I leganti, chiamati anche resine o polimeri, sono gli agenti filmogeni che determinano le proprietà principali dei prodotti vernicianti. Infatti dal legante dipendono la brillantezza, la durezza della superficie, la resistenza allo sgraffio, la trasparenza e il potere coprente. Quindi la caratteristica essenziale del legante è la sua capacità di dare origine ad una pellicola continua, cioè il suo potere filmogeno. La filmazione può avvenire in due modi:
- filmazione fisica, che avviene quando il prodotto indurisce per semplice evaporazione dei solventi e diluenti, senza che il legante subisca modificazioni chimiche;
- filmazione chimica, che avviene quando l’indurimento del prodotto avviene mediante reazioni favorite dalla temperatura.
I leganti sono composti organici che vengono suddivisi in naturali, come gli oli essiccativi e le gomme, e in leganti di origine sintetica che sono quelle attualmente più usate.
∙I solventi sono sostanze liquide che hanno la proprietà di sciogliere le resine o i leganti senza alterarne la natura chimica, dando delle soluzioni normalmente trasparenti, omogenee e stabili nel tempo. I solventi sono dunque utilizzati per sciogliere la resina. Un’altra funzione dei solventi è quella di lavaggio degli attrezzi di lavoro.
∙I diluenti sono invece miscele di liquidi, solventi e non solventi per le resine contenute in un prodotto, che vengono aggiunti per ridurre la viscosità dei prodotti vernicianti e quindi facilitare l’applicazione, e per facilitare la formazione di un film omogeneo, ben disteso e privo di difetti attraverso una evaporazione controllata della frazione volatile contenuta nella vernice.
A seconda della loro velocità di evaporazione i diluenti possono essere suddivisi in tre categorie: diluenti leggeri, diluenti pesanti e diluenti medi.
∙ I pigmenti sono sostanze coloranti insolubili, presenti quindi come particelle solide disperse nei prodotti vernicianti, al fine di dare colore al manufatto. A seconda del loro potere coprente, della loro quantità e qualità, possono colorare completamente il supporto togliendo quindi qualsiasi trasparenza al film verniciante, in questo caso si parla di pitture o smalti. Alcune volte vengono aggiunti in piccole quantità, in grado di conferire solo piccole sfumature colorate, lasciando intravedere il legno sottostante, e in questo caso si parla di vernici trasparenti colorate.
I pigmenti in base alla loro origine possono essere suddivisi in naturali e sintetici. Attualmente quelli più usati sono di origine sintetica che a loro volta vengono divisi in:
- inorganici (ossidi e sali di metalli insolubili), caratterizzati dall’avere un’ottima resistenza alle intemperie, ottima stabilità alle alte temperature ed alla luce, ma per contro non possono dare tinte vivaci e non si possono ottenere tutte le colorazioni;
- organici (microsfere di materiale plastico, ftalocianine, azine) caratterizzati da una gamma di colori infinita, che permettono di ottenere tinte particolarmente pulite e brillanti. Hanno però un costo molto superiore a quelli inorganici.
Una sottoclasse dei pigmenti è rappresentata dalle cariche (talchi, solfati, carbonati e carburi di calcio, ossidi di alluminio e magnesio), insolubili nel legante come i pigmenti, ma con la differenza di non essere coloranti. Vengono utilizzate per modificare le caratteristiche di resistenza chimico-meccanica delle vernici. Sono in grado di aumentare il residuo solido quindi lo spessore asciutto del film applicato.
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Anello della ftalocianina, al cui interno possono essere coordinati vari metalli e al cui esterno possono essere legati vari gruppi elettron-accettori o elettron-donatori, con possibilità di ottenere un’ampia gamma di colori |
Colorante azinico: carbazol diossazina, violetto 23 o Color Index 51319 |
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∙ gli additivi, vengono aggiunti in piccole quantità , per migliorare le proprietà prestazionali ed applicative del prodotto. È da notare che bastano solo 1 o 2 g per modificare completamente 1000 kg di prodotto. Gli additivi attualmente più usati sono:
- additivi di opacità, che modificano il grado di opacità;
- additivi antibolla, che favoriscono la fuoriuscita delle bolle d’aria che si creano ne i film umidi di verniciatura;
- additivi anti-ingiallenti, che servono a evitare l’ingiallimento del film di verniciatura causato dall’esposizione alla luce;
Gli additivi vanno usati con molta cautela perché bastano piccole quantità per cambiare completamente le caratteristiche della vernice.
In base al tipo di legante, additivi e pigmenti, si definiscono diverse categorie di vernici che possono essere molto diverse tra di loro.
LE VERNICI AL SOLVENTE
1) I prodotti vernicianti ad olio e le pitture grasse
Sono usati prevalentemente per la protezione del legno all’esterno. Formulati a base di olio di lino, questi prodotti vernicianti sono dotati di un eccellente potere di bagnatura, che consente un’ottima penetrazione nelle scabrosità del legno. Attualmente sono poco usati.
Vantaggi: facile applicazione; buona penetrazione;buona bagnatura
Svantaggi: scarsa resistenza agli agenti chimici; finitura molto grezza;essiccazione molto lunga;frequente rinnovo della pellicola;
2) Le vernici alla nitrocellulosa (vernici nitro)
Si ottengono sciogliendo la nitrocellulosa in un’adatta miscela di soventi (usualmente alcoli, esteri e chetoni), che una volta evaporati lasciano un film duro ed asciutto. Caratteristica fondamentale di questi prodotti è la rapidità di essiccazione.
Vantaggi: monocomponente; lunga vita utile; rapida essiccazione; facilmente ritoccabile;
Svantaggi:scarsa resistenza meccanica e chimica; possibilità di ingiallimento; dannoso alla salute;
scarsa copertura; basso residuo secco
Nitrocellulosa mono-nitrato e parzialmente bi-nitrato, e schema della nitrazione.
3) Le vernici alchiliche o sintetiche
I prodotti a base di resine alchiliche, meglio conosciute come vernici sintetiche, sono illimitati dal punto di vista della variabilità delle loro caratteristiche, soprattutto se modificati, cioè in combinazione con resine di altra natura.
Vantaggi: estrema versatilità di impiego; buona durata dell’azione protettiva, facilità di applicazione; basso costo.
Svantaggi: essiccazione molto lenta; spessori limitati; pericoli di autocombustione
4) Le vernici poliesteri
Normalmente sono miscele di 3 componenti: un accelerante, un catalizzatore e la resina di base.
Vantaggi: eccellente corpo; ottima resistenza chimico-fisica; trasparenza eccellente; assenza di calo per lunghi periodi; ridotta emissione di solventi; ottima lucentezza.
Svantaggi: estrema cautela per la preparazione e per l’applicazione; limitata vita utile; suscettibilità ai cambiamenti termici.
5) Le vernici acriliche
Possono essere applicate direttamente sui metalli senza “primer”. Date le loro caratteristiche vengono anche largamente usate sottoforma di emulsione per la preparazione di vernici per pitture murali interne ed esterne.
Vantaggi: non ingiallisce;trasparenza eccellente; ideali per legni chiari; buona resistenza chimica e
fisica; buona resistenza all’esterno; buon aggrappaggio
Svantaggio:piuttosto costose
6) Le vernici poliuretaniche
Sono i prodotti maggiormente usati nella verniciatura dei manufatti in legno per interni. Si possono dividere in monocomponenti e bicomponenti.
I poliuretanici bicomponenti sono costituiti da una base e da un catalizzatore che vengono miscelati al momento d’uso.
Il catalizzatore reagisce con i gruppi OH delle resine. I catalizzatori possono essere sia alifatici che aromatici.
Vantaggi: buona resistenza chimico-fisica; buona trasparenza; buona copertura; buon aggrappaggio; buona durata; buona rapidità di essiccazione.
Svantaggi: attenzione nella miscelazione dei componenti; immagazzinamento limitato del catalizzatore; ridotta vita utile del prodotto miscelato.
7)Le vernici fotopolimerizzabili (ad essiccazione UV)
Sono vernici poliesteri o acriliche che contengono un fotoiniziatore. Il processo di essiccazione è indotto istantaneamente dall’energia presente nei raggi ultravioletti, che vengono inviati sulla superficie attraverso delle lampade, con o senza sviluppo di calore.
Vantaggi: asciugatura veloce; corpo perfetto; ottima resistenza chimico-fisica; emissione di solventi limitata o assente; buona vita utile; resa molto elevata; rapida essiccazione;
Svantaggi: scelta di colori molto limitata; necessità di particolari attrezzature per l’applicazione;
molto costose; applicazione solo su superfici piane.
In conclusione possiamo dire che il prodotto verniciante va scelto in base alla sua resistenza verso il tipo di sollecitazioni che il manufatto dovrà subire, per lo scopo per il quale è stato costruito e per l’ambiente in cui verrà collocato.
LE VERNICI AD ACQUA
Le vernici idrosolubili, impropriamente definite vernici ecologiche, sono prodotti di elevata tecnologia, nei quali la parte solvente è composta prevalentemente da acqua. Per questo sono in grado di ridurre notevolmente il problema legato alle emissioni di solvente nell’ambiente ad alla tossicità nei confronti dell’operatore.
La vernice ad acqua appena deposta sul pezzo si presenta come uno strato di acqua in cui sono disperse le goccioline di resina. Man mano che l’acqua evapora le goccioline si avvicinano fino a toccarsi. In seguito si deformano e si fondono le une nelle altre secondo un procedimento chimico-fisico, definito coalescenza, per formare un film continuo di vernice. All’ottenimento di una buona pellicola di verniciatura formata con questo sistema concorrono molti fattori che possono essere divisi in:fattori fisici, come la dimensione delle particelle e la qualità della dispersione, fattori di composizione come la struttura chimica del polimero e l’omogeneità delle miscele, e infine fattori ambientali come l’umidità dell’aria e la temperatura.
Rispetto ad una vernice al solvente una vernice ad acqua ha i seguenti vantaggi e svantaggi.
Vantaggi: assente emissione di solventi, resistenza ai raggi UV, poco nociva alla salute, buona vita utile e assenza di fenomeni di autocombustione.
Svantaggi: minor resistenza chimica, difficile impiego industriale, maggior costo.
PARAMETRI CHE INFLUENZANO LA QUALITA’ DELLA VERNICIATURA
Per realizzare un buon risultato nella verniciatura di un manufatto, devono esser controllati alcuni parametri fondamentali che riguardano il supporto e l’ambiente di lavoro come:
- umidità relativa del supporto, infatti se l’umidità supera il 15% si incorre in difetti come il distacco del film di verniciatura, formazione di bollicine e opacità;
- umidità relativa all’ambiente di lavoro;
- temperatura dell’ambiente di lavoro, infatti per ogni vernice esiste un parametro importantissimo che è il TMF, cioè la temperatura minima di filmazione, che indica la temperatura al di sotto della quale le singole molecole di vernice non riescono a legarsi con le altre;oltre alla temperatura minima c’è anche la temperatura massima al di sopra della quale si incorrerebbe in una essiccazione superficiale troppo veloce con il rischio di formazione di bollicine e screpolature;
- temperatura dei prodotti nella fase di applicazione;
- stato fisico dei prodotto vernicianti come il colore uniforme, viscosità corretta, grado di brillantezza, data di scadenza, ecc;
LA SCHEDA TECNICA E LA SCHEDA DI SICUREZZA
Quando si impiega una vernice è d’obbligo avere la scheda di sicurezza, che riporta le informazioni riguardanti gli aspetti tossicologici del prodotto ed è importante avere anche la scheda tecnica che riporta le caratteristiche prestazionali e di impiego del prodotto.
La scheda tecnica
Normalmente la prima parte riporta il nome, la composizione e il campo d’impiego della vernice in questione; seguono una serie di parametri come:
-il residuo secco, definito come la parte solida di una vernice che rimane dopo l’evaporazione della
parte volatile in essa contenuta. È un parametro molto importante perché è
direttamente correlato alla resa del prodotto, per le sue caratteristiche di impatto
ambientale (minore è il residuo e maggiore è l’emissione) ed alle caratteristiche
tecniche. Viene calcolato mediante una termobilancia che fa evaporare i solventi
e l’acqua e quindi la percentuale letta nel display dello strumento è la percentuale
di residuo secco.
-la viscosità, definita come la resistenza che un liquido oppone al suo scorrimento. È quasi indipendente dal suo residuo secco ma è una funzione rapidamente decrescente della temperatura. La viscosità di un prodotto verniciante viene calcolata con il tempo che questo impiega ad uscire da una coppa Din” o “Ford”. Si tratta di una tazza con forma tronco conica e base maggiore rivolta verso l’alto, mentre la base inferiore termina con un foro di diametro stabilito. La prova di viscosità viene eseguita portando il prodotto alla temperatura di 20°C, riempiendo la tazza fino all’orlo tenendo tappato il foro. Poi si lascia defluire il prodotto e si inizia a cronometrare fin quando il prodotto non esce più continuamente ma sgocciolando.La viscosità cala se la vernice viene allungata con del diluente.
-la diluizione, che è la quantità di diluente espressa percentualmente in volume che deve essere
aggiunta ad un determinato prodotto per portarlo alla giusta viscosità.
- il rapporto di catalisi, definisce in termini percentuali la quantità in volume del catalizzatore che
deve essere aggiunto per ottenere un ottimale indurimento della pellicola.
- il pot-life, indica in ore la vita utile di un prodotto catalizzato, al cui termine il prodotto non è più
utilizzabile.
- l’essiccazione, definisce in minuti il tempo necessario per l’indurimento del film di vernice alle
condizioni standard, che sono temperatura a 20°C e umidità al 50%.
- la brillantezza, cioè la capacità delle superfici di riflettere totalmente o parzialmente la luce che la
colpisce. L’occhio umano percepisce la riflessione della luce su di un corpo come
brillantezza: tanto più nitida e chiara è l’immagine riflessa, tanto maggiore è la
brillantezza. L’unità di misura è il gloss, che indica percentualmente la quantità di
luce che viene riflessa quando un raggio luminoso colpisce la superficie verniciata
con un angolo di 60°. In laboratorio tale dato viene rilevato mediante uno strumento
chiamato “glossmetro”. In base ai gloss si individuano sei classi (opaco intenso,
opaco, semi opaco, satinato, satinato lucido e brillante)
Talvolta i prodotti vernicianti vengono fatti analizzare da laboratori specializzati che comprovano le prestazioni ottenute in base a prove unificate. Gli attestati riportano un numero e una sigla iniziale che è diversa a seconda della nazione in cui è stata elaborata la norma. A sigle diverse corrispondono anche metodologie di prova diverse. Ci sono norme UNI in Italia, norme ISO che sono internazionali, norme CEN per i paesi europei.
La scheda di sicurezza
Dal 30 Giugno del 1993 è entrata in vigore una normativa che obbliga i produttori di vernici a compilare una scheda di sicurezza diversa per ogni prodotto. La scheda di sicurezza ha come scopo di proteggere la salute e la sicurezza sul posto di lavoro. Questa scheda deve contenere:
- identificazione del prodotto e della società produttrice;
- composizione e informazioni sugli ingredienti;
- identificazione dei pericoli;
- misure di primo soccorso e antincendio;
- manipolazione e stoccaggio;
- informazioni sul trasporto e sullo smaltimento;
- informazioni tossicologiche e d ecologiche
LEGISLAZIONE
LEGISLAZIONE RIGUARDANTE LE EMISSIONI IN ATMOSFERA
Il DPR 203/88 riguarda tutte le aziende che utilizzano solventi che danno luogo ad emissioni e quindi tutte le aziende che utilizzano vernici.
Vengono distinte due categorie di impianti:quelli già esistenti alla data di entrata in vigore della legge, il 1 luglio 1988, e quelli entrati in funzione dopo tale data.
-impianti esistenti alla data del 1 luglio 1988;per questi impianti è stato emanato il DM 51 contenente linee guida relative ai valori di emissioni minimi e massimi, ai metodi di campionamento e di analisi, ai criteri per l’utilizzazione delle tecnologie disponibili e infine ai tempi di adeguamento.
-nuovi impianti;per questi impianti dovrebbero valere limiti fissati da un decreto mai emanato, quindi si fa affidamento a specifiche norme regionali e provinciali.
A tale normativa è stato aggiunto un DPR che definisce le attività a ridotto inquinamento atmosferico.
RIFIUTI
Lo smaltimento dei rifiuti prodotti nelle operazioni di verniciatura è regolato da due fondamentali leggi: il DPR 915 del 19 settembre 1982, la legge 475 del 9 novembre 1988, alle quali poi sono aggiunte le normative regionali e provinciali.
I rifiuti da trattare con particolare attenzione sono quelli tossico-nocivi. Nella categoria dei rifiuti tossico-nocivi rientrano di norma i seguenti residui di lavorazione:
-diluenti o solventi utilizzati per la pulizia
-svernicianti
-diluenti di vernici
-residui di vernici
-polveri di carteggiatura
Entro il 28 febbraio di ogni anno i rifiuti tossico-nocivi prodotti nell’anno precedente devono essere obbligatoriamente denunciati alla Provincia o alla Regione autonoma competente.
ACQUE
Le acque di verniciatura non possono mai essere scaricate direttamente in fogna o tantomeno sul suolo. Devono essere predisposti idonei provvedimenti come il depuratore, le vasche di decantazione
o vasche di accumulo.
Fonte: http://www.divini.net/chimica/tesine/LE%20VERNICI%20tesina%20cesaretti_rev.doc
Sito web da visitare: http://www.divini.net/
Autore del testo: NICOLO’ CESARETTI
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"Ciò che sappiamo è una goccia, ciò che ignoriamo un oceano!" Isaac Newton. Essendo impossibile tenere a mente l'enorme quantità di informazioni, l'importante è sapere dove ritrovare l'informazione quando questa serve. U. Eco
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