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Come le superfici verniciate a polvere resistono ai graffi
Sviluppo della durezza e delle strutture termoindurenti reticolate
La resistenza ai graffi delle superfici rivestite a polvere è dovuta alla composizione chimica unica dei rivestimenti. I rivestimenti vengono cotti a una temperatura compresa tra 180 e 200 gradi Celsius per circa 10–20 minuti. Si verifica una reazione chimica permanente con le catene polimeriche, che formano reti tridimensionali resistenti. Ciò conferisce ai rivestimenti una durezza compresa tra 3H e 9H secondo la scala di durezza con matita ASTM D3363. Tale durezza è superiore a quella dei normali vernici liquide. Le reti dense ostacolano il movimento delle catene polimeriche. I rivestimenti non consentono lo scorrimento delle catene quando vengono sfregati o graffiati. Anche gli impatti di oggetti appuntiti non innescano il movimento delle catene. I rivestimenti rimangono integri e non diventano fragili. È stato dimostrato che i rivestimenti a polvere resistono a una forza di graffiatura pari a circa il doppio rispetto ai termoplastici alternativi.
Effetto dello spessore del film, della texture e della cottura sulla resistenza ai graffi
La resistenza ai graffi è influenzata da tre parametri dipendenti:
Uno spessore del film compreso tra 60 e 120 μm è ideale, poiché fornisce uno strato sacrificale che impedisce l’esposizione del substrato a causa di graffi.
Le finiture testurizzate consentono di distribuire l’energia d’urto sulla superficie testurizzata, riducendo i danni visibili del 40–60%.
Una polimerizzazione controllata garantisce una reticolazione completa. I rivestimenti sottopolimerizzati presentano una resistenza alle abrasioni inferiore del 30% nel test di abrasione Taber (ISO 1518).
Queste variabili sono state verificate per garantire coerenza con le linee guida produttive per componenti automobilistici/industriali e per norme quali ASTM D3363 e ISO 1518.
Colori e finiture dei rivestimenti: stabilità UV e resistenza alla sbiaditura delle finiture a polvere
Poliestere: supera il test; fluoropolimero UV: non supera il test, a causa di differenti chimiche di assorbimento e di ritenzione del colore
Le polveri di poliestere possiedono meccanismi di protezione contro i danni causati dai raggi UV, ma questi provocano inevitabilmente un effetto di scialbatura. Un vantaggio delle polveri fluoropolimeriche è che i loro meccanismi di protezione contro i danni causati dai raggi UV derivano dalla formazione di microdomini cristallini intelligenti attivati dai raggi UV. Un ulteriore vantaggio delle polveri fluoropolimeriche risiede nella loro maggiore energia di rottura rispetto a quella minore delle polveri di poliestere, il che comporta una maggiore stabilità e, di conseguenza, una migliore pigmentazione e freschezza del colore. I test condotti in Florida hanno dimostrato che questi rivestimenti hanno mantenuto oltre il 95% del loro colore originale anche dopo essere stati esposti all’aperto per un intero decennio.
Durabilità pratica: dati di invecchiamento QUV (ASTM G154) oltre 5.000 ore
L’obiettivo dei test accelerati QUV (ASTM G154) è simulare fino a decenni di esposizione ai raggi solari. Dopo 3.000 ore di esposizione, le polveri di poliestere premium presentano una ritenzione della lucentezza pari al 90%. Per i fluoropolimeri, dopo 5.000 ore, la ritenzione della lucentezza raggiunge il 98%. I dati relativi alla verniciatura riportano le medie sopra indicate per quanto riguarda il valore Delta-E della variazione cromatica.
Applicabile a oltre 15 anni di servizio all’aperto su metalli architettonici in un clima temperato. Le installazioni costiere presentano un degrado dei materiali accelerato del 20% a causa delle condizioni combinate di nebbia salina e raggi UV.
Fattori ambientali che compromettono la durata dei rivestimenti a polvere.
Umidità, nebbia salina ed esposizione a sostanze chimiche, nonché i loro effetti combinati, provocano un rapido degrado per scolorimento e graffi. Quando le condizioni sono ideali per diversi tipi di aggressione ambientale, i rivestimenti si deteriorano a ritmo accelerato. In presenza di umidità, i legami polimerici iniziano a rompersi attraverso un processo chiamato idrolisi. Di conseguenza, i legami indeboliti del rivestimento diventano un punto di ingresso per la nebbia salina, che alla fine provoca il cedimento del rivestimento a causa di una corrosione interna di natura elettrochimica. Il decadimento rapido avviene negli ambienti in cui è possibile un’aggressione alcalina o acida, poiché gli effetti ambientali combinati non agiscono isolatamente. Tale rapido decadimento dei rivestimenti comporta costi aggiuntivi di manutenzione e una riduzione della vita utile nelle applicazioni industriali.
La presenza di un substrato ossidato può causare una variazione precoce del colore a causa di granuli privi di pigmento, che alterano la diffusione della luce.
L'assorbimento di umidità rende il rivestimento il 40% meno flessibile e più facilmente soggetto a graffi e abrasioni.
I danni profondi sottosuperficiali si accelerano di cinque volte in condizioni di umidità a causa della permeazione degli ioni cloruro, secondo la norma ASTM B117.
È documentato il guasto prematuro della custodia nel proteggere contro l'umidità, la corrosione e i danni causati dai raggi ultravioletti. Ad esempio, l'esposizione combinata a raggi ultravioletti, aria salina e alta umidità per alcuni anni può provocare un deterioramento superficiale senza precedenti, caratterizzato da scagliature e caos strutturale. Questa corrosione rappresenta un costo imprevisto e considerevole. NACE International ha documentato che la corrosione delle superfici esposte comporta costi annuali di circa 740.000 dollari per impianto, in diversi settori. Questo tipo di danno può essere mitigato soltanto mediante l’uso di rivestimenti formulati appositamente. Gli ibridi epossidici sono comunemente formulati per l’uso nei processi chimici, mentre le aree ad alta umidità sono meglio protette dai poliuretani. Le zone dei bordi costituiscono le principali aree di infiltrazione dell’umidità e devono essere sigillate per prevenire guasti prematuri.
Per massimizzare la resistenza ai graffi e allo sbiadimento delle applicazioni con verniciatura a polvere, si raccomandano le seguenti linee guida.
Per una preparazione ottimale della superficie, è consigliabile eseguire una pulizia accurata e una sabbiatura abrasiva per massimizzare l'adesione tra il substrato e la vernice, fattore critico per ridurre al minimo i guasti dovuti a problemi di adesione.
Per favorire la ritenzione del colore, si raccomanda l'uso di assorbitori UV abbinati a stabilizzanti HALS ad alta energia e a tecnologia avanzata.
Controllare lo spessore del rivestimento: lo spessore del rivestimento deve essere compreso tra 60 e 120 μm, poiché film troppo sottili espongono il substrato, mentre film troppo spessi riducono la flessibilità e aumentano la tendenza alla formazione di microfessurazioni.
Assicurare un tempo di polimerizzazione preciso: idealmente, il tempo di polimerizzazione deve essere di 10–15 minuti a una temperatura di 180–200 °C per ottenere una polimerizzazione completa e incrementare la durezza superficiale del 15–20% (secondo la norma ASTM D3363).
Pulizia delicata: utilizzare soluzioni detergenti a pH neutro e un panno in microfibra. Detergenti troppo abrasivi possono causare micrograffi che accelerano la degradazione fotochimica.
Le riparazioni devono essere eseguite tempestivamente: le riparazioni di graffi e scheggiature devono essere effettuate il prima possibile per prevenire l'ingresso di umidità e la corrosione.
Domande frequenti
Per quali motivi la verniciatura a polvere è più resistente ai graffi rispetto alla vernice liquida? Le proprietà di resistenza ai graffi delle vernici a polvere derivano dalla loro struttura di polimero termoindurente. La rete tridimensionale risultante offre un livello superiore di resistenza ai graffi rispetto alla vernice liquida.
Cosa accade quando le vernici a polvere sono esposte ai raggi ultravioletti? I produttori di vernici a polvere utilizzano diversi metodi per proteggere l'integrità del colore nella verniciatura, nonché per offrire un certo grado di protezione contro i raggi ultravioletti. Le vernici a polvere poliestere contengono strutture ad anelli aromatici, mentre le vernici a polvere fluoropolimeriche contengono domini cristallini; entrambe offrono una certa protezione e capacità di mantenimento del colore, con le vernici a polvere fluoropolimeriche che garantiscono la migliore stabilità cromatica.
Quali condizioni fanno sì che una verniciatura a polvere mostri segni di usura più rapidamente? Tutti gli elementi menzionati — umidità, sale, aria e sostanze chimiche che degradano le verniciature a polvere — causano l’usura del rivestimento.
Quali sono i metodi raccomandati per la manutenzione delle superfici verniciate a polvere?
Tecniche adeguate di preparazione della superficie, formulazioni efficaci, controllo dello spessore del film, indurimento preciso, manutenzione delicata e ritocchi tempestivi sono tutti fattori importanti per garantire un’ottima adesione e migliorare la durata e l’estetica delle superfici verniciate a polvere.