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18 novembre 2016 I prodotti vernicianti e i sistemi tintometrici Dr. Filippo Busolo
18 novembre 2016
I prodotti vernicianti e i sistemi tintometrici
Dr. Filippo Busolo
Outline
• Prodotti vernicianti
• Paste coloranti
• Sistemi tintometrici
Prodotti Vernicianti
Prodotti Vernicianti
Un prodotto verniciante è un materiale che viene applicato come
liquido e, attraverso processi chimici allo stato solido, secca.
Scopo di un prodotto verniciante:
Decorazione
Protezione
Sanificazione
Estetica
Composizione di un prodotto verniciante
Componente Funzione
Legante Adesione, protezione
Solvente Consente l’applicazione
Pigmenti Colore, riempimento, effetto funzionale (barriera,
decorativo, ecc.), coprenza
Cariche Riempitivo, opacizzante, coprenza
Additivi Bagnabilità, antischiuma, biocida, modificatore
reologico, disperdente, ecc.
Leganti
E’ un sistema polimerico in soluzione o in emulsione
Lega il sistema di pigmenti alla superficie di applicazione
Garantisce resistenza all’acqua, agli agenti chimici e
all’abrasione
Contribuisce a conferire le proprietà finali di un prodotto
verniciante
Leganti
A base di leganti in emulsione acquosa (pitture acriliche, viniliche, ecc.)
A base di leganti in soluzione (vernici oleose, pitture poliuretaniche, epossidiche, ecc.)
Rivestimenti plastici (plaster, bucciati, damascati, ecc.)
Granulati naturali (rasati)
A base calce (stucchi, marmorino, ecc.)
Pigmenti
Conferiscono colore e rendono opaco il film in modo da rendere non visibile il
substrato.
Contribuiscono alla durezza
Contribuiscono alla resistenza ad abrasione
Aumentano resistenza a corrosione
Aumentano resistenza ai raggi UV
Cariche
Additivi
Bagnanti
Disperdenti
Coalescenti
Essiccativi
Catalizzatori
Agenti antipelle
Regolatori di pH
Additivi reologici
Conservanti
Agenti antischiuma
Starting point formulation
Coalescenza
Texanolo
PVC
La concentrazione di pigmento in volume (PVC), si definisce come la frazione volumetrica di pigmento rispetto al volume totale del film di pittura.
VP è il volume del sistema di pigmenti (pigmenti e filler) VR è il volume della resina o legante.
PVC
Componente Massa (g)
Densità (g/ml)
Volume corrispondente (Massa/Densità) (ml)
Biossido di titanio 12 4 3
Filler 40 2,5 16
Emulsione polimerica (50%)
12
1
6
PVC = (3+16)/(3+16+6) = (19/25)*100 = 76%
CPVC
CPVC (Critical Pigment Volume Concentration) è il punto
in cui è presente la giusta quantità di legante capace di
bagnare tutte le particelle di pigmento e riempire tutti
gli interspazi esistenti tra di esse.
In altre parole, rappresenta quella circostanza in cui,
siamo in presenza di un ricoprimento esente da spazi
vuoti.
PVC < CPVC
Elevato contenuto di legante Bassa permeabilità al vapore acqueo
Pigmenti e fillers Emulsione polimerica
PVC = CPVC
Elevata tensione film Soluzione ottimale
Pigmenti e fillers Emulsione polimerica
PVC > CPVC
Elevato contenuto di pigmenti Superficie opaca Elevata porosità Elevata permeabilità al vapore acquo
Pigmenti e fillers Emulsione polimerica
Relazione tra Pigmenti/Filler e Legante vs PVC
Alto Basso Contenuto di legante
Contenuto di Pigmenti/Filler
PVC
Alto
Alto
Basso
Basso
Influenza sulle proprietà del rivestimento
Alto
Basso
Gloss, resistenza all’abrasione
Permeabilità al vapore acqueo
PVC
Alto
Alto
Basso
Basso
PVC vs CPVC
Determinazione CPVC
• Metodo Gilsonite, si basa sulla capacità di sporcare il rivestimento con
un bitume naturale (gilsonite). Visibilmente il CPVC corrisponde al PVC
nel punto in cui la zona sporcata ha lo stesso colore della non sporcata.
• Tensione di film, si basa sulla tensione prodotta in un film di pittura
durante l’evaporazione del solvente. Il CPVC corrisponde al valore di
PVC la cui tensione è massima.
• Metodo analitico-teorico.
Determinazione CPVC
Tensione di film
Tensione film Diminuisce Diminuisce
Modello teorico semplificato
OAI è l’indice di assorbimento d’olio del sistema di pigmenti (ISO 787-5) 𝜌𝑃è la densità del sistema di pigmenti 0,935 è la densità dell’olio di lino
Assorbimento d’olio (OAI)
OAI è definito come il volume di olio di lino necessario per formare una pasta con
100 grammi di pigmento o carica in esame (ISO 787-5).
Questo parametro riflette l'effetto del composito pigmenti-resina rispetto a
diversi fattori.
Assorbimento d’olio (OAI)
Il valore di OAI sarà quindi influenzato da due fattori:
La quantità d'olio richiesta per bagnare e ricoprire la particella pigmentaria
(dipendente dalla superficie specifica, PSD, idrofilicità e porosità);
L’aggiunta d'olio per riempire gli interstizi (dipendente dall'Aspect Ratio).
Per una dato pigmento, l'assorbimento ad olio aumenta se:
Si riduce la dimensione delle particelle (aumento dell'area superficiale);
Aumenta l'Aspect Ratio (aumento degli interstizi);
Si restringe la PSD (aumento degli interstizi).
Esempio di calcolo teorico
Pigmenti % OAI
Caolino calcinato 30.0 45
Talco 9.5 30
Calcio carbonato 43.0 19
Biossido di titanio 17.5 25
Totale 100.0
Pittura
OAI exp. 28.3
OAI the. 28.9
CPVC exp. 54.5
CPVC the. 52.4
E% OAI = 2,1 % E% CPVC = 3,8 %
Uso del dato teorico in formulazione
Formulazione di una pittura alchidica. CPVC teorico: 52,4 % 0,80 < Λ < 0,85
Λ < 1 sistemi non porosi Λ > 1 sistemi poroso
42 % < PVC < 44,5 %
Difetti di superficie
Pinhole, dovuto ad un gradiente di tensione superficiale
Flottazione, dovuto ad un gradiente di composizione di pigmenti
Craterizzazione, dovuto a bolle d’aria
Cracking, diverse possibilità
Flocculazione, dovuto ad una non corretta stabilizzazione dei pigmenti
Prodotti vernicianti: quali regolamenti si devono rispettare?
REACH
CLP BIOCIDI
VOC
RESTRIZIONI
SDS ECOLABEL
ADR
Paste Coloranti
Cos’è il colore?
• Per l’uomo della strada è la proprietà intrinseca degli
oggetti o delle luci
• Per il fisico è un aspetto dell’energia radiante
• Per il pittore è un mezzo per esprimere la propria
arte, il proprio messaggio
• Per lo psicologo è un fenomeno percettivo
• Per il fisiologo è una risposta del sistema nervoso
Coloranti
• I coloranti, si possono definire come soluzioni
concentrate di PIGMENTO
• I pigmenti possono essere:
• Organici
• Inorganici
Classificazione dei pigmenti
Mappa colore CIELab dei pigmenti
Coloranti Organici
• Eccellente brillantezza / saturazione colore
• Elevata concentrazione del pigmento e conseguente potere
colorante
• Spazio colore realizzabile notevolmente ampio
• Buona resistenza alla luce, anche se NON applicabili in esterno
• Potere coprente sufficiente
• Scarsa solidità agli agenti atmosferici
Coloranti Inorganici
• Ottima resistenza alla luce del sole
• Ottima solidità agli agenti atmosferici
• Ottimo potere coprente
• Ottima stabilità in ambienti alcalini e ambienti acidi
• Estrema stabilità nel tempo
• Spazio colore realizzabile, limitato
Solidità o resistenza alla luce
• La solidità alla luce indica la stabilità alle variazioni cromatiche
nel tono e nell’intensità, ovvero la resistenza opposta
all’energia fornita dalla luce.
• Viene determinata con l’ausilio di Xeno Test o UV Test,
strumenti che accelerano l’invecchiamento solare.
Solidità o resistenza alla luce
Performance sul degrado atmosferico di verde organico a tempo zero (a) e dopo sei mesi di esposizione agli agenti (c), e del verde cromo inorganico a tempo zero (b) e dopo sei mesi di esposizione agli agenti (d).
Solidità agli agenti atmosferici
• La solidità agli agenti atmosferici indica la resistenza alle intemperie,
al potere del prodotto applicato di resistere a pioggia, neve,
nebbia.
• I test vengono effettuati con l’ausilio di Nebbia Salina, con test
specifici per determinare l’idrofobicità, la permeabilità al vapore,
l’assorbimento di acqua.
Copertura o rapporto di contrasto
• La copertura è l’espressione numerica del potere «mascherante»
del prodotto applicato.
• Maggiore è la copertura minore sono le «mani» di prodotto da
dover applicare.
Paste pigmentate per sistemi acqua e universali
• Cost savings
• Riduzione della complessità
• Risparmio di Tempo
Miglioramento del processo
• APEO-free
• VOC-free
• Emission-free
Amiche dell'ambiente
• Compatibilità (base acqua, base solvente)
• Resa del Colore
• Rub-out
Performance
Composizione generale dei coloranti a base acqua
Acqua
Pigmenti, cariche (10 – 65%)
Bagnanti (0 – 10%)
Disperdenti (1 – 10%)
Antischiuma < 1%
Reologici < 1%
Biocidi < 1%
Formulazione di partenza per sistemi all’acqua
Ingrediente P.Y. 42 P.B. 15:3
Acqua 14,5 31
PEG 15 15
Pigmento 58 35
Disperdente 6 10
Bagnante 6,2 8,5
Biocida 0,1 0,2
Antischiuma 0,2 0,3
Totale 100 100
Paste Coloranti
Controllo Qualità
• Densità
• Parametri colorimetrici (DL*. Da*, Db*, DE*)
• Viscosità
• Accettazione colore
• Grindometro
Paste coloranti gialle
P.Y.184 P.Y. 154 P.Y.74
P.Y.184
P.Y.154
P.Y.74
Paste coloranti nere
P.Bk.11 blend P.Bk 7
P.Bk. 11 – Ossido di Ferro (Fe3O4) P.Bk. 7 – Carbon Black
Paste colorante: forza colorante e sviluppo colore
Produttore A
Produttore B
Produttore A
Produttore B
Il termine «sviluppo colore»
descrive il grado qualitativo
del colore e l’uniformità della
tinta di una pittura
pigmentata.
Color Acceptance
La totale compatibilità tra i componenti principali è un requisito
fondamentale per creare la tinta desiderata e riprodurre quella stessa
tinta durante la realizzazione di ogni formulazione.
Fra le principali cause dello scarso sviluppo colore vi è la scarsa
compatibilità fra colorante e pittura, da cui deriva la separazione del
pigmento e la sua flocculazione durante il processo filmogeno e di
miscelazione.
Color Acceptance
• Deriva dei colori (immediatamente dopo il tinteggio e dopo lo stoccaggio della vernice)
• Flottazione dipendenti dalle forze di taglio applicate (p.es. durante la miscelazione, applicazione).
Causate da
• Incompatibilità tra pasta e converter
• Insufficiente stabilizzazione del pigmento colorato o del pigmento bianco nel converter
• Flocculazione del pigmento colorato e/o del pigmento bianco nel converter.
Area strofinata
Area integra
Test di Rub-Out
Celle di Bénard
Separazione orizzontatale dei pigmenti
Diagramma di Energia – Teoria DLVO
Meccanismo di flocculazione
Polifosfato
Tensioattivo Resina
Meccanismo di flocculazione
Additivo disperdente
Polifosfato
Tensioattivo Resina
Dispersione dei pigmenti e flocculazione
Caso Studio: Verowett 4025
Caratteristiche Chimico-fisiche
Struttura chimica Additivo polimerico ad alto peso molecolare
Contenuto attivo 100%
Densità (20°C) 1,00 g/ml
Viscosità: 12000-15000 mPa.s
Solvente NO-VOC
pH (all’origine) 5,0
Uso Universale
Miglioramento della Color Acceptance
Senza Verowett 4025
Con Verowett 4025
Miglioramento della Color Acceptance
Smalto al solvente
Control dE = 36.27
0.3% Verowett 4025 dE = 9.86
0.7% Verowett 4025 dE = 0.68
Are
a
Str
ofi
na
ta
Are
a n
on
Str
ofi
na
ta
Protocollo di analisi
EnergySaver: la nuova frontiera del colore per il risparmio energetico
Il 45% dell’energia solare totale è infrarossa (IR).
Total Solar Reflectance (TSR), misura la capacità di una superficie di riflettere la radiazione solare.
Viene tipicamente espressa come percentuale.
Il surriscaldamento esterno degli edifici è
causato dall’esposizione alle
radiazioni IR.
Il sistema EnergySaver è in grado di riflettere
la componente IR diminuendo la
temperatura esterna.
Total Solar Reflectance (TSR)
Misura: spettrofotometro UV-VIS/NIR
Total Solar Reflectance (TSR)
Curva di riflettanza da 280 a 2500 nm
Determinazione del valore di TSR
Sistema EnergySaver
Light fastness Weathering fastness Chemical resistance
Family Product name Colour Index Full shade
(min 1 max 8) Full shade
(min 1 max 5) Alkali
(min 1 max 5)
CR
OM
SH
AD
E
(fo
r in
pla
nt
use
) Black OX 704 ES PBr 29 8 5 5
Blue CO 203 ES PB 28 8 5 5
Green OX 604 ES PG 50 8 5 5
Violet OX 183 ES PV 23 8 5 5
Yellow OX 114 ES PY 53 8 5 5
Yellow OX 904 ES PBr 24 8 5 5
NO
VO
MIX
(f
or
PO
S u
se
)
Black RX 3040 ES PBr 29 8 5 5
Blue RX 3028 ES PB 28 8 5 5
Green RX 3050 ES PG 50 8 5 5
Violet 3083 ES PV 23 8 5 5
Yellow RX 3014 ES PY 53 8 5 5
Yellow RX 3011 ES PBr 24 8 5 5
Sistema EnergySaver
87 tinte in grado di riflettere la radiazione IR
Black OX 704 ES (P.Br. 29)
Performance: +25,83%
TSR black ES: 30.02% TSR black ox: 4.19%
Blu CO 204 ES (P.B. 28)
Performance: +18.71% TSR blue ES: 46.78% TSR blue CO: 28.07%
NCS S 2570-Y90R
Performance: +24,11%
TSR black ES: 66,55% TSR black ox: 42,4%
Test su rivestimento al plaster a cappotto
Performance: -17°C
Test su rivestimento al quarzo
Performance: -15°C
Case Study
Energy Saver: 41°C Tradizionale: 55°C
Pittura nanotecnologica termoisolante 100% acrilica
a base d’acqua per superfici esterne in
muratura.
Sistemi Tintometrici
Sistemi Tintometrici
Il concetto base di un sistema tintometrico è che la tonalità cromatica
selezionata può essere formulata aggiungendo i coloranti nel barattolo
con una pittura base predefinita in condizioni date e secondo rapporti
prestabiliti, in base alla formulazione specifica.
Sistemi Tintometrici
1985 – 1992 Le preoccupazioni ambientali influenzano il mondo
delle vernici e dei coloranti
1993 Introduzione di sistemi esenti da solventi
1995 Alchil fenolo etossilati non più utilizzati
2002 Sistemi coloranti a Basso / Zero VOC
2007 – 2011 Percorso REACH
2010 – 2015 Percorso Ecolabel, CLP. Emissioni
Sistemi Tintometrici
Converter base Bianco
Pittura Finale
+ max.10-15% coloranti
Colorante
Sistemi Tintometrici
Converter Base Trasparente
Pittura Finale
+ Bianco e Paste Pigmentate Concentrate
Preparazione di Paste Pigmentate Concentrate
Cartelle Colori
Elementi di un sistema tintometrico
Coloranti
Pitture
Formulazione
Software gestione
Tintometro
Logiche di sviluppo del sistema tintometrico
Costo Formula
Proprietà chimico-fisiche
• Resistenza acqua • Resistenza pH • Resistenza UV • …
Proprietà colorimetriche
• DE • Copertura • Resa • …
Logiche di sviluppo del sistema tintometrico
• Tipologia di sistema verniciante (idropittura, smalto, intonaco, ecc.)
• Utilizzo dei sistemi vernicianti (interno, esterno, interno/esterno)
• Set di paste coloranti (16, 20, 22, 24, ecc.)
• Tipologia di paste coloranti (acqua, universale, solvente, ecc.)
• Cartelle colori da formulare
• % di pasta colorante nel sistema verniciante
• Copertura finale (120 micron, 200 micron, ecc.)
• Costo formula
Fasi dello sviluppo di un sistema tintometrico
1. Definizione di progetto
2. Analisi delle basi
3. Caratterizzazione
4. Colour formulation
5. Colour engine test
6. Creazione database
7. Test & refine
9. MaintenanceUpdate
8. Delivery
Sviluppo di un sistema tintometrico
Caratterizzazione - Studio completo della base - Tagli con tutti i coloranti del sistema tintometrico - Generazione nuovo Database
Creazione del Database (Formulazione)
Derivata -Tagli con il nero di calibrazione - Adattamento da Database esistente
Studio delle basi (Rub-out, forza colore, proprietà
colorimetriche)
Controllo Qualità del Database
EuroFormulations
Sviluppo del Database
Caratterizzazione delle pitture con le paste coloranti.
Formulazione del Color Database per tutti i prodotti di interesse.
Ottimizzazione delle formule colori in termini di costi, criteri di qualità, applicazione (interno, esterno).
Elevato controllo del Color Management.
Colorimetria
Colorimetria
Modello Kubelka-Munk
K = Coefficiente di assorbimento
S = Coefficiente di diffusione
R = Riflettanza
Colorimetria
Color File
EuroFormulations4: la tecnologia come chiave di successo
EuroFormulations4: la tecnologia come chiave di successo
EuroFormulations4: la tecnologia come chiave di successo
Macchine Tintometriche
Concludendo…
Per realizzare un sistema tintometrico, sono quindi necessari:
• Sistema verniciante
• Paste coloranti
• Formulazione del color file
• Software di gestione del color file
• Macchina tintometrica
