ipcm® 2011 n. 7 by ipcm® International Paint&Coating Magazine

The first international magazine for surface treatments

2011 2nd YEAR Bimonthly N째7-January www.eosmarketing.eu

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JANUARY2011 EDITORIAL ANALYSIS

New legislations and impact on resin system developments Nuove legislazioni e impatto sullo sviluppo di sistemi resinosi

BRAND-NEW FOCUS ON TECHNOLOGY

Clear Views_Inline pretreatment of display fascias with atmospheric plasma Visioni nitide: pretrattamento in linea con plasma atmosferico di schermi per cruscotti

Powder Coating Large Parts Eﬃciently. Oven for Construction Machines Verniciare a polvere con eﬃcienza pezzi di grandi dimensioni. Forni per macchine da cantieri stradali

ArcelorMittal Piombino as a benchmark of pre-painted: yesterday, today and tomorrow ArcelorMittal Piombino come benchmark del preverniciato: ieri, oggi e domani

Photo: GfO,Gesellschaft für Oberflächentechnik

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE

Jeroen Op de Beeck (photographer of ArcelorMittal Gent)

CONTENTS

High performance and very low impact co-solvents for water based coatings Co-solventi ad alte prestazioni e basso impatto per vernici a base acqua

Excellent performances on the special eﬀects for the powder coating in architecture Eccellenti performance sugli eﬀetti speciali per la verniciatura a polveri in architettura

The Industrial Revolution with the catalytic technology La rivoluzione industriale con la tecnologia catalitica

JANUARY2011 TRADE FAIRS & CONFERENCES ZOOM ON EVENTS IPCM Protective Coatings Section PROTECTIVE COATINGS ANALYSIS

Sensitise the anti-corrosion field to the use of low environmental impact paints Sensibilizzare il settore dell’anticorrosione verso l’utilizzo di pitture a basso impatto ambientale

PROTECTIVE COATINGS INNOVATIONS

Anticorrosion11: functional Europolveri primers for an eﬀective corrosion protection of metals Anticorrosion11: primer funzionali Europolveri per una eﬃcace protezione dei metalli dalla corrosione

Characterization of organic coating systems by accelerated cyclic electrochemical tests (ACET). Correlation with salt spray test Caratterizzazione di sistemi di rivestimento organici con prova ciclica accelerata elettrochimica (ACET). Correlazione con il test di nebbia salina

PROTECTIVE COATINGS ZOOM ON EVENT

CORROSION UAE 2011 CORROSION UAE 2011

National corrosion and protection days Giornate nazionali corrosione e protezione

PROTECTIVE COATINGS BRAND-NEW

CONTENTS

The latest version of the thickness gauge QNix® 4500 oﬀers an increased measuring range, higher measuring accuracy and simplified operation L’ultima versione dello spessimetro QNix® 4500 oﬀre semplicità di utilizzo, precisione nella misurazione, aumento del range di misurazione

HEMPADUR ULTRA-STRENGTH 47500 wins the Innovative Technology Award HEMPADUR ULTRA-STRENGTH 47500 è stato premiato con l‘Innovative Technology Award

s.a.s.

EDITORIAL

reen chemistry, nanotechnologies and smart coatings, bio-based raw materials: these are some of the keystones of research in the field of paints and surface treatments which will allow the companies to substantially espouse the concept of sustainable development and at the same time improve their competitiveness on the global market. The expression “Green Chemistry” indentifies a new philosophy of chemistry, a new technical approach which applies innovative principles to the planning of industrial chemical processes and nowadays represents an essential instrument for the prevention and reduction of the environmental impact of the industry and therefore for pursuing a sustainable development. The sustainable development is a form of development (economic, social, urban, and so on) of societies which do not jeopardise the possibility for the future generations to persist in the development itself, preserving the quality and quantity of the natural heritage. Reducing the consumption of raw materials in the industrial processes and at the same time disconnecting the economic growth from their use; thinking about the whole product lifecycle just from its devising, from the extraction of the raw materials to its consumption and disposal; minimising the energetic costs; designing new chemical compounds with a low environmental impact or obtainable from renewable resources: these are just a few of the trends which will contribute to prevent the scarcity of natural resources and the rise of the raw materials costs from hindering the growth and slowing down the economic recovery. This issue of ipcm presents a series of technical and scientific articles totally in line with the above mentioned trends – from the ecofriendly resins for high performance paints to the co-solvents with a low environmental impact for water-based paints; from the IR catalytic technology guaranteeing space and consumption savings, together with safety and finishing quality, to the pre-treatment processes allowing economic eﬃciency and workplace safety, not to mention the coating facilities designed in order to optimise the energy consumptions even in the finishing of large parts. The protective coatings field too is walking the path of sustainable development, while producers, specifiers and users are getting more and more sensitised to the use of paints with a low environmental impact. Besides, the anti-corrosion coatings play a fundamental role in extending a product lifecycle, guaranteeing the external resistance of the metal products for a long time and therefore preventing an early disposal of these goods. Covering all the aspects of sustainability is a real challenge for the industry, and especially for the coatings and paints field – but surrender is forbidden.

himica verde, nanotecnologie e rivestimenti intelligenti, materie prime di origine biologica: queste sono alcune chiavi di volta della ricerca nel settore delle vernici e dei trattamenti superficiali che consentiranno alle aziende di sposare concretamente il concetto di sviluppo sostenibile e contestualmente aumentare la propria competitività sul mercato globale. Con il termine Chimica Verde si identifica una nuova filosofia di chimica, un nuovo approccio tecnologico che applica principi innovativi alla progettazione di processi chimici industriali e che oggi costituisce uno strumento fondamentale per prevenire e ridurre l’impatto ambientale dell’industria e quindi per perseguire uno sviluppo sostenibile. Lo sviluppo sostenibile è una forma di sviluppo della società (economico, sociale, urbano ecc.) che non compromette la possibilità delle future generazioni di perdurare nello sviluppo stesso, preservando la qualità e la quantità del patrimonio e delle riserve naturali. Ridurre il consumo di materie prime nei processi industriali e contemporaneamente scollegare la crescita economica dall’aumento nell’utilizzo di queste ultime; pensare all’intero ciclo di vita del prodotto fin dalla sua concezione, dall’estrazione delle materie prime al suo consumo e smaltimento; minimizzare i costi energetici; progettare nuovi composti chimici a basso impatto ambientale o ottenerli da risorse rinnovabili: sono solo alcune delle tendenze che potranno impedire che la scarsità delle riserve naturali e l’aumento dei costi delle materie prime aﬀossino la crescita e rallentino la ripresa economica. Questo numero di ipcm presenta una serie di articoli tecnici e scientifici perfettamente in linea con le tendenze sopra citate: dalle resine eco-compatibili per vernici ad alte prestazioni ai co-solventi a basso impatto ambientale per vernici base acqua, dalla tecnologia IR catalitica che assicura economie in termini di spazio e consumi, insieme a sicurezza e qualità della finitura, ai processi di pretrattamento che consentono di ottenere eﬃcienza economica e sicurezza dell’ambiente di lavoro fino a costruzioni impiantistiche in grado di ottimizzare i consumi energetici anche nella finitura di pezzi di grandi dimensioni. Anche il settore dei rivestimenti protettivi sta percorrendo la via dello sviluppo sostenibile, con una sensibilizzazione sempre maggiore di produttori, specificatori e applicatori verso l’uso di pitture a basso impatto ambientale. I rivestimenti anticorrosivi giocano poi un ruolo fondamentale nell’allungare il ciclo di vita di un prodotto, garantendone la resistenza in esterno di manufatti metallici per lungo tempo e quindi prevenendo un precoce smaltimento del bene. Sicuramente coprire tutti gli aspetti relativi alla sostenibilità è una vera sfida per l’industria, soprattutto per quella dei rivestimenti e delle vernici, ma è vietato arrendersi.

Alessia Venturi Editor-in-chief / Direttore Responsabile international PAINT&COATING magazine magazin - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

NEW LEGISLATIONS AND IMPACT ON RESIN SYSTEM DEVELOPMENTS Nuove legislazioni e impatto sullo sviluppo di sistemi resinosi Franco Busato, Busato Technology, Brussels area, Belgium

efore starting on the subject of sustainable resin developments, it is important to understand some of the definitions, and to briefly analyse the developments in the past.

rima di entrare nello specifico dello sviluppo di resine sostenibili, è importante spiegare alcune definizioni e analizzare brevemente gli sviluppi nel passato.

Introduction

Introduzione

Resins or binder systems are by far the main constituent or backbone for every paint and coating formulation. Over the course of the last 40 years, paint companies have become increasingly aware that the uncontrolled use of solvent based paints was hazardous and unacceptable in modern human society. The coatings industry started focusing on reducing VOC emission levels and has made such progress that low- and zero-VOC paint and coating products are now widely available. From the early seventies, new industrial coatings systems started to be introduced onto the market, with VOC-free powder coatings leading the way. Waterborne systems, already extensively used in traditional architectural emulsion paints, started to make an inroad into industrial paint applications, with electrophoretic paints quickly becoming universally used within the automotive industry. In the meantime, development in architectural paints has continued and APEO (alkyl phenol ethoxylate)free emulsions have been introduced. In the early nineties it was forecast that in Europe, industrial solvent-based coatings would decline from a share of 65% in 1994 down to a little over 50% by 2004; waterborne would grow from a 13% share in 1994 to 22% by 2004; powders would increase from a 7% share in 1994 to 10% by 2004; radiation-cureables from a 2% to around 3% in 2004 and high solids would remain stable at a 12-13% level (ref.1). An exhaustive in-depth study carried out in 2007 showed that the forecast from 15 years before was only around one percent out from the actual market evolution over this ten year period. It is evident that, since the early nineties, the Paint, Coatings and related Raw Materials Industries have done an excellent job in making considerable reductions in VOC emissions through the introduction of environment-friendly coatings technologies. This has come about by continuous development of these new technologies, as one example in the area of waterborne industrial wood coatings illustrates: nowadays there are WB polyurethane products on

I sistemi resinosi o leganti sono di gran lunga il costituente principale o la linea principale di tutte le formulazioni di vernici e rivestimenti. Negli ultimi 40 anni, le aziende di vernici hanno preso lentamente coscienza del fatto che il mero utilizzo di vernici a base solvente era pericoloso e inaccettabile nella moderna società umana. La presa di coscienza è iniziata con il focalizzare la riduzione dei livelli di emissione di COV e si può dire che oggi l’industria è in grado di oﬀrire vernici a basso – o zero contenuto di COV. Di fatto, nei primi anni Settanta videro la luce nuovi sistemi di verniciatura, soprattutto vernici in polvere prive di COV. I sistemi base acqua, già ampiamente utilizzati nelle vernici a emulsione tradizionali per l’edilizia, iniziarono a farsi strada fra le vernici industriali, soprattutto nelle vernici elettroforetiche per auto. Nello stesso tempo, emulsioni prive di alchilfenolo etossilato hanno trovato ampia applicazione nelle vernici per architettura. Nei primi anni 90, si era previsto che, in Europa, le vernici industriali a base solvente sarebbero passate da una quota di mercato del 65% nel 1994 a poco più del 50%; le vernici base acqua sarebbero cresciute da una quota del 13% nel 1994 a una del 22% per il 2004; le polveri sarebbero cresciute da un 7% nel 1994 a un 10% entro il 2004; le vernici polimerizzabili per irraggiamento da un 2% a circa un 3% nel 2004 e che le vernici ad alto solido sarebbero rimaste stabili a un livello del 12-13% (rif.1). Tali dati sono stati controllati nel 2007 attraverso uno studio approfondito e esaustivo ed è risultato che il margine di errore era intorno all’1% assoluto. Da questo è evidente che, a partire dai primi anni Novanta, i settori delle vernici, dei rivestimenti e delle materie prime hanno svolto un lavoro eccellente nella riduzione considerevole delle emissioni di COV con l’introduzione di tecnologie di rivestimento a basso impatto ambientale. Citiamo solo un esempio nel settore delle vernici industriali all’acqua per legno: oggigiorno esistono sul mercato prodotti poliuretanici base acqua che asciugano più velocemente e con meno energia, ad esempio 10 minuti rispetto ai 45 minuti di 10 anni fa. La

N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio gennaio - international PAINT&COATING magazine

ANALYSIS the market that dry faster with less energy than 10 years ago; 10 minutes today vs. 45 mins. 10 years ago. The 2007 SED – Solvent Emission Directive- was the first step to transform the paint, coatings and related raw materials industries into becoming more environment-friendly. Since then, the trend in reducing the use of hazardous materials has accelerated as a result of the introduction of stricter regulations of chemicals.

The Industry It is obvious that the Paint, Coatings and related Raw Materials Industries are faced with a major challenge as to how to match and manage environment, technology and economic issues effectively. Corporate environmental responsibility and sustainability have become determining factors. Change has been, and will continue to be, a permanent factor for the global coatings industry. For the last 40 years the Industry has responded to fast changing product performance and regulatory needs in all regions and markets. Players have learnt to be agile, responsive, alert and flexible. From an economic point of view, product differentiation is a key consideration, especially during difficult economic times, and green technologies are a key driver of growth, becoming the rule rather than the exception. As a practical example, Akzo Nobel claims that about 18% of its revenue is derived from products that it has classified as eco-efficient, and has set itself a target of 30% by 2015.

Sustainability and sustainable development The global Coatings Industry is focusing on oﬀering sustainable products and solutions. The term ‘sustainable’ means that products must be capable of being produced at a steady level without exhausting natural resources or through the use of renewable natural resources that can be produced without destroying the ecological balance of an area. The ideal solution would be to combine sustainability with bio based building blocks for resin synthesis. In developing novel resin systems, the Resin industry must meet the challenge and take the opportunity to create new products with higher performance. However, a further complication in this already challenging task is that, at the moment, it seems the ‘consumer’ is not yet prepared to pay a premium, certainly not beyond five percent, for eco-friendly

Direttiva Emissione Solventi (SED – Solvent Emission Directive) del 2007 fu il primo passo per diminuire l’impatto ambientale dei settori vernici, rivestimenti e relative materie prime. Da allora, il trend nella riduzione dell’emissione di solventi ha subito un’accelerazione insieme all’introduzione di severe regolamentazioni in materia di prodotti chimici.

L’industria È ovvio che il settore delle vernici, dei rivestimenti e delle relative materie prime deve confrontarsi su come gestire ambiente, tecnologia e costi in modo efficace. Responsabilità e sostenibilità ambientale delle aziende sono diventati fattori determinanti. Il cambiamento è stato, e sempre sarà, una sfida importante per l’industria globale delle vernici. Negli ultimi 40 anni l’industria ha risposto alle richieste, in rapida evoluzione, in termini di prestazioni dei prodotti e di legislazione in tutte le regioni e i mercati. Gli attori del settore hanno imparato ad essere agili, ricettivi, vigili e flessibili. Da un punto di vista economico, la differenziazione dei prodotti è un elemento chiave specialmente duranti momenti economici difficili mentre le tecnologie verdi sono un fattore chiave di crescita, diventando la regola più che l’eccezione. Come esempio pratico ricordiamo come Akzo Nobel rivendica il fatto che circa il 18% dei loro ricavi deriva da prodotti classificati come eco-efficienti. Dal 2015 l’azienda aspira ad arrivare al 30%.

Sostenibilità e sviluppo sostenibile L’industria globale delle vernici si sta focalizzando sulle soluzioni sostenibili. Si può aﬀermare che oggigiorno l’industria deve oﬀrire prodotti e soluzioni sostenibili. La parola, oggi di moda, “sostenibile” significa: in grado di mantenersi a un livello stabile senza esaurire le riserve naturali, senza causare gravi danni ecologici e sfruttare le risorse naturali senza distruggere l’equilibrio ecologico di un’area. Idealmente sarebbe bello combinare sostenibilità ed elementi di base biologici per la sintesi di resine. In una certa misura, sostenibilità significa anche materie prime rinnovabili. Nello sviluppo di nuovi sistemi resinosi, l’industria delle resine deve cogliere l’opportunità e la sfida di creare nuovi prodotti con maggiori prestazioni. Ad ogni modo, un altro fattore dell’equazione da considerare è che al momento pare che il “consumatore” non sia realmente preparato a pagare un sovraprezzo

international PAINT&COATING magazine magazin - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

New legislations and impact on resin system developments products. The main resin companies are stressing the importance of bio renewable resources and alternatives to petroleum-based resins for the future of the coatings industry. Soybean oil-based polymers are one of the examples.

(non oltre il 5%) per i prodotti eco-compatibili. Le principali aziende produttrici di resine stanno insistendo sull’importanza di risorse biologiche rinnovabili e sulle alternative alle resine basate su derivati del petrolio per il futuro dell’industria delle vernici. Polimeri basati su olio di semi di soia sono uno degli esempi.

Bio based materials Biobased products help create non polluting paints and coatings. On the market today you can find PUR dispersions based on natural oil polyols, biopolymers as barrier coatings and green additives such as cobalt-free driers for deco paints. ExoPolysaccharides (EPS) are used as additives in anticorrosion primers. Other products include starch-based micro-particle dispersions. Bio-based powder coating resins have been presented at the COP14 UN Conference on Climate change in December 2008 at Poznan, Poland. The sector of bio solvents is still in its infancy although a market already exists in certain application sectors. In practice, bio solvents can only be used to replace a small part of petroleum-derived solvents; no more than 5 to 10% of the total solvent composition. Interesting tests are underway in coil coating formulations. Acceptance of biosolvents as a viable technical alternative for petroleum-derived solvents is not particularly widespread. The property requirements cannot yet be met by these solvents, and the higher price of biosolvents can be a major obstacle. The chemical industry has developed processes to manufacture pentaerythritol from renewable raw materials. Such processes shrink the CO2 footprint by 65% compared to the conventional process using non-renewable raw materials. If successful, the increase in the use of biorenewable alternatives to petroleum-based resins could have a huge economical and environmental impact.

Materiali biologici I prodotti bio aiutano a creare vernici e rivestimenti non inquinanti. Oggi sul mercato si possono trovare dispersioni PUR a base di polioli olio naturale, biopolimeri come vernici barriera e additivi verdi come essiccanti privi di cobalto per pitture decorative. Esopolisaccaridi (EPS) si usano come additivi in primer anticorrosivi. Altri prodotti includono dispersioni a base di micro particelle di amido. Le resini bio per vernici in polvere sono anche state presentate alla COP14 UN Conferenza sui Cambiamenti Climatici nel dicembre 2008 a Poznan, Polonia. Il settore dei solventi bio è ancora agli albori, sebbene esista già un mercato in certi settori applicativi. I solventi bio, parlando concretamente, possono essere utilizzati sono fino a un certo punto: dal 5 al 10% della composizione totale del solvente. Sono in corso test interessanti su formulazioni per coil coating. I solventi bio come alternativa tecnica fattibile ai solventi organici derivati dal petrolio non è particolarmente diffusa. I requisiti qualitativi non possono ancora essere soddisfatti da questi solventi, e il loro costo più elevato può rappresentare un grande ostacolo. L’industria chimica oﬀre pentaeritritolo derivato da materie prime rinnovabili. Tale prodotto riduce le emissioni di CO2 del 65% rispetto ai penta non rinnovabili. Le alternative bio rinnovabili alle resine derivate dal petrolio, se vincenti, potrebbero avere un enorme impatto economico ed ambientale.

Future resin systems need novel raw materials

I sistemi resinosi del futuro hanno bisogno di nuove materie prime

Today, the resin industry is obliged to use registered base raw materials, it must follow strict regulations on the types of raw materials that it can use in synthesizing new products. This can present a great opportunity for innovation. By 3 January 2011, industry had to notify the classification and labelling of all chemical substances that are hazardous or subject to registration under the REACH regulation and placed on the EU market. As of this date, the European Chemicals Agency (ECHA) has received 3,114,835 notifications of 24,529 substances

Da adesso in poi, l’industria delle resine deve seguire delle norme restrittive nella sintetizzazione di nuovi prodotti: ciò potrà costituire una grande opportunità a causa dell’obbligo di utilizzare materie prime registrate. Infatti, dal 3 gennaio 2011, l’Agenzia Chimica Europea (ECHA - European Chemicals Agency) ha ricevuto 3.114.835 notifiche di 24.529 sostanze per l’Inventario della Classificazione e dell’Etichettatura. Entro questa scadenza, l’industria doveva notificare la classificazione e l’etichettatura di tutte le sostanze chimiche pericolose o soggette a iscrizione nel rego-

N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio gennaio - international PAINT&COATING magazine

ANALYSIS for the Classification and Labelling Inventory. Reportedly, 86% came from the large corporations and 14% by the SME’s, with companies representing non-EU manufacturers, known as “only representatives”, making up 19% of the registrations.

lamento REACH e collocate sul mercato EU. Pare che l’86% provenisse dalle grandi aziende e il 14% dalle PMI. Solo le aziende rappresentanti di produttori non EU, conosciute solo come agenzie di commercio, costituivano il 19% delle registrazioni.

Collaborative partnerships

Partnership collaborative

With the coatings industry growing relatively fast, and the cost of R&D becoming very high, the only path for success is collaborative innovation between the main Players in the resin value chain. The large number of regulations and directives with a great number of related documents, including SDS-safety data sheets and Labelling and packaging issues (GHS and CLP), makes it worthwhile for everybody to collaborate. At the European level, CEFIC operates as a member of the ICCA-LRI (Long-Range Research Initiative), designed to improve the quality of chemical safety assessments.

Siccome l’industria delle vernici sta crescendo in modo relativamente veloce e il costo di R&S è diventato molto alto, l’unica via per il successo è l’innovazione collaborativa tra gli attori principali nella catena del valore delle resine. Inoltre, il vasto numero di regolamentazioni e direttive con la mole di documenti ad esse relativi, incluse schede di sicurezza, procedure di etichettatura e confezionamento (GHS e CLP), fanno in modo che valga le pena per tutti collaborare. A livello europeo, il CEFIC opera come membro dell’ICCA-LRI (Long-Range Research Initiative), designato per migliorare la qualità delle valutazioni della sicurezza dei prodotti chimici.

Smart coatings and (multi)functional coatings

Vernici intelligenti e multifunzionali

Such products can have the following properties: self-cleaning, conductive, self- healing (e.g. scratches), antimicrobial, antifouling, photochromic/thermochromic. Inorganic-organic binder compositions are becoming more and more important.

Questi prodotti possono avere le seguenti proprietà: auto-pulenti, conduttive, auto-riparanti (graﬃ, ad es.), antimicrobiche, antivegetative, fotocromatiche/ termocromatiche. Le composizioni di leganti inorganici-organici stanno acquisendo sempre maggiore importanza.

Climate and Energy

Clima ed energia

Important factors driving future European coatings development are related to Climate and Energy, nowadays these two issues go hand in hand. The EU’s Energy/Climate ‘package’ aims to reduce carbon emissions by 20%, to establish a 20% share for renewable energy and improve energy efficiency by 20 percent, all by 2020. These objectives offer companies an opportunity to develop novel coatings. As an example, in the growing renewable energy sector several companies have developed coatings for wind towers (both offshore and on shore) and turbine blades, and even for photovoltaic cells. Europe’s Plan for Economic Recovery also encourages investment in energy saving methods and the demand for environmental friendly energy saving coatings, our industry’s contribution to Sustainable Development, is relentless. In the building and construction sector this policy will stimulate an increase in the installation of EIFS insulation systems and the use of novel exterior paints.

Fattori importanti che guideranno lo sviluppo europeo futuro delle vernici sono legati alle questioni del clima e dell’energia, che oggigiorno vanno di pari passo.Il “pacchetto” EU Energia/Clima mira a ridurre le emissioni di anidride carbonica del 20%, a stabilire una quota del 20% di energia rinnovabile e aumentare l’efficienza energetica del 20%, tutto entro il 2020. Questo offre alle aziende un’opportunità di sviluppare nuove vernici. Ad esempio, varie aziende hanno sviluppato vernici per torri eoliche (sia off-shore che on-shore) per pale di turbine e celle fotovoltaiche. Nel settore dell’edilizia e delle costruzioni questa politica stimolerà un ampio uso di sistemi di finitura isolanti e di vernici per esterni innovative. Il Piano Europeo per la Ripresa Economica incoraggia gli investimenti diretti al risparmio energetico e alle energie rinnovabili, ad esempio quelle ottenute dai pannelli solari. La richiesta di vernici a basso impatto ambientale e a risparmio energetico, ossia il contributo della nostra industria allo sviluppo sostenibile, è inarrestabile.

international PAINT&COATING magazine magazin - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

New legislations and impact on resin system developments

Ref. 1. Franco Busato, Farbe + Lack, 9/1997, 103, pp. 114-116.

Nanotechnology

Nanotecnologie

The buzzword ‘nano’ must be taken with a tiny grain of salt. Silica and carbon black are nano-materials that have been used in the coatings industry for many years. Soot and iron oxide paintings have been found in Pompei that date from the early 1st century. Milli-micron silica started to be used in paints in the early fifties. Nano materials provide revolutionary properties such as increased scratch resistance, self-cleaning and self-healing coatings. Most commercial nano-materials however are macroscale nano-structured materials. Core/shell designs and hyper branched structures also have applications in coatings. A practical example is the use of nano-sized polymer particle polyurethane dispersions for wood floor coatings. Other binder systems based on a combination of polyacrylate dispersions and 21% nanosilicate particles are also being used for wood finishes. Two EU-projects, named Napoleon and Ambio, focus respectively on waterborne polymer films and the development of non-biocidal solutions to aquatic bio fouling. A new European project called HEFEST aims to develop new, halogen-free flame retardant paints. After a period of ‘hype’, the industry now faces a ‘reality’ phase. The toxicity and ecotoxicity eﬀects of nano particles on human health and the environment are being studied.

Un’altra parola di moda “nano” deve essere presa a piccole dosi. Silici e nerofumo sono nano-materiali ampiamente conosciuti. Vernici con fuliggine e ossidi di ferro si utilizzavano già a Pompei all’inizio del I Secolo. Si è iniziato a utilizzare silici nanometriche nelle vernici nei primi anni Cinquanta. I nano-materiali forniscono alle vernici proprietà rivoluzionare come resistenza al graffito, qualità autopulenti e auto-riparanti. La maggior parte dei nano-materiali, comunque, sono macroscale di materiali nano-strutturati. La progettazione core/shell e le strutture iper-ramificate hanno delle implicazioni nelle vernici di oggi. Un esempio pratico è la combinazione di particelle di polimeri nanometrici in dispersioni poliuretaniche per vernici per legno. Altri sistemi sono basati su dispersioni di poliacrilato modificato da nano silicati, contenenti il 21% di particelle di SiO2. Due progetti EU, denominati Napoleone e Ambio, si focalizzano rispettivamente su film polimerici base acqua e sullo sviluppo di soluzioni non biocidi per la vegetazione acquatica. Un nuovo progetto europeo denominato EFESTO mira a sviluppare nuove vernici intumescenti prive di alogeni. Dopo un periodo di ‘esagerato, l’industria adesso affronta una fase di ‘realtà’. Gli effetti di tossicità ed eco-tossicità di nanoparticelle sulla salute umana e sull’ambiente sono allo studio.

Recession and Innovation

Recessione e innovazione

It can be said that “recession creates a boom time for creative energy”. Indeed, crisis periods allow us to study and analyse the market and its dynamics and to prepare strategies so that we are ready when the economy turns around again. As the EU commented: “In a time of crisis, it is not the moment to take a break in R&D investments and Innovation. They are vital if Europe wants to emerge stronger from the economic crisis and if it wants to address the challenges of climate change and globalisation”.

Si può dire che “la recessione crea un periodo di boom per l’energia creativa”. In eﬀetti, i periodi di crisi ci consentono di studiare e analizzare il mercato e le sue dinamiche e di preparare strategie in modo da essere preparati quando l’economia si inverte ancora. Come ha commentanto l’EU: “Un periodo di crisi, non è il momento per prendersi una pausa dagli investimenti in R&S e in innovazione. Essi sono vitali se l’Europa vuole emergere in modo più forte dalla crisi economica e se vuole aﬀrontare le sfide dei cambiamenti climatici e della globalizzazione”.

Conclusion

Conclusione

As we can see, the European Paint, Coatings and related Raw Materials Industries are at the forefront of producing clean and environment-friendly products. Its participants are taking on the technological challenge of developing human environment-friendly products both for architectural decorative and industrial coatings uses.

Detto tutto ciò, possiamo concludere che le industrie europee del settore vernici, rivestimenti e materie prime sono in prima linea nella produzione seria di prodotti puliti e a basso impatto ambientale, cogliendo la sfida tecnologica dello sviluppo di prodotti ecocompatibili sia nel settore dei rivestimenti industriali che decorativi e per edilizia.

N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio gennaio - international PAINT&COATING magazine

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Pioneering Sustainable Change

Le resine per vernici Cytec sono pioniere nello sviluppo e produzione di vernici ad alte prestazioni. La visione di Cytec è fornire prodotti chimici speciali e tecnologie dei materiali al di là dell’immaginazione dei nostri clienti. La nostra enfasi sull’innovazione, sulla tecnologia avanzata e sulla competenza applicative ci consente di sviluppare, produrre e vendere prodotti in grado di cambiare il modo di fare business dei nostri clienti. Questi prodotti pioneristici svolgono funzioni specifiche e importanti per i nostri clienti, cui consentono di offrire soluzioni innovative alle industrie che essi forniscono. I nostri prodotti servono una gamma variegata di utilizzatori finali fra cui compositi aerospaziali, adesivi strutturali, vernici industriali e per l’industria automobilistica, prodotti chimici intermedi, elettronica, inchiostri, industria mineraria e della plastica. Per ulteriori informazioni www.cytec.com/UV/index.php

Cytec Coating Resins are the pioneers in the development and production of high performance coating solutions. Cytec’s vision is to deliver specialty chemicals and materials technologies beyond our customers’ imagination. Our focus on innovation, advanced technology and application expertise enables us to develop, manufacture and sell products that change the way our customers do business. These pioneering products perform specific and important functions for our customers, enabling them to offer innovative solutions to the industries that they serve. Our products serve a diverse range of end markets including aerospace composites, structural adhesives, automotive and industrial coatings, chemical intermediates, electronics, inks, mining and plastics. For more information visit www.cytec.com/UV/index.php

ruxelles – 7 dicembre 2010 – Cytec Industries Inc. ha lanciato UCECOAT® 7710, una resina alifatica UV-PUD innovativa per ottenere un effetto brillantezza a specchio. Grazie a questa caratteristica, questo materiale unico apre nuove prospettive per finiture trasparenti su arredo in legno e substrati plastici. Questa resina polim limerizzabile UV si distingue pe per l’elevato residuo solido e p per la resistenza al graffio o. Inoltre, UCECOAT 7710 pe permette una finitura sempli plice perché non richiede ca carteggiatura per ottenere l’e l’effetto brillantezza a specch chio. “I nostri clienti apprezzera ranno non solo la finitura molto definita che essa fo fornisce, ma anche i notevvoli vantaggi rispetto agli a altri materiali attualmente e esistenti per ottenere una b brillantezza a specchio ssu legno e materiali plasstici. In tutti i nostri test, UCE CECOAT AT 771 7 10 ha mos UCECOAT 7710 mostrato chiaramente prestazioni migliori nella sua categoria” afferma Philippe Vanvolsum, Global Marketing Manager UV/EB Curable Resins & Additives.

Aprire la strada al cambiamento sostenibile

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ANTI

CORR O S I O N E

Europolveri per dare una soluzione concreta al problema della corrosione ha formulato una serie di speciali A nticorrivestimenti polimerici organici denominati “A rosion 11” in grado di isolare le superfici metalliche trattate creando una barriera impenetrabile all’azione corrosiva. Tutti i primer “Anticorrosion 11” hanno una matrice polimerica rafforzata da cariche minerali naturali o/e sintetiche che sinergicamente determinano: eccellente resistenza chimica, elevata impermeabilità, alta resistenza elettrica, ottima adesione al manufatto in ogni punto e buona sopraverniciabilità con rivestimenti sia in polvere che di altra natura. La serie “Anticorrosion 11” comprende primer per utilizzi

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universali, primer specifici per ruote in impianto verticale e orizzontale, primer degasanti per manufatti zincati a caldo, primer ad alto spessore, primer ai fosfati di zinco ed infine un primer anticorrosivo nanotecnologico.

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SHOT-BLASTING MACHINE FOR TRUCK CONTAINERS Granigliatrice per cassoni camion

MSG - Officine Meccaniche San Giorgio SpA in Villa Cortese (Milan, Italy), manufactured one of the largest hook-shot-blasting machines currently installed in Italy and Europe. It is a hoist shot-blasting machine, with maximum weight of 10,000 Kg, suitable for the surface treatment of chassis, truck containers and dumpers, which has been installed at PRIS-MAG in Cambiago (Milan, Italy). Shot-blasting provides the surface preparation of containers prior to coating by removing oxides and other impurities with SA 2½ blast cleaning, according to ISO 8501 standards. This shot-blasting machine is able to treat pieces with a maximum length of 12,500 mm, maximum width of 4,000 mm (rotating piece). Thirteen high-productivity rapidly rotating turbines, patented by OMSG, allow a perfect cleaning of the workpiece. For further information: www.omsg.it

a OMSG - Officine Meccaniche San Giorgio SpA di Villa Cortese (MI), ha realizzato una delle più grandi granigliatrici a gancio esistenti attualmente in Italia ed in Europa. Si tratta di un impianto a paranco, con portata massima di 10.000 Kg, idoneo al trattamento di chassis e cassoni di camion e ribaltabili, realizzato presso la PRIS-MAG di Cambiago (Mi). Lo scopo della granigliatura è rimuovere ossidi ed altre impurità dai cassoni, in preparazione al successivo trattamento di verniciatura, con un grado di finitura SA 2½, conformemente agli standard della normativa ISO 8501. La granigliatrice può trattare manufatti lunghi sino a 12.500 mm, con larghezza massima, del pezzo in rotazione, pari a 4.000 mm. Tredici turbine centrifughe ad elevata produttività, brevettate da OMSG, permettono la completa pulizia dei manufatti. Per ulteriori informazioni: www.omsg.it

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ANTI

GRAFFITI

Il writing, o graffitismo, è una manifestazione sociale, culturale e artistica diffusa in tutto il mondo, basata sull’espressione della creatività tramite interventi sulle più disparate strutture; carrozze dei treni e dei metrò, panchine, e sulla maggior parte dell’arredo urbano possiamo trovare traccia di graffiti con disegni avveniristici, scritte di natura politica, sportiva o anche amorosa. Al di là della visione personale che si può avere su questo tema, il fenomeno implica un costo considerevole per riportare le superfici deturpate alla situazione originaria. Per venire incontro a questa esigenza Europolveri ha Antigraffiti 10” una serie di prodotti specifici la formulato “A cui natura chimica è un poliuretanico ad elevata reticolazione con delle maglie molto fitte che, grazie a questa loro caratteristica di uniformità, impediscono all’inchiostro dei graffiti di penetrare nella vernice e, quindi, lo rendono facilmente asportabile con l’impiego di solventi specifici per i diversi tipi di sostanza utilizzata (pennarello in-

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delebile, smalti e inchiostri di varia natura).

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by Paola Giraldo

CLARIANT MASTERBATCHES OPTS FOR X-RITE COLOUR MANAGEMENT TOOLS FOR WORLDWIDE FACILITIES IMPLEMENTATION Clariant Masterbatches sceglie gli strumenti di gestione del colore X-Rite nei suoi siti a livello globale

ith more than 50 manufacturing operations and sales offices on five continents, Clariant Masterbatches must communicate in a number of languages and service a wide range of industries. But for the world’s largest provider of colour and additive concentrates for the plastics manufacturing, no language is more important than exact communication of colour, which is why they selected the X-Rite colour management solutions.

on oltre 50 siti produttivi e commerciali sparsi in ccinque continenti, Clariant Masterbatches deve essere in grado di comunicare in diverse g lingue e di offrire servizi a una vvasta gamma di settori indusstriali. Per il maggiore fornitore a al mondo di concentrati e addittivi cromatici per la produzione d di plastica, nessun tipo di comunicazione è più importante d di quella relativa al colore, mottivo per il quale ha scelto le soluzioni di gestione del colore di X-Rite. X

Tailoring for various markets

Personalizzazione per diversi settori

“What we sell is basically a tailor-made, turnkey solution to colouring plastics for a great variety of industries,” says Patrick Emmel, head of colour communication for Clariant Masterbatches, a division of Clariant International Ltd. in Muttenz, Switzerland (fig. 1). “Colour has been added to nearly every plastic part around you – packaging, automobiles, appliances, even cables and wiring – at some point in the manufacturing process.” To help develop robust processes for its customers, Clariant Masterbatches relies on colour measurement solutions developed by X-Rite Inc., the world’s largest designer and manufacturer of colour measurement instruments and software. X-Rite provides benchtop spectrophotometers and Color iMatch software that can precisely determine the constituent colours that make up even the most complex hue, as well as software package called NetProfiler that can calibrate instruments remotely so all companies in a supply chain can produce and share reliable data.

“Ciò che vendiamo è in sintesi una soluzione personalizzata, chiavi in mano, per la colorazione della plastica in una vasta gamma di settori”, spiega Patrick Emmel, direttore comunicazione cromatica di Clariant Masterbatches, una divisione di Clariant International Ltd. con sede a Muttenz, in Svizzera (fig. 1). “Si è sempre aggiunto del colore a qualsiasi elemento plastico che ci circonda – imballaggi, automobili, macchinari, addirittura cavi e fili – a un certo punto del processo produttivo”. Per aiutare i propri clienti a sviluppare processi di qualità costante, Clariant Masterbatches si affida alle soluzioni di misurazione del colore create da X-Rite Inc., il più grande produttore mondiale di strumenti e software per la misurazione del colore. X-Rite fornisce spettrofotometri da tavolo e il software Color iMatch in grado di identificare con precisione i colori che compongono anche la tonalità più complessa, nonché il pacchetto software NetProfiler in grado di calibrare gli strumenti in remoto, in modo tale che tutte le aziende facenti parte della filiera produttiva siano in grado di produrre e condividere dati affidabili.

Worldwide customer service guaranteed

Assistenza ai clienti garantita in tutto il mondo

With 3,500 employees worldwide, Clariant Masterbatches first works with a customer to completely understand the application of the product, plastic resin used, additives, equipment and how precisely colours must match between locations or markets. Through its years in serving the plastics industry, the company has accumulated various types of production equipment used at its technical facilities to produce prototype parts or samples. With thousands of customers worldwide, Clariant Masterbatches

Con 3.500 dipendenti in tutto il mondo, Clariant Masterbatches inizialmente lavora con un cliente per conoscere bene l’applicazione del prodotto, la resina plastica, gli additivi, le attrezzature utilizzate e la precisione con cui i colori devono corrispondere tra le diverse sedi o mercati. Nel corso dei molti anni di attività nel settore della plastica, l’azienda si è dotata di diversi tipi di attrezzature di produzione che vengono utilizzate presso i suoi impianti tecnici per la creazione di prototipi o di campioni. Con migliaia

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EFFETTI

SPECIALI

Un “effetto”, per essere “speciale”, oltre a spiccate qualità intrinseche ed applicative, deve saper stupire per l’originalità, la cromaticità e la capacità di attrarre e di dare emozioni. Europolveri offre una gamma di vernici in polvere che, oltre a 1.800 toni cromatici, comprende anche più di 240 EFFETTI SPECIALI (bucciati, metallizzati, puntinati, martellati, trasparenti e raggrinzati) destinati ad impieghi in architettura per interni ed esterni, beni strumentali, prodotti industriali, oggetti, prodotti d’arredo ed altro. Europolveri vi sorprenderà anche per gli oltre 800 prodotti disponibili a stock, per la capillare organizzazione logistica, per la disponibilità e la competenza nel formulare colori e prodotti specifici “su misura” finalizzati alle esigenze della clientela e, soprattutto, per l’impegno nella ricerca tecnologica e nell’affrontare e risolvere sinergicamente con l’utilizzatore tutte

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le problematiche tecnico applicative.

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develops approximately 80,000 colours annually that can range from a simple black to sophisticated metallic flake and pearlescent colours, Emmel says, and the company stores about one-third of those formulations in its massive database for future reference (fig. 2). During development of a plastic formulation and process, Clariant Masterbatches identifies and defines the colour standard that a customer wants to achieve, then runs tests with pigments and resins to replicate that colour (fig. 3). The resulting samples are then compared using spectrophotometers and X-Rite software against the agreed upon standard. Armed with this precise data, Clariant Masterbatches is able to quickly develop a process for customers that satisfies or is very close to meeting all specifications when a finished sample is run on a piece of equipment or assembly line for final approvals, which can be a very expensive proposition.

di clienti in tutto il mondo, Clariant Masterbatches sviluppa circa 80.000 colori all’anno, che vanno da un semplice nero a sofisticate verniciature flake metalliche o a colori perlescenti, e l’azienda archivia circa un terzo di tali formulazioni nel suo immenso database come riferimento futuro (fig. 2), spiega Emmel. Nel corso dello sviluppo di una formulazione plastica e della sua elaborazione, Clariant Masterbatches identifica e definisce lo standard cromatico che un cliente desidera ottenere, quindi svolge dei test con pigmenti e resine per riprodurlo (fig. 3). I campioni che ne risultano sono quindi messi a confronto con lo standard concordato utilizzando gli spettrofotometri e il software X-Rite. Con questi dati precisi, Clariant Masterbatches è in grado di sviluppare rapidamente un processo che soddisfa, o che è molto vicino a soddisfare, tutte le specifiche indicate al momento della produzione di un campione finito su una macchina o linea di assemblaggio per l’approvazione finale, che può essere un’operazione molto costosa.

Complementary companies

Aziende complementari

One advantage Clariant Masterbatches has over its competition is its presence in virtually every industrialized country in the world: another reason why his company selected X-Rite when it decided to modernize its colour measurement processes -, Emmel says. As the world leader in colour measurement, X-Rite has sales and service offices that cover Europe, the Americas, Asia, the Middle East and Africa. Many of its software packages are translated into native languages, and its sales and technical staff are familiar with doing business in any region of the world. Mr. Roland Nikles, Sales Director Export at X-Rite, summarizes how X-Rite assists its customers in colour assessment: “We offer a full suite of solutions that deals with every aspect of precise colour measurement, including viewing booths that illuminate samples under exact lighting, and tests to check whether an individual has any colour vision deficiencies.” Multinational corporations that manufacture and sell in many countries expect vendors such as Clariant Masterbatches and X-Rite to provide seamless and reliable communication between far-flung facilities and vendors.

Uno dei vantaggi di Clariant Masterbatches rispetto alla concorrenza è la sua presenza praticamente in qualsiasi paese industrializzato del mondo: un altro motivo per cui l’azienda ha selezionato X-Rite quando ha deciso di modernizzare i propri processi di misurazione del colore, spiega Emmel. In quanto leader mondiale dei processi di misurazione del colore, X-Rite dispone di uffici commerciali e di assistenza per l’Europa, le Americhe, l’Asia, il Medio Oriente e l’Africa. Numerosi dei suoi pacchetti software sono stati tradotti in diverse lingue, e il suo staff tecnico e addetto alle vendite è abituato a operare in qualsiasi regione del mondo. Roland Nikles, direttore alle vendite per X-Rite, illustra il modo in cui X-Rite assiste i propri clienti nella verifica del colore: “Offriamo una gamma completa di soluzioni che affronta ogni aspetto della misurazione precisa del colore, tra cui cabine di valutazione che illuminano i campioni con le precise condizioni richieste e test per verificare se una persona presenta difficoltà di visione dei colori”. Le multinazionali che producono e vendono in numerosi paesi si aspettano che i rivenditori come Clariant Masterbatches e X-Rite forniscano una comunicazione affidabile e senza intoppi tra i centri dislocati e i rivenditori.

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by Paola Giraldo

INNOVATIONS IN NON-STICK COATINGS Innovazioni nei rivestimenti antiaderenti

hitford presents three exciting new developments to the professional audience attending the Frankfurt Ambiente from February 11th – 15th, 2011: The ceramic coating FUSION® rounds off the range of hard-wearing non-stick coatings manufactured by Whitford. Quantum®350, a new 1- coat system has been developed for small electronic appliances such as contact grills. Last, but not least comes the successful transfer of our ETERNA® coating-technology to other application methods and product ranges. Here the main focus lies on coated bakeware and roasting tins produced from coil. As one e of the leading companies in this branch of industry, ord continuously strives to o increase th Whitford the quality ariety of the products we produce. In 2010, and variety ord invested again extensively sive in R&D to gain new Whitford

hitford presenta alcune entusiasmanti novità al pubblico professionale presente alla manifestazione Ambiente, a Francoforte dall’11 al 15 febbraio 2011: il rivestimento ceramico Fusion®, che completa la gamma di rivestimenti antiaderenti prodotti da Whitford; Quantum®350, un nuovo sistema a mano unica sviluppato per piccoli elettrodomestici, come griglie di piani cottura; infine, la tecnologia di rivestimento Eterna® che è stata estesa con successo ad altri metodi di applicazione e ulteriori gamme di prodotti, in particolare per il settore bakeware e delle teglie da forno prodotte dal coil. In qualità di azienda leader nel settore dei rivestimenti antiaderenti, Whitford ssi impegna a migliorare continuamente mente la varietà e la qualità dei propri prodotti odotti. Nel 2010, Whitford ha prodotti. co continuat ato ad investire in ricerca e continuato

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market shares and to strengthen its position in this sector. A series of strict internal and external tests ensure that all new developments are extensively evaluated before their market release. The results can’t be ignored! Ceramic coatings are increasing in popularity. With the youngest generation of FUSION®, Whitford is now offering an advanced ceramic non-stick coating with decisive advantages over existing competitive products on the market. These are in many cases – due to the chemical composition and the variety of components – difficult to mix and to apply. The smallest of mistakes within any of these processes can lead to rejects and complaints. Whitford has simplified the application process. The 2-coat ceramic system FUSION® requires only 2 components each for both base- and topcoat. Another important advantage lies in the extended shelf life and usability compared to other ceramic coatings. Quantum®350 is the new development of a cost-effective 1-coat system, which equals the quality of a 2-coat system. It is distinctly more resistant and maintains its non-stick properties much longer than a conventional 1-coat system. In the widely-used „dry-egg test” Quantum®350 achieved 2-3 times better test results than many other competitive products. It also passed the “burnt-milk test” with flying colours. Another Whitford objective was to overhaul and optimize its range of coil-coatings. The whole portfolio of coil products was overhauled and re-evaluated. For example our coating ETERNA®: it is functional, long-lasting and has an outstanding price-performance ratio that is attractive to manufacturers, importers and consumers alike. After a successful introduction on cookware products, Whitford is rapidly expanding its uses to other application techniques and product categories. ETERNA® also achieves excellent test results, when applied on coil, baking forms and roasting tins. Visit Whitford at Ambiente – hall 3.0, Stand F40. For more information: www.whitfordww.com

by Paola Giraldo

sviluppo per guadagnare nuove quote di mercato e rafforzare la propria posizione nel settore. Una serie di test rigorosi, interni ed esterni, assicura che tutte le nuove tecnologie siano ampiamente valutate prima del loro lancio sul mercato. I risultati non possono essere ignorati! I rivestimenti ceramici stanno aumentando la propria popolarità. Con l’introduzione del prodotto più recente, Fusion®, oggi Whitford è in grado di offrire un rivestimento ceramico antiaderente all’avanguardia, che presenta vantaggi notevoli rispetto ai prodotti della concorrenza presenti sul mercato. Questi prodotti in molti casi – per la loro composizione chimica e la varietà dei componenti – sono difficili da preparare e da applicare. Il minimo errore durante uno di questi processi può condurre a resi e reclami. Whitford ha semplificato i processi di applicazione. Il sistema ceramico Fusion® a due mani ha bisogno solo di due componenti, sia per la base che per la finitura. Un altro vantaggio importante è dato dalla maggiore vita utile del prodotto e dalla sua fruibilità rispetto ad altri rivestimenti ceramici. Quantum®350 è il nuovo sistema mano unica che, con un ottimo rapporto costo-prestazione, eguaglia la qualità di un sistema a due mani. È decisamente più resistente e mantiene le sue proprietà antiaderenti più a lungo di un sistema mano unica convenzionale. Nel “dry-egg test”, largamente utilizzato, Quantum®350 ha ottenuto risultati 2 – 3 volte migliori, rispetto a molti altri prodotti della concorrenza. Ha superato brillantemente anche il “burntmilk test”. Un altro obiettivo di Whitford è stato quello di ottimizzare la propria gamma di prodotti vernicianti per l’applicazione su coil. L’intero portafoglio di prodotti per coil è stato riorganizzato e migliorato. Per esempio il rivestimento Eterna®: è funzionale, dura a lungo ed ha un eccezionale rapporto qualità-prezzo che lo rende interessante per produttori, importatori e consumatori. Dopo la sua introduzione con successo nel cookware, Whitford sta estendendo rapidamente la potenzialità del prodotto ad altre tecniche applicative e categorie di prodotti. Eterna® ottiene anche eccellenti risultati nei test, quando applicato su coil, stampi e teglie da forno. Visitate lo stand Whitford ad Ambiente - padiglione 3.0, Stand F40. Per ulteriori informazioni: www.whitfordww.com

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ipcm INTERNATIONAL PAINT&COATING MAGAZINE

N°7 - January

... On the road to IPCM n. 07... ...Verso IPCM n. 07...

Located in the old city a good hotel to do business in Turkey. Un punto di appoggio nella città vecchia per fare business in Turchia.

GUS celebrates its 60° anniversary and leaves its historical seat in Palazzo Serbelloni, Milan: we were there! Il GUS celebra il proprio 60° anniversario e lascia la storica sede di Palazzo Serbelloni a Milano: noi c’eravamo!

A conference to discuss about environmentally friendly paints in the anti-corrosion field. Un convegno per fare il punto della situazione sulle pitture a basso impatto ambientale mell’anticorrosione.

Invitation to the 9th BYK Gardner User Meeting “Color and Appearnce Harmony” Bad Tölz in Germany, November 16/17, 2010 An exchange of experiences in the field of colour and appearance control to achieve “top” surface quality. Scambio di esperienze nel settore del controllo del colore e dell’aspetto per ottenere superfici di alta qualità.

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

Photo: GfO,Gesellschaft für Oberflächentechnik

CLEAR VIEWS_INLINE PRETREATMENT OF DISPLAY FASCIAS WITH ATMOSPHERIC PLASMA Visioni nitide: pretrattamento in linea con plasma atmosferico di schermi per cruscotti Inès A. Melamies,

rilliant, scratch-resistant surfaces on highgrade plastic display windows can only free journalist, be produced by costly coating processes after Bad Honnef, Germany injection moulding. A South German manufacturer pretreats Peter Langhof, components with atmospheric plasma, which Market Manager Electronics strongly improves adhesion properties and brings at Plasmatreat GmbH, Germany the coating’s appearance to perfection. Wherever there is vibration or motion – be it in car radios or vehicle computers, mobile phones, pocket calculators or in laptop monitors – electrical contact in electronic displays is established by a sheet that was applied by heat sealing. This film flexibly connects the PCB to the contact surface, which usually consists 1 of two thin glass panes. Electronic car displays Thanks to LCDs and other types of displays, a must be protected by high quality display fascias. car’s instrument panel has grown to resemble a I display elettronici delle plane cockpit over the past 20 years. The sensitive auto devono essere components inside the vehicle are protected by a protetti da schermi very thin plastic front pane, the display fascia. plastici di alta qualità. 20 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

uperfici brillanti e resistenti ai graﬃ su schermi in plastica di alta qualità si possono ottenere solo con costosi processi di rivestimento dopo lo stampaggio ad iniezione. Un produttore della Germania meridionale pretratta i componenti con plasma atmosferico, che migliora notevolmente le proprietà di adesione e porta l’aspetto del rivestimento alla perfezione. Dovunque ci sia vibrazione o moto – nelle radio o nei computer di bordo delle auto, telefoni cellulari, calcolatrici portatili o monitor di computer portatili – il contatto elettrico nei display elettronici è stabilito da una lamina sigillata a caldo. Questo film connette in modo flessibile il circuito stampato (PCB) alla superficie di contatto, che solitamente consiste di due pannelli sottili. Grazie agli LCD e ad altri tipi di schermo, negli ultimi 20 anni il pannello di strumentazione di un’auto si è evoluto fino ad assomigliare alla cabina di pilotaggio di un aereo. I componenti sensibili all’interno del veicolo sono protetti da un lastra di plastica molto sottile, lo schermo del cruscotto.

FOCUS ON TECHNOLOGY

Photo GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik

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One of the leading experts in the area of refinement or plastics surfaces, GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik GmbH in SchwäbischGmünd, planned three years ago to introduce a new inkjet technique named Selectacoat. For this process a new unit to varnish plastics display fascias was to be constructed. The plan was that the entire painting process taking place in a cleanroom should proceed at higher speed and under fully automated and environmentally friendly conditions.

In the GfO cleanroom 1 the workpieces are manually input and collected. In cleanroom 2 (right) the displays are pretreated in-line by plasma under normal atmospheric pressure before they are painted. Nella camera bianca 1 di GfO i pezzi da trattare sono immessi e raccolti manualmente. Nella camera bianca 2 (destra) gli schermi sono pretrattati in linea con plasma a pressione atmosferica prima della verniciatura.

Una delle aziende con maggior esperienza nel campo della finitura delle superfici plastiche, la GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik GmbH a Schwäbisch-Gmünd, tre anni fa pianificò l’introduzione di una nuova tecnica a getto di inchiostro chiamata Selectacoat. Per introdurre questo processo si doveva costruire una nuova unità di verniciatura per gli schermi plastici dei cruscotti. Secondo i piani, l’intero processo di verniciatura, che avveniva in camera bianca, avrebbe dovuto procedere ad una velocità maggiore, in condizioni di completa automazione e con un basso impatto ambientale.

Key issue: Which pretreatment method? One of the main aspects was the question of which pretreatment method to use, because unless the manufacturer thoroughly cleans and activates the plastics parts before varnishing can he be sure of the varnish to adhere and the surface to remain flawless at long term. The manual pretreatment carried out up to that point manually by means of alcohol and soft cloths, was to be replaced by a reproducible, high-quality and fully automated pretreatment technique suitable for in-line processes. Several techniques were dismissed, some of them for their high operating costs. Neither could plasma cleaning in a low pressure process (vacuum chamber) be applied, since this technique is suited rather for batch manufacturing than for this new type of in-line production. Finally GfO found the solution at Plasmatreat GmbH, Steinhagen, Germany, the developer of the Openair atmospheric-pressure plasma technology.

L’elemento chiave: quale metodo di pretrattamento? Uno degli aspetti principali riguardava la tipologia di pretrattamento da utilizzare, poiché se il produttore non pulisce e attiva accuratamente le parti plastiche prima della verniciatura, come può avere la certezza che l’adesione della vernice rimanga impeccabile a lungo? Il pretrattamento manuale eseguito, fino a quel momento, con alcol e panni morbidi, doveva essere sostituito da una tecnica di pretrattamento riproducibile, ad alta qualità, e completamente automatica adatta ai processi in linea. Diverse tecnologie furono scartate, alcune di loro a causa degli elevati costi operativi. Tantomeno si poteva utilizzare la pulizia al plasma in un processo a bassa pressione (in vuoto), dal momento che questa tecnica è più adatta alla produzione per lotti che alla produzione in linea. Alla fine GfO ha trovato la soluzione con Plasmatreat GmbH, di Steinhagen, Germania, lo sviluppatore della tecnologia Openair di plasma a pressione atmosferica.

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

Clear Views_Inline pretreatment of display fascias with atmospheric plasma 3

A rotation jet pretreats the entire plastic surface of the front pane without contact. The atmospheric plasma hits the surface almost at the speed of sound, while causing no thermal damage to the material.

4 © GfO Gesellschaft für Oberflächentechnik

Un getto rotante pretratta l’intera superficie plastica del fronte del pannello anteriore senza contatto. Il plasma atmosferico colpisce la superficie quasi alla velocità del suono, senza causare danni termici al materiale.

Colored display fascia for air conditioning system. Treating the panes with plasma at atmospheric pressure leads to spotless optics and optimum adhesion of the scratch-proof coating.

Schermi da cruscotto colorati per sistemi di climatizzazione. Il trattamento dei pannelli con plasma a pressione atmosferica porta ad avere una superficie impeccabile e un’adesione ottimale del rivestimento anti graﬃo.

The solution: In-line plasma

La soluzione: plasma in linea

This plasma process patented as early as 1995 is applied worldwide to pretreat material surfaces in almost every industrial sector today. It is environmentally friendly and needs no costly vacuum chamber like used in a low-plasma-process. The technique works under normal air conditions. Its particular feature is that the plasma beam emitted by jets is electrically neutral which considerably enhances and simplifies applicability. Its intensity is so high that treatment speeds of several 100 m/min can be achieved. The plastics surface typically heats up by less than 30°C while treated. The system is outstanding for its multiple eﬀects: it activates the surface by targeted oxidation, thus multiplying surface tension. As a result, values over 72 mN/m are possible with many plastics materials.

Questo processo al plasma, brevettato fin dal 1995, è oggi applicato in tutto il mondo per pretrattare le superfici dei materiali in quasi tutti i settori industriali. È a basso impatto ambientale e non necessita di una camera sottovuoto come nel sistema a bassa pressione. Il processo opera in condizioni atmosferiche normali. La sua particolare caratteristica è che il raggio al plasma emesso dai getti è elettricamente neutro il che lo potenzia considerevolmente e ne semplifica l’applicabilità. La sua intensità è così alta che si possono raggiungere velocità di 100 m/min. Tipicamente, la superficie plastica si riscalda a meno di 30° C durante il trattamento. Il sistema è eccezionale per i suoi effetti multipli: attiva la superficie con un’ossidazione mirata, moltiplicando in questo modo la tensione superficiale. Ne risulta che si possono raggiungere valori superiori a 72 mN/m con molti materiali plastici.

New Surface properties

Nuove proprietà superficiali

“Apart from other benefits, our plasma technique, with its high level of activation, enables manufacturers to create surfaces with perfectly new characteristics,” says Christian Buske, CEO of Plasmatreat Group. “This process makes it possible for such substrates to adhere, that could not be joined before. Consequently, watery or, in many cases, UV-based adhesive agents can stick to highly adhesion-resistant surfaces, such as non-polar plastics. Even plastics that had been regarded as

“Oltre ad altri benefici, la nostra tecnologia al plasma, con il suo elevato livello di attivazione, consente ai produttori di creare superfici con caratteristiche perfettamente nuove,” aﬀerma Christian Buske, CEO di Plasmatreat Group. “Questo processo consente l’adesione di substrati che in precedenza non potevano essere uniti. Di conseguenza in molti casi, agenti adesivi acquosi o UV, possono aderire a superfici altamente resistenti all’adesione, ad esempio materiali plastici non polari. Anche materiali plastici considerati fino ad oggi incompatibili, adesso pos-

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FOCUS ON TECHNOLOGY 5

Following microscopic cleaning and intense activation by plasma treatment, the plastics are given their scratch-proof coating in the varnishing unit. Successivamente al lavaggio microscopico e all’intensa attivazione a mezzo plasma, alle parti plastiche è applicato un rivestimento antigraﬃo nell’unità di verniciatura. 5

incompatible until today can now be joined. Treatment is generally consistent, parameters are reproducible and can be verified by process monitoring.”

sono essere uniti. Il trattamento è generalmente costante, i parametri sono riproducibili e possono essere verificati attraverso il monitoraggio del processo.”

Display Fascias – Function and Production

Schermi per cruscotto – funzione e produzione

Whether transparent clear or colored the small flat plastic pane from polycarbonate (PC) or polymethylmethacrylat (PMMA) hides highly complex information centers, displays to visualize information, dozens of control lights, navigation and communication systems. The inserted front display fascia is fixed permanently to the casing by adhesion bonding. On the one hand, the display fascia protects the delicate technology from manual damage and the infiltration of dirt, humidity and dust. On the other hand, it allows the troublefree withdrawal of the actual display unit from the rear of the housing in case of repair. A disadvantage of such display windows is that polycarbonate is easily scratched and that depending on the angle of incidence of the light unwanted reflections may occur making it diﬃcult to read the data. To counteract such eﬀects, GfO applies a scratch-proof coating that, moreover, does not only resist chemical impact from detergents, but gives intense deep gloss to colored parts. The level of cleanness of the injection molded components arriving at the coating works is required to be very high. Nevertheless, by being exposed to the ambient air, it often cannot be avoided that dust particles deposit on the surface. It is therefore indispensable for the components to undergo a pre-treatment.

Sia trasparente che colorato, il piccolo pannello di plastica piano di policarbonato (PC) o polimetilmetacrilato (PMMA) nasconde centri di informazione molto complessi, schermi per visualizzare le informazioni, dozzine di luci di controllo, sistemi di navigazione e comunicazione. Lo schermo anteriore inserito nel cruscotto è fissato alla plancia in modo permanente tramite incollaggio. Da un lato, lo schermo del cruscotto protegge la delicata tecnologia dai danni manuali e dall’infiltrazione di sporco, umidità e polvere. Dall’altro lato, consente di prelevare senza problemi l’effettiva unità schermo dal retro della plancia in caso di guasto. Lo svantaggio di un tale schermo è che il policarbonato si graffia facilmente e che, a seconda dell’angolo di incidenza della luce, possono verificarsi riflessi indesiderati che rendono difficoltosa la lettura dei dati. Per contrastare questi effetti, GfO applica un rivestimento resistente al graffio che non solo resiste all’impatto chimico dei detergenti, ma attribuisce anche un’intensa brillantezza alle parti colorate. Il grado di pulizia dei componenti stampati ad iniezione, in arrivo sull’impianto di verniciatura, deve essere molto elevato. Nonostante ciò, essendo esposti all’aria aperta, spesso è impossibile evitare il deposito di particelle di polvere sulla superficie. È quindi indispensabile pretrattare i componenti.

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

Clear Views_Inline pretreatment of display fascias with atmospheric plasma

By integrating the plasma unit into the varnishing line, the process can not only be automated entirely, but also be made reproducible and much more environmentally friendly. Con l’integrazione dell’unità plasma nella linea di verniciatura, non solo è stato possibile automatizzare interamente il processo ma anche renderlo riproducibile e minor impatto ambientale.

Optimum integration into the process

Integrazione ottimale nel processo

The painting process at GfO takes place in two cleanrooms, one inside the other. Located in the outer cleanroom are the conveyor system carrying the empty product transporters, the manual insertion and removal stations and the automatic control system by means of image processing. The automatic coating process itself proceeds in a second room of an even higher cleanroom class. Initial precleaning to remove relatively coarse soiling is followed by atmospheric-pressure plasma pretreatment. A rotary jet specially designed for gentle all-over treatment conveys the plasma at almost the speed of sound onto the surface and immediately afterwards the finely cleaned and highly activated plastic parts are given their scratch-resistant coating in the painting station. In a flash-oﬀ section the paint can relax. Due to the high surface tension achieved by the plasma treatment the paint forms a homogeneous film. In a final step the paint is UV-cured before the display fascias leave the inner cleanroom and are transported to final quality control.

Alla GfO il processo di finitura avviene in due camere bianche, una all’interno dell’altra. Nella camera bianca più esterna vi sono: il sistema di trasporto che porta le bilancelle di carico, le stazioni di carico e scarico manuali e il sistema di controllo automatico attraverso elaborazione di immagini. Il ciclo automatico d’applicazione della vernice è eseguito in una seconda camera con un livello di sterilità ancora più alto. Un prelavaggio iniziale, atto a rimuovere lo sporco relativamente grossolano, è seguito da un pretrattamento al plasma atmosferico. Un getto rotante, appositamente progettato per fare un trattamento generale leggero, conduce il plasma, quasi alla velocità del suono, sulla superficie; subito dopo si applica alle parti plastiche, finemente pulite e altamente attivate, un rivestimento resistente al graﬃo nella stazione di verniciatura. Nella zona di appassimento la vernice può distendersi. Grazie all’alta tensione superficiale ottenuta con il trattamento al plasma la vernice forma un film omogeneo. La fase finale del ciclo è la polimerizzazione UV della vernice, prima che gli schermi del cruscotto lascino la camera bianca più interna e siano trasportati al controllo qualità finale.

Simple start-up

Un avviamento semplice

After an eight-week test phase GfO had decided to base the new installation from the outset on the technology supplied by Plasmatreat. In January 2007 the serial plant started production. Here, solely for the automotive industry, thousands of plastic plates a year are pretreated with plasma and coated with scratch-proof varnishing. To these are added large quantities of display fascias for other sectors such as medical

Dopo una fase di test durata otto settimane, GfO decise di basare fin dall’inizio il nuovo impianto sulla tecnologia fornita da Plasmatreat. Nel gennaio 2007 l’impianto ha iniziato la produzione in serie. Qui, per la sola industria automobilistica, ogni anno migliaia di lastre in plastica sono pretrattate con il plasma e sono rivestite con una verniciatura resistente al graffio. A queste si aggiungono una vasta quantità di schermi per altri settori come ad esempio quello del-

24 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

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A non-polar plastic surface that was pre-treated as a function of distance and speed with plasma. Treatment renders the surface polar and the surface tension rises to >72 mN/m with a large processing window.

Come risultato del nuovo processo di pretrattamento, i dirigenti di GfO oggi possono concludere che gli scarti sono stati notevolmente ridotti, la velocità del processo è aumentata e l’eﬃcienza economica generale è notevolmente maggiore. Oltre all’impiego della nuova tecnologia a getto d’inchiostro, ha contribuito a raggiungere questo risultato il pretrattamento con plasma a pressione atmosferica. Il processo sostituisce i metodi chimici precedentemente utilizzati e, facendo questo, assicura migliori condizioni ambientali del luogo di lavoro. il processo, inoltre, è anche convincente in relazione alla flessibilità richiesta: per ogni prodotto si possono definire parametri individuali di processo (distanziamento, potenza, velocità). Solo il punto operativo ottimale per il getto di plasma è specificato. Un piacevole eﬀetto collaterale enfatizzato da GfO è che il sistema Openair è decisamente più semplice da mantenere. Secondo il direttore commerciale di GfO, Norbert Weiss: “Il sistema al plasma semplicemente funziona, funziona e funziona.”

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Conclusioni

As a result of the new pre-treatment process managers at GfO can conclude today that rejects have been reduced considerably, the speed of the process has been increased and overall far greater economic eﬃciency has been achieved. Apart from the new inkjet process the greatest contribution to this has been made by pretreatment with atmospheric-pressure plasma. The process replaces earlier chemical processes and in doing so additionally ensures improved environmental conservation at the workplace. The process is also persuasive with regard to the necessary flexibility: for each product individual parameters (spacing, power, speed) can be defined. Only the optimum operating point for the plasma jet is then specified. A pleasant side-eﬀect emphasised by GfO is that the Openair system is distinctly easy to maintain. According to GfO’s Sales Manager, Norbert Weiss: “The plasma system runs simply and runs and runs.”

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Source: Wirtgen

POWDER COATING LARGE PARTS EFFICIENTLY. OVEN FOR CONSTRUCTION MACHINES Verniciare a polvere con efficienza pezzi di grandi dimensioni. Forni per macchine da cantieri stradali Jochen Keinath, VOLLERT Anlagenbau GmbH, Weinsberg, Germany

t Wirtgen GmbH in Windhagen, parts weighing up to 30 tons are freely suspended and coated. The steel structure of the 230 °C ovens is entirely separate from the transport steel area to prevent energy loss and requires a special drive system to be used. Friction wheels enable a gap of up to 70 cm to be bridged, even when carrying very heavy loads, are wear-free and do not need explosion protection. The system was designed and built by Vollert Anlagenbau. Up to 30-ton parts, 230 °C ovens, 70 cm gap bridging – there is no shortage of words to describe the world‘s first double-track overhead conveyor for painting and powder coating.

28 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

lla Wirtgen GmbH di Windhagen, i pezzi pesanti oltre 30 ton sono sospesi liberamente e verniciati. La struttura in acciaio dei forni a 230 °C è completamente separata dall’area del trasportatore in acciaio per prevenire perdite di energia e richiede l’utilizzo di uno speciale sistema di trasmissione. Le ruote di frizione consentono di colmare un varco fino a 70 cm, anche trasportando carichi molto pesanti, sono prive di usura e non richiedono protezione dalle esplosioni. Il sistema è stato progettato da Vollert Anlagenbau. Pezzi fino a 30 ton, forni a 230 °C, superamento di varchi di 70 cm: tutto questo non è suﬃciente a descrivere il primo trasportatore aereo a doppio binario al mondo per verniciare a polvere e a liquido

FOCUS ON TECHNOLOGY 1

Optimal explosion protection: The friction wheel drives for transporting and the hoists (yellow) are located outside the painting and powder coating booths. Protezione ottimale dalle esplosioni: le trasmissioni a ruote frizione per il trasportatore e i paranchi (gialli) sono posizionate all’esterno delle cabine di verniciatura a liquido e polveri.

Superlatives and large parts are an everyday occurrence at Wirtgen GmbH, however, which manufactures cold milling machines and cold and hot recyclers for road construction. In just under 50 years, the Windhagen company has gone from being a „one-man operation“ to the world‘s market leader with 4,500 employees, four factories in Germany, and additional production locations in Brazil, the USA, and China. The Wirtgen Group also includes mechanical engineering firms Joseph Vögele, Hamm, and Kleemann, all of which are renowned manufacturers of high-quality mobile machines and plants used in road construction and mining and processing mineral resources. The new plant in the main factory on the A3 between Cologne and Frankfurt is used primarily to coat special-purpose mobile machines for the surface mining, cold recycling, and slipform paver product lines. The individual components of these large assemblies are transported freely suspended when they are coated to make it easier to access and paint the parts and to expedite the flow of materials. These are just some of the benefits over floor-bound designs.

pezzi estremamente pesanti. Pezzi di grosse e grossissime dimensioni sono ordinaria amministrazione alla Wirtgen GmbH, che produce macchine per la fresatura a freddo e per il riciclo a freddo e a caldo usate per la costruzione di strade. In 50 anni di attività, l’azienda di Windhagen si è trasformata da ditta individuale a leader mondiale del mercato con 4.500 dipendenti, quattro stabilimenti in Germania, e ulteriori unità produttive in Brasile, Stati Uniti, e Cina. Il Gruppo Wirtgen include anche le aziende meccaniche Joseph Vögele, Hamm, e Kleemann, costruttori di macchine e impianti semoventi di alta qualità utilizzati per la costruzione di strade e per l’estrazione e trasformazione di risorse minerarie. Il nuovo impianto, installato nello stabilimento principale situato lungo l’autostrada A3 tra Colonia e Francoforte, è utilizzato principalmente per verniciare macchine semoventi destinati ad usi speciali all’interno delle linee di prodotto per scavi superficiali, riciclo a freddo, e casseri scivolanti. I singoli componenti di questi assemblati di grandi dimensioni, sono trasportati verso l’impianto di verniciatura in sospensione libera, per facilitare l’accesso e la verniciatura delle parti e per accelerare il flusso dei materiali. Questi sono solo alcuni dei vantaggi di questo sistema rispetto ai sistemi a terra.

Overhead Transport of Extremely Heavy Parts

Trasporto aereo di componenti estremamente pesanti

“Overhead transport systems are a practical solution for coating plants, yet most of the

“I trasportatori aerei rappresentano una soluzione pratica per gli impianti di verniciatura, dal momento

Opening photo: the new plant at Wirtgen is used to coat mobile cold recycling mixers, among other machines. The mixers produce cold mixes with binding agents for resurfacing roads by preparing recycled material, such as milled material, in an environmentally-friendly manner. Foto d’apertura: alla Wirtgen il nuovo impianto è usato per verniciare, fra le altre macchine, miscelatori mobili per riciclo a freddo. I miscelatori producono miscele a freddo con agenti leganti per ripavimentare le strade a basso impatto ambientale con materiale riciclato, ad esempio materiale fresato.

international PAINT&COATING magazine magazin - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

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DESIGN

QUALITY

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An overhead loading and unloading manipulator with hoister, at the front end of the plant, transports the work pieces between the blasting and preparation areas.

systems available are not designed to take loads of 6 to 8 tons”, explains Dieter Schnell, project manager at Vollert Anlagenbau. “This is why we developed a new system for overhead plants that is capable of transporting up to 50 tons without individual drives on the transport units. As a result, the coating cabins and ovens do not need to be supplied with electric power – the best form of explosion protection.” To this end, the intralogistics specialists at Vollert applied the principle of the heavy-duty overhead conveyor as used in the building materials sector, since they also develop conveyors for precast concrete factories in addition to systems for the metal and aluminium industry. The defining feature of the design is the drive, which uses stationary friction wheels in place of electric drives on the transport units to move the work pieces at regular intervals. These are placed on the transport beams either separately or in groups, depending on their size. Automatic cranes, or distribution manipulators, pick up the beams at key points and bring them to the work

SE È

FOCUS ON TECHNOLOGY

SI VEDE SUPERFICI Un manipolatore aereo di carico e scarico con paranco, sull’estremità frontale dell’impianto, trasporta i pezzi tra le aree di granigliatura e preparazione.

che la maggior parte dei sistemi oggi disponibili non sono progettati per sopportare carichi da 6 a 8 tonnellate”, spiega Dieter Schnell, project manager di Vollert Anlagenbau. “Per questo motivo abbiamo sviluppato un nuovo sistema per impianti aerei in grado di trasportare fino a 50 ton senza trasmissioni individuali sulle unità di trasporto. Di conseguenza, le cabine di verniciatura e i forni non necessitano di alimentazione elettrica – la migliore forma di protezione dalle esplosioni.” A questo scopo, gli specialisti di intralogistica di Vollert hanno applicato il principio del convogliatore aereo per carichi pesanti così come è impiegato nel settore dei materiali da costruzione, dal momento che l’azienda, oltre ai sistemi per l’industria del metallo e dell’alluminio, sviluppa anche trasportatori per industrie che producono componenti prefabbricati in calcestruzzo. La caratteristica distintiva del progetto è la trasmissione, che, sulle unità di trasporto, utilizza ruote di frizione statiche al posto delle trasmissioni elettriche per movimentare i pezzi a intervalli regolari. Questi ultimi sono posizionati sulle barre di trasporto sia separatamente che in gruppi, a seconda delle loro dimensioni. Carriponte

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DESIGN

QUALITÀ

Powder Coating Large Parts Efficiently. Oven for Construction Machines stations, whereby the friction wheels are also used at this time. This makes it possible to eliminate any source of electric power in the painting and drying booths (Fig. 1) as well as reduces costs. “Drives with explosion protection are expensive and more likely to malfunction”, states Schnell, “because they are exposed to paint and powder dust in the booths and so need to be maintained continuously. Our plant, on the other hand, is almost entirely maintenance-free.” It has also already proven eﬀective for two single-girder overhead conveyors from Vollert, which handle parts weighing 20 to 50 tons at excavator and crane manufacturer Liebherr. The new double-track solution at Wirtgen was necessary to accommodate the large parts and somewhat unbalanced loads.

automatici, o discensori, raccolgono le barre presso i punti chiave e le portano alle stazioni di lavoro; anche in questo punto si utilizzano ruote di frizione: ciò consente di eliminare qualsiasi fonte di energia elettrica nelle cabine di verniciatura e asciugatura (fig. 1) ma anche di ridurre i costi. “Le trasmissioni con la protezione dalle esplosioni sono costose e più inclini ai malfunzionamenti”, aﬀerma Schnell “poiché sono esposte alla polvere delle vernici nelle cabine e quindi richiedono una manutenzione continua. Il nostro impianto, dall’altro lato, praticamente non richiede manutenzione.” Il principio si è già dimostrato eﬃcace per due trasportatori aerei monotrave di Vollert, che movimentano pezzi dal peso compreso fra 20 e 50 ton presso il produttore di escavatori e gru Liebherr. La nuova soluzione a doppio binario, installata presso la Wirtgen, si è resa necessaria per alloggiare parti di grandi dimensioni e carichi poco equilibrati.

High Degree of Flexibility: Powder Coating and Painting Possible

Elevata flessibilità: è possibile verniciare sia a polveri che a liquido

The coating plant at Wirtgen includes one painting and two powder coating booths for surface-finishing the parts. Before this can take place, the parts must be pretreated in a blasting booth, then cleaned, taped oﬀ, and primed in preparation areas. At the front end of the plant there is a loading and unloading manipulator measuring 9 metres in height and 10.5 metres in width, and is equipped with a hoister that grabs the work pieces from the transport units (Fig. 2). The manipulator is designed as a mobile overhead bridge that can travel to the work stations, arranged behind each other in parallel, along a 30-meter track. This arrangement enables the work pieces to be freely moved at any time so that they can be overtaken, moved forward, backward, or rejected. The blasting booth features an impeller wheel blasting unit from Wheelabrator. The travel speed, which can be adapted to the blasting session, ensures optimum, uniform results. The only equipment located directly inside the booth is the support assembly with the work pieces; the overhead conveyor and the friction wheel drive are located outside and are sealed to prevent them from being contaminated with the abrasives (Fig. 3). After the work pieces have been blasted, they are transported to the preparation areas fully automatically. Hoisters

L’impianto di verniciatura presso la Wirtgen include una cabina di verniciatura a liquido e due cabine di verniciatura a polveri per la finitura superficiale dei pezzi. Prima che questa possa avere luogo, i pezzi devono essere pretrattati in una camera di granigliatura, successivamente puliti, mascherati e primerizzati nelle aree di preparazione. In corrispondenza dell’estremità frontale dell’impianto vi è un discensore di carico e scarico che misura 9 metri di altezza e 10,5 metri di larghezza, ed è equipaggiato con un sistema di sollevamento che aﬀerra i pezzi da trattare dall’unità di trasporto (fig. 2). Il discensore è progettato come un carroponte che può spostarsi fino alle postazioni operative, disposte una dietro l’altra in parallelo, lungo una traccia di 30 metri. Questa disposizione consente di movimentare liberamente i pezzi in qualsiasi momento, in modo che essi possano essere sorpassati, spinti in avanti, indietro o respinti. La cabina di granigliatura contiene un’unità di granigliatura a turbina di Wheelabrator. La velocità di linea, che può essere adattata alla fase di granigliatura, assicura risultati ottimi e uniformi. L’unica apparecchiatura localizzata direttamente all’interno della cabina è il sistema di supporto con il pezzo da trattare; il trasportatore aereo e la trasmissione a ruote di frizione si trovano all’esterno e sono sigillate per prevenirne la contaminazione con gli abrasivi (fig. 3). Dopo la granigliatura i pezzi sono trasportati

32 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

FOCUS ON TECHNOLOGY

The blasting booth houses only the transport beams and the workpiece. The overhead conveyor and friction wheel drive (red and yellow) are located outside the booth and are protected from contamination. La camera di granigliatura ospita solo le barre di trasporto e il pezzo da trattare. Il convogliatore aereo e la trasmissione a ruote di frizione (rosso e giallo) sono posizionati all’esterno della camera e protetti dalla contaminazione.

A distribution manipulator (yellow) transports the work pieces to the work stations. The parallel arrangement of the stations enables the parts to be freely moved at any time so that they can be overtaken, moved forward, backward, or temporarily parked. Un discensore (giallo) trasporta i pezzi da trattare alle stazioni operative. La sistemazione parallela delle stazioni consente ai pezzi di muoversi liberamente in qualsiasi momento in modo che possano essere sorpassati, spinti in avanti, all’indietro o temporaneamente parcheggiati.

that can be manually accessed are used to lower smaller components to facilitate working on them (Figg. 4 and 5). Additional work platforms are therefore not needed while the minimum travel height of 50 cm during transport – required for occupational safety reasons – is maintained. The work pieces then exit on the rearward side of the stations via a second distribution manipulator, which bridges the approximately 45-meter gap that separates the painting and powder coating booths from the ovens and cool-down area as a central distribution station (Fig. 6).

alle aree di preparazione completamente automatizzate. Si utilizzano sistemi di sollevamento, accessibili manualmente, per abbassare i componenti più piccoli e facilitare le operazioni (figg. 4 e 5). In questo modo non sono necessarie piattaforme operative aggiuntive e si può mantenere l’altezza minima durante il trasporto, richiesta per ragioni di sicurezza sul lavoro. I pezzi da trattare quindi escono dal lato posteriore delle stazioni attraverso un secondo discensore, che colma il vuoto di ca. 45 metri che separa le cabine di verniciatura liquida e a polveri dai forni e dall’area di raﬀreddamento come una stazione centrale di distribuzione (fig. 6).

Steel Construction Expands by 40 mm at 230 °C

La carpenteria di acciaio si dilata fino a 40 mm a 230 °C

The most challenging task for Vollert engineers was not transporting the high loads, but devising a way to accommodate the high temperatures and integrate both ovens in the intralogistics system. While paint merely has to cure,

La sfida più grande per i progettisti di Vollert non era il trasporto di carichi pesanti, ma ideare un modo per gestire le alte temperature e integrare entrambi i forni nel sistema intralogistico. Mentre le vernici liquide devono semplicemente essere essiccate, le

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

Powder Coating Large Parts Efficiently. Oven for Construction Machines 5

Hoists in the preparation area lower the parts to facilitate working on them without the need for additional platforms. Paranchi nell’area di preparazione abbassano i pezzi per facilitare le operazioni su di essi senza bisogno di piattaforme aggiuntive. 6

Hoists also make it easier to perform work in the painting and powder coating booths. Work pieces can be placed on the transport units separately or in groups. I paranchi facilitano le operazioni anche nelle cabine di verniciatura a liquido e a polveri. I pezzi da verniciare possono essere posizionati sulle unità di trasporto separatamente o in gruppi.

powder must be baked. This means that the ovens operate at between 70 and 230 °C. The inner steel structure expands by up to 40 mm when heated for powder-coated parts, however, and the work pieces must always be transported reliably. The second challenge was to minimise the loss of heat energy associated with thermal bridges and doors. These conflicting interests could only be satisfied by physically separating and insulating the steel structure of the ovens and the transport steel area. Unfortunately, this approach led to another problem: the gap had to be bridged by the intralogistics system while carrying 30-ton payloads, since the large, heavy insulation doors, which are 20 cm thick, would not be able to seal the oven otherwise. “The initial situation was demanding”, asserts Waldemar Bukal, project manager at Wirtgen GmbH, “but the solution from Vollert accounts for the critical gap and all of our requirements were optimally met as a result.” The Vollert plant can even be used with swivelling instead of sliding doors to avoid obstructing access to 34 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

polveri devono essere cotte. Ciò significa che i forni operano a temperature comprese fra 70 e 230 °C. La struttura interna in acciaio si dilata fino a 40 mm quando si riscalda per i pezzi verniciati a polvere, e i pezzi devono essere sempre trasportati in sicurezza e in modo aﬃdabile. La seconda sfida era minimizzare la perdita di energia associata con porte e ponti termici. Queste due esigenze conflittuali potevano essere soddisfatte separando fisicamente e isolando la struttura di acciaio dei forni e l’area in acciaio di trasporto. Sfortunatamente, questo approccio ha condotto a un altro problema: il varco che il sistema intralogistico avrebbe dovuto colmare durante il trasporto di un carico utile di 30 ton, dal momento che grandi e pesanti porte isolanti spesse 20 cm, non avrebbero potuto sigillare il forno in altro modo. “La situazione iniziale era impegnativa”, afferma Waldemar Bukal, project manager di Wirtgen GmbH, “ma la soluzione di Vollert soddisfa pienamente tutti i nostri requisiti.” L’impianto può anche essere utilizzato con porte girevoli, invece che scorrevoli, per evitare di ostruire l’accesso alle stazioni operative confinanti (fig. 7). Il discensore di distribuzione e le ruote di frizione possono raccogliere

FOCUS ON TECHNOLOGY 7

Complete structural separation of the furnace and transport steel areas prevent thermal bridges and energy loss. The gap between these areas can be bridged even when extremely heavy loads are involved so that the insulation doors, which are 20 cm thick, can be closed to seal the ovens. La completa separazione delle aree dei forni e del trasportatore in acciaio previene i ponti termici e la perdita di energia. Lo spazio fra le aree può essere colmato anche quando sono coinvolti carichi estremamente pesanti così che le porte di isolamento, spesse 20 cm, possono essere chiuse per sigillare i forni.

neighbouring work stations (Fig. 7). The distribution manipulator and friction wheels can collect the hot transport units and take them to the cool-down area immediately after curing or baking. The units are then returned to the loading and unloading manipulator and reused.

Efficient, Energy-Saving Solution “We are very pleased with the overall plant and design from Vollert. The new plant allows us to work faster and more flexibly, not to mention the fact that it is cost-efficient and saves energy. It goes without saying that we have found a cutting-edge coating solution for our main factory in Windhagen”, emphasises Bukal. Vollert not only designed the plant, but also managed the project, coordinated the parties involved, and obtained CE certification after commissioning. The people at Wirtgen are so impressed with the concept that Kleeman, an affiliate company in Göppingen (Germany), has asked the engineers at Vollert to install an almost identical plant there for coating component parts of crushing and sieving plants.

le unità di trasporto calde e condurle all’area di raffreddamento immediatamente dopo l’essiccazione o la cottura. Le unità tornano poi al discensore di carico e scarico e riutilizzate.

Una soluzione efficiente e a risparmio energetico “Siamo molto soddisfatti dell’impianto nella sua totalità e del progetto di Vollert. Il nuovo impianto ci consente di lavorare più velocemente e in modo più flessibile, per non parlare del fatto che è efficiente dal punto di vista dei costi e risparmia energia. Va da sé che abbiamo trovato una soluzione di verniciatura all’avanguardia per il nostro stabilimento principale di Windhagen”, sottolinea Bukal. Vollert non ho solo ha progettato l’impianto, ma ha anche gestito il progetto, coordinato le parti coinvolte, e ottenuto la certificazione CE dopo la consegna. Il personale della Wirtgen è così impressionato da questo progetto che la Kleeman di Göppingen (Germania), un’azienda affiliata, ha chiesto agli ingegneri della Vollert di installare un impianto praticamente identico per la verniciatura di componenti per impianti di vagliatura e frantumazione.

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

ARCELORMITTAL PIOMBINO AS A BENCHMARK OF PRE-PAINTED: YESTERDAY, TODAY AND TOMORROW ArcelorMittal Piombino come benchmark del preverniciato: ieri, oggi e domani di Sergio Stecca, ArcelorMittal FCE Italy, Piombino (Li), Italy

Opening photo: a historical image of La Magona d’Italia production site. Foto d’apertura: un’immagine storica del sito produttivo La Magona d’Italia.

n the last decades the pre-painted has become more and more important in the steel market, in opposition to the “post-painted”. The word “pre-painted” describes the operation of painting made on a semi-processed product, generally a strip subject to further forming operations to get the final item. On the contrary, with post-painting the item is made first, then it is painted when the forming has already been done. For that characteristic, the varnish products used for painting have specific properties of hardness and flexibility, which allows them to tolerate the stress during their use and forming. The pre-painted is synonymous of “Magona” (opening photo), the company established in 1891 in the field of tinplate, which has later taken up the production of hot dip galvanised in continuous since 1963, building the first continuous painting line on

36 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

egli ultimi decenni il “preverniciato” ha trovato sempre maggiore spazio nel mercato siderurgico contrapponendosi al “post-verniciato”. Il termine “preverniciato” indica un’operazione di verniciatura che viene eﬀettuata su un semilavorato, generalmente sottoforma di nastro, destinato successivamente a operazioni di formatura per l’ottenimento del manufatto finale. Contrariamente, nel post-verniciato si realizza prima il manufatto, che viene verniciato a posteriori a formatura già avvenuta. Per tale caratteristica, i prodotti vernicianti usati per la preverniciatura possiedono specifiche proprietà di durezza e al tempo stesso di flessibilità, che ne consentono di sopportare le varie sollecitazioni che avvengono durante l’utilizzo e la formatura. In Italia il preverniciato è sinonimo di “Magona” (foto d’apertura), l’azienda nata nel lontano 1891 nel settore della banda stagnata, che si è orientata dal

FOCUS ON TECHNOLOGY © ArcelorMittal Piombino

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The accumulator of Piombino’s painting lines. L’accumulatore di una delle linee di verniciatura a Piombino. 1

Coils of pre-painted galvanised steel. © ArcelorMittal Piombino

galvanised steel in Italy in 1972, with the process ‘coil coating’. That process consists in applying a uniform film of liquid organic coating (painting product), through specific rollers on a metallic support (zinc coated steel) such as a coil (fig. 1). This process ensures more competitive costs and a higher level of reproducibility and consistency of the colours. Such products can be used for various applications which require specific aesthetical and duration characteristics. Today, almost forty years from the first line of painting, “La Magona d’Italia” belongs to the worldwide group ArcelorMittal. The plant in Piombino (Livorno, Italy) has today a pickling line, a rolling mill, three galvanization lines as well as two painting lines (fig. 2). A further line is located in the site of St. Mango sul Calore (Avellino, Italy), specialized in larger widths and “tailor-made”

Le bobine (coil) di acciaio zincato preverniciato.

1963 alla produzione di acciaio zincato in continuo, per evolversi ulteriormente nel 1972, con la costruzione della prima linea di verniciatura in continuo in Italia, con il processo coil coating. Il processo coil coating consiste nell’applicare tramite opportuni rulli uno spessore uniforme di rivestimento organico liquido (prodotto verniciante) su un supporto metallico (acciaio rivestito di zinco) sottoforma di bobina o coil (fig. 1). Questo processo assicura costi più competitivi uniti ad un alto livello di riproducibilità e di consistenza del colore. Il prodotto così ottenuto può essere utilizzato per svariate applicazioni che ne richiedono determinate caratteristiche estetiche e di durabilità. Oggi, a distanza di quasi quarant’anni dalla prima linea di verniciatura, “La Magona d’Italia” fa parte del gruppo multinazionale ArcelorMittal e il suo scenario industriale la vede composta, oltre che da un decapaggio, laminatoio e tre linee di zincatura, da ben

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

ArcelorMittal Piombino as a benchmark of pre-painted: yesterday, today and tomorrow

ArcelorMittal premises in Piombino (LI), Italy. I capannoni ArcelorMittal a Piombino (LI). 4

The chem coater used for chrome-free pretreatment. Il Chem Coater del pretrattamento esente da cromo esavalente.

services for its customers. The pre-painted galvanised strips of Magona, today ArcelorMittal Piombino (fig. 3), are above all destinated to the construction and building sectors, but they are also used in the distribution, appliance and general industry, both in the domestic market and abroad. The steels range, used as support for the painting process, goes from the ones for cold forming, to those for structural uses, according to UNI EN 10346. The performance characteristic of the package steel plus organic coating are in line with standards UNI EN 10169. On top of the record for the installation of the first Italian pre-painting line, Piombino site also boasts another important record: to have anticipated the times in the elimination of the Chrome from its pre-painted products. The Chrome is applied to varnishes and pre-treatments sector in order to ensure

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due linee di verniciatura (fig. 2) nel sito di Piombino (Livorno) (fig. 3), più una linea ulteriore nel sito di San Mango sul Calore (Avellino), quest’ultima specializzata nelle grandi larghezze e in un servizio su misura per i suoi clienti. I nastri zincati preverniciati Magona, oggi ArcelorMittal Piombino appunto, sono destinati principalmente al settore della costruzione e dell’edilizia, ma trovano impiego anche nei settori del commercio e della distribuzione, dell’elettrodomestico e dell’industria generale, sia nel perimetro nazionale che in quello estero. La gamma degli acciai, utilizzati come substrato per il processo di verniciatura, spazia da quelli per formatura a freddo, a quelli per impieghi strutturali, in accordo a quanto previsto dalla norma UNI EN 10346. Le caratteristiche prestazionali del pacchetto metallo più rivestimento organico sono conformi ai requisiti degli standard UNI EN 10169. Oltre al primato nell’installazione della prima linea di preverniciatura italiana, il sito piombinese vanta

FOCUS ON TECHNOLOGY resistance to the corrosion. Its hexavalent shape, makes it particularly aggressive towards the biological systems. While the directive 2002/95/CE on the restriction of dangerous substances use in the electric and electronics equipments took eﬀect on July 1st 2006 (called also as directive RoHS), during the ‘90s La Magona d’Italia had indeed already eliminated the chrome from its pre-treatments and varnishes, and was already oﬀering, since a long time, its experience in more sustainable products for all the types of applications (fig. 4). The European Rule REACH 1907/2006/EC, faces back in a wider way the important theme of the protection of the human health and of the environment; letting foresee the total elimination of the chromed in the next future. Once again while many producers will have to comply with these environmental and human health aspects, ArcelorMittal has already been producing, since many years, products totally free of chrome and of heavy metals.

anche un altro importante primato: quello di aver precorso i tempi nell’eliminazione del cromo dai suoi prodotti preverniciati. Il cromo trova impiego nel settore dei pretrattamenti e delle vernici per conferire resistenza alla corrosione. La sua forma esavalente, lo rende particolarmente aggressivo nei confronti dei sistemi biologici. Mentre nel 1° Luglio 2006 entrava in vigore la direttiva 2002/95/CE sulla restrizione dell’uso di sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche, nota anche come direttiva RoHS, a metà degli anni ’90 La Magona d’Italia aveva in effetti già eliminato i cromati dai suoi pretrattamenti e dalle sue vernici, ed offriva già da lungo tempo la sua esperienza in prodotti ecologicamente più sostenibili per tutti i tipi di applicazioni (fig. 4). Il Regolamento Europeo REACH 1907/2006/EC ritorna ad affrontare in maniera più estesa l’importante tema della protezione della salute umana e dell’ambiente, proiettando scenari che lasciano intravedere nel prossimo futuro l’estinzione dei cromati. Ancora una volta, mentre molti produttori si do-

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ArcelorMittal Piombino as a benchmark of pre-painted: yesterday, today and tomorrow

Some products of the “Granite®” range manufactured by ArcelorMittal in Piombino. Alcuni prodotti della gamma “Granite®” prodotta da ArcelorMittal a Piombino.

With the ministerial decree 9/1/1996 and subsequent one dated 14/1/2008 “technical rules for the constructions”, the Italian pre-painted steel was requested to satisfy more urgent compulsory requirements, above all for the structural uses. The satisfaction of the coercive requirements is finalized with a process of qualification of the productive site made by members of the Italian “Superior Council of the Public Works” and with a continuous and periodical monitoring under the supervision of an external laboratory that guarantees the impartiality of the results. In the same way, the requirements imposed by other markets, such as Germany, have allowed ArcelorMittal Piombino to obtain the Zulassung certification in 2006: another type of certification according to which an independent organism shall grant the satisfaction of specific qualitative performances of the product furnished by Piombino site. Going back through the years, it is important to remember the birth of the “Systems Magona” in the ’80s. Those systems had further evolutions in the ‘90s and later in the years 2000.

vranno adeguare a questi aspetti ambientali e di salute umana, ArcelorMittal produce già da svariati anni un prodotto totalmente esente da cromo e da metalli pesanti. Con l’entrata in vigore prima del decreto ministeriale 9/1/1996. e successivamente del dm 14/1/2008 “Norme tecniche per le costruzioni”, all’acciaio preverniciato italiano viene richiesto di soddisfare aspetti cogenti più stringenti, soprattutto per gli impieghi di tipo strutturale. Il soddisfacimento dei requisiti cogenti si concretizza con un processo di qualificazione dello stabilimento produttivo eﬀettuato da membri del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici e con un monitoraggio continuo e periodico sotto la supervisione di un laboratorio esterno che ne garantisce l’imparzialità dei risultati. In maniera analoga, i requisiti imposti da altri mercati, tra cui quello tedesco, hanno portato ArcelorMittal Piombino all’ottenimento della certificazione Zulassung nel 2006, un altro tipo di certificazione secondo la quale un organismo indipendente attesta il soddisfacimento di determinate performance qualitative del prodotto fornito dal sito piombinese. Tornando indietro nel tempo, è sicuramente degna di nota la nascita negli anni ’80 dei “Sistemi Mago-

Outdoor building applications (Gamma Granite®)

Name

Main property

Granite® Access ®

Bottom-of-the-range, economical product

Granite Standard

Average UV and corrosion resistance

Granite® HD

Good UV resistance, average corrosion resistance, Polyester high durability

Granite® HDS

Very good UV resistance, good corrosion resistance, Polyester very high durability

Granite® HDX

Surface appearance Smooth

Examples of applications Outdoor applications, with no guarantee Roofing, cladding, accessories

Smooth, grained

Roofing, cladding, accessories, sandwich panels etc

Very good UV and corrosion resistance, very good colour stability, strong coating, suitable for buildings exposed to harsh climate or environmental conditions

Grained

Roofing, cladding, architectural buildings, air conditioning units etc

Granite® Flex

Very good flexibility, suitable for deep drawing

Smooth or grained

Applications requiring a very high level of steel formability: tiles, HVAC equipment

Granite® Deep Mat

Aesthetic quality: deep mat, wrinkled appearance, very good formability, good UV resistance

Wrinkled

Tiles, cladding

Granite® Tex

Very good abrasion resistance, very good compromise flexibility/ surface hardness, very good formability, good UV resistance

Textured

Switch boxes, air conditioning units, street furniture

Granite® Farm

For the inner surface: very good chemical resistance in a rural environment (farming); for the outer surface: good UV resistance

Granite® PVDF

Very good UV resistance (stability of colour and surface appearance) and temperature resistance, excellent chemical resistance, very good corrosion resistance

40 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

Roofing, cladding for agricultural buildings Smooth

Roofing, cladding for architectural buildings or buildings exposed to an aggressive environment

FOCUS ON TECHNOLOGY This mark identified a complete “package”, composed by a combination of steel, metallic coating and organic coating, having progressively increasing performance characteristic and guarantees: – Magona system 3000: it gave 7 years of guarantee in the ‘80s, to evolve to 10 years of guarantee in the version of the ‘90s – System Magona 5000: it provided 10 years of guarantee in the ‘80s, to evolve to 15 years of guarantee in the version of the ‘90s – System Magona 10000: it provided 15 years of guarantee in the ‘80s, to evolve to 20 years of guarantee in the version of the ‘90s In addition, the mark “Pluvimag” identified a product painted on both sides, particularly used to the manufacture of tinsmithing elements, such as roof gutter and downpipe. The reputation of Magona Systems is today still very well remembered among the clients, some of which keep on quoting it in their internet sites, although the product Magona is now in the market with the name of ArcelorMittal. Diﬀerent names with the same qualitative standards that have always countersigned the product. Particularly: – System 3000 becomes Granite® Standard – System 5000 becomes Granite® HD – System 10000 becomes Granite® PVDF – Pluvimag is composed by a face in Granite® Standard and a face in Granite® Access. The further step for the unification of the products was the possibility to oﬀer an automatic guarantee to the client, according to which, if certain criteria of standard use are satisfied, ArcelorMittal provides “automatically” a guarantee of duration of the product, even if not specifically requested by client before the order confirmation. In the table in fig. 5 you can find some of the products currently produced in the range “Granite®” by Piombino site. Such range characterizes all the applications for external, typical

na”. Sistemi che subiranno evoluzioni ulteriori negli anni ’90 e successivamente negli anni 2000. Con questo marchio veniva identificato un “pacchetto” completo, composto da una combinazione di acciaio, rivestimento metallico e rivestimento organico, aventi caratteristiche prestazionali e garanzie progressivamente crescenti: – Sistema Magona 3000: forniva 7 anni di garanzia negli anni ’80, per evolvere a 10 anni di garanzia nella versione degli anni ‘90 – Sistema Magona 5000: forniva 10 anni di garanzia negli anni ’80, per evolvere a 15 anni di garanzia nella versione degli anni ‘90 – Sistema Magona 10000: forniva 15 anni di garanzia negli anni ’80, per evolvere a 20 anni di garanzia nella versione degli anni ‘90 Al loro fianco, il marchio “Pluvimag” identificava un prodotto verniciato in doppia faccia destinato in particolare alla fabbricazione di elementi di lattoneria quali grondaie e pluviali. La reputazione dei Sistemi Magona, è ancora oggi molto ben ricordata tra i clienti, alcuni dei quali continuano a citarla nei loro siti internet, sebbene il prodotto Magona si trovi adesso nel mercato con il marchio ArcelorMittal. Nomi diversi senza che per questo vengano meno le caratteristiche qualitative che hanno sempre contraddistinto il prodotto. In particolare: – Sistema 3000 diventa Granite® Standard – Sistema 5000 diventa Granite® HD – Sistema 10000 diventa Granite® PVDF – Pluvimag diventa composto da una faccia in Granite® Standard e una faccia in Granite® Access. Il passo successivo all’unificazione dei prodotti è stato quello di poter oﬀrire al cliente anche una garanzia automatica secondo la quale, se sono soddisfatti determinati criteri di utilizzo standard, ArcelorMittal fornisce “automaticamente” delle garanzie di durata del prodotto anche laddove non venga fatta una richiesta specifica prima che venga formalizzato l’ordine. Nello schema in fig. 5 vengono menzionati alcuni dei prodotti attualmente producibili dal sito piombinese nella gamma “Granite®”. Tale gamma caratterizza tutte quelle applicazioni per 41

ArcelorMittal Piombino as a benchmark of pre-painted: yesterday, today and tomorrow

ArcelorMittal does a constant activity of R&D on its products. ArcelorMittal porta avanti una costante attività di R&D sui propri prodotti .

Jeroen Op de Beeck (photographer of ArcelorMittal Gent)

of the construction sector. Besides this range of products, there are some more meant for the general industry and appliance, which are included in the range Estetic®. A constant activity of R&D for new products and new solutions is done in synergy with suppliers and with other sites belonging to the same perimeter ArcelorMittal (fig. 6). Among such developments, we underline the ones focused on the obtainment of surface aspects with a high aesthetical value: old tile appearance for printed tiles, metal colours and other particular aspects, etc.; but also those oriented to specific applications: products able to reflect the solar radiation favouring the energy saving of a building, products resistant to the scratch, and any other product which can satisfy specific needs of the clients.

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esterni, tipiche del settore della costruzione. A questa gamma di prodotti si affiancano anche altre tipologie destinate all’industria generale e all’elettrodomestica, che sono racchiuse nella gamma denominata Estetic®. Il tutto è completato da un’attività costante di sviluppo di nuovi prodotti e nuove soluzioni, effettuata in sinergia con i propri fornitori e con altri siti facenti parte del perimetro ArcelorMittal (fig. 6). Tra tali sviluppi si citano in particolare quelli orientati all’ottenimento di aspetti superficiali con un’alta valenza estetica: finto coppo invecchiato per tegole stampate, colori metallizzati e altri aspetti particolari, ecc.; ma anche quelli orientate a soluzioni applicative specifiche: prodotti in grado di riflettere la radiazione solare favorendo il risparmio energetico di un edificio, prodotti resistenti al graffio, e quanto altro possa soddisfare esigenze specifiche dei vari clienti.

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HIGH PERFORMANCE AND VERY LOW IMPACT CO-SOLVENTS FOR WATER BASED COATINGS1 Co-solventi ad alte prestazioni e basso impatto per vernici a base acqua *

Pietro Tundo Livio Riva ** Raﬀaele Mangano **

* University Ca’ Foscari, Department of Environmental Sciences, Dorsoduro, Venice, Italy. ** Lechler S.p.A, Como, Italy.

he guidelines and protocols set by International Organizations and by Planning Conferences and the subsequent national and international regulations in force, relating to human health and environmental protection impose ever increasing restrictions on the use of organic solvents in coating compositions, in terms of quality and quantity. In recent years, this has led, inter alia, to lower the solvent content into the products and to the increased use of aqueous based products, in which most of the traditional organic solvents have been replaced by water. This paper, built on the results of the European Integrated Project Solvsafe, relates to new applications of unsymmetrical derivatives of dialkyl carbonates containing ether functionalities in water-based coatings. In many cases, some of these derivatives, have shown to have better coalescent properties than those of known compounds. Where they are added in partial, or complete,

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e linee guida e i protocolli stabiliti dalle Organizzazioni Internazionali e dalle Conferenze Programmatiche, e le conseguenti legislazioni nazionali e internazionali in vigore, relative alla salute umana e alla protezione ambientale, impongono restrizioni sempre crescenti nell’uso di solventi organici nella formulazione di vernici, in termini sia di qualità che quantità. Recentemente, ciò ha condotto, fra l’altro, a diminuire il contenuto di solvente nei prodotti e ad aumentare l’utilizzo di prodotti a base acquosa, in cui la maggior parte dei solventi organici tradizionali è sostituita dall’acqua. Il presente lavoro, elaborato sui risultati del Progetto Europeo Integrato Solvsafe, riguarda nuove applicazioni di derivati asimmetrici di dialchilcarbonato contenenti funzionalità eteree in vernici a base acqua. In molti casi, alcuni di questi derivati, hanno mostrato di possedere proprietà coalescenti migliori rispetto a quelle dei composti conosciuti. Quando essi sono aggiunti in sostituzione, parziale o completa, di

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE substitution of conventional coalescing agents in polymer dispersions, emulsions and in coating compositions, they are highly eﬃcient in lowering the Minimum Film Forming Temperature during application. Some of these derivatives are odourless and have a lower toxicological profile than the analogous coalescent compounds commonly used in the field. They are classified as non-dangerous with evident advantages in terms of protection for both the operator and the environment. In conclusion, the combination of high eﬃciency, no relevant toxicity and low environmental impact of these cosolvents, make them an attractive alternative to products currently in use.

agenti coalescenti convenzionali in dispersioni polimeriche, emulsioni e nella formulazione di vernici, si rivelano altamente eﬃcienti nell’abbassare la TMF (Temperatura Minima di Filmazione) durante l’applicazione. Alcuni di questi derivati sono privi di odore e possiedono un profilo tossicologico inferiore rispetto a composti coalescenti analoghi comunemente usati nel settore. Essi sono classificati come non pericolosi con evidenti vantaggi in termini di protezione sia dell’operatore che dell’ambiente. Concludendo, la combinazione di elevata eﬃcienza, tossicità non rilevante e basso impatto ambientale di questi co-solventi, li rende un’alternativa interessante ai prodotti attualmente in uso.

Green chemistry, integrated project SOLVSAFE

Chimica verde, il progetto integrato SOLVSAFE

In the late nineties with the new millennium looming, interest in Green Chemistry became widespread. In 1998 the Organization for Economic Co-operation and Development (OECD), instituted a Directive Committee for the development of green chemistry and finalised a programme called “Sustainable Chemistry”, that included chemistry aimed at pollution prevention and better industrial performance. As a result, seven research areas in green/ sustainable chemistry were identified, among them the important research area concerning the use of alternative solvents through “the design and utilization of solvents, which have reduced potential for detriment to the environment and serve as alternatives to currently used volatile organic solvents, chlorinated solvents, and solvents which damage the natural environment”. Despite the fact that more than ten years have passed since these seven research areas in green/sustainable chemistry were identified by the OECD, these thematic spheres remain the focus of Green Chemistry research. Focusing on solvents, their use in every day laboratory work, in the chemical industry and in several processes is ubiquitous. Solvents are often supposed to disappear/be removed by the end of a reaction/process, but nevertheless they are part of them and consequently they must be treated and disposed of. Currently, with increasing regulatory pressure focusing on solvents, significant attention is being devoted to sustainable, benign and more eﬃcient

Nella seconda metà degli anni Novanta con l’approssimarsi del nuovo millennio, si è diﬀuso l’interesse nella Chimica Verde. Nel 1998 l’Organizzazione per lo Sviluppo e la Cooperazione Economica (OECD) ha istituito un Comitato Direttivo per lo sviluppo della chimica verde e un programma chiamato “Chimica Sostenibile”, che includeva progetti rivolti alla prevenzione dell’inquinamento e al miglioramento delle prestazioni industriali. Di conseguenza, sono state identificate sette aree di ricerca nell’ambito della chimica verde/sostenibile, tra cui l’importante area di ricerca riguardante l’uso di solventi alternativi attraverso “la sintesi e l’utilizzo di solventi che abbiano un ridotto potenziale a danno dell’ambiente e siano un’alternativa ai solventi organici e clorurati, dannosi per l’ambiente attualmente in uso”. Nonostante siano passati più di dieci anni da quando queste sette aree di ricerca nella chimica verde/sostenibile furono identificate dalla OECD, queste sfere tematiche restano l’obiettivo della ricerca della Chimica Verde. L’utilizzo dei solventi nelle attività quotidiane di laboratorio, nell’industria chimica e in svariati processi è estremamente rilevante. Si suppone spesso che i solventi scompaiano/siano rimossi prima della fine di una reazione o di un processo, tuttavia essi ne sono parte integrante; di conseguenza devono essere trattati e smaltiti. Attualmente, con una pressione normativa crescente sull’impiego di solventi, un’attenzione significativa è posta alle alternative sostenibili ed eﬃcienti ai sistemi tradizionali. Questa è, forse, l’area più attiva della ricerca sulla Chimica Verde. Di fatto, i solventi

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High performance and very low impact co-solvents for water based coatings alternatives to traditional solvent systems. This is, perhaps, the most active area of Green Chemistry research. In fact, solvents account for the vast majority of mass wasted in syntheses and processes. Besides, traditional solvents also pose several serious human health issues as well as environment issues. So in this respect, Green Chemistry entails the use of alternative solvents that are non-harmful, while preserving or improving the eﬃciency of the processes in comparison to classical solvent systems.

Integrated Project Solvsafe2 On the basis of macro objectives set by the programme Sustainable Chemistry, and according to other international guidelines, the EU, inside the FP6, approved and funded an Integrated Project called Solvsafe (2005-2009). Solvsafe was regarded as a European SME innovation platform aimed at generating new scientific ideas and utilising cutting-edge methodologies in order to effect radical industrial process changes in five different sectors: paint and varnishes, fine chemicals, crop protections, metal degreasing and oil extraction. Project aims were to be fulfilled by achieving the following objectives: 1. reduction of the number and quantity of hazardous solvents utilized; 2. reduction of VOCs emissions in to the atmosphere; 3. reduction of CO2 emissions; 4. increased quantity of renewable materials utilized; 5. reduction in the concentration of solvents found in the air below the Occupational Exposure Level (OEL). To fulfil the objectives, the Project was structured into seven different Work Packages. The project’s partners were private companies, with strong research capabilities (75% of the partners), Universities, and Technology Transfer Centres. An overview of the results shows the productivity of the Project and the ability to turns the objectives into concrete solutions: • 167 new molecular structures designed; • 123 solvents synthesized and fully characterized; • 22 different applications currently under investigation with very promising results; • more than 15 patents and publications. 46 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

rappresentano la vasta maggioranza delle sostanze “perse” durante sintesi e processi. Inoltre, i solventi tradizionali pongono anche serie questioni relative alla salute umana e ambientale. Quindi la Chimica Verde promuove l’utilizzo di solventi alternativi non nocivi, al contempo preservando, o migliorando, l’eﬃcienza dei processi rispetto ai sistemi a base di solventi classici.

Progetto Integrato Solvsafe2 Sulla base dei macro obiettivi fissati dal programma per la Chimica Sostenibile, e secondo altre linee guida internazionali, l’Europa, all’interno dell’FP6, ha approvato e fondato un Progetto Integrato denominato Solvsafe (2005-2009). Solvsafe fu considerato una piattaforma di innovazione per le PMI Europee volta a generare nuove idee scientifiche e utilizzare metodologie all’avanguardia al fine di apportare cambiamenti radicali nei processi industriali in cinque diversi settori: vernici e smalti, chimica fine, protezione dei raccolti, sgrassaggio dei metalli ed estrazione del petrolio. Gli scopi del progetto dovevano essere realizzati ottenendo i seguenti obiettivi: 1. riduzione di numero e quantità di solventi pericolosi utilizzati; 2. riduzione delle emissioni di COV in atmosfera; 3. riduzione delle emissioni di CO2; 4. aumento nella quantità di materiali rinnovabili utilizzati; 5. riduzione nella concentrazione di solventi rilevata nell’aria entro il Limite di Esposizione Professionale (LEP). Per realizzare gli obiettivi, il progetto fu strutturato in sette diversi “Work Packages” di attività. I partner del progetto erano aziende private con forti capacità di ricerca (75% dei partner), Università, e Centri di Trasferimento Tecnologico. Una visione d’insieme dei risultati mostra la produttività del Progetto e la capacità di trasformare gli obiettivi in soluzioni concrete: • 167 nuove strutture molecolari progettate; • 123 solventi sintetizzati e pienamente caratterizzati; • 22 diverse applicazioni attualmente in fase di ricerca con risultati molto promettenti; • oltre 15 brevetti e pubblicazioni. Nel presente lavoro ci focalizzeremo su uno dei principali obiettivi del “Work Package” N° 2 (WP2), che riguardava la messa a punto di “Nuovi solventi ad

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE In this paper we will focus on one of the main objectives of Work Package 2, which concerned the design of New High Boiling Point Solvents for Reduced Toxicity, VOC emission and Inflammability. The objective, dedicated to the waterborne paint and varnishes, was to design new high boiling film forming agents with no relevant toxicity, low environmental impact and very high coalescence eﬃciency, to replace existing film forming solvents and to create waterborne formulations with less solvent content (to reduce emissions) and therefore fewer health and environmental issues. The partners involved in this task were Ca’ Foscari University and the Interuniversity Consortium the “Chemistry for the Enviroment” (INCA), designated to design new solvents and subsequently develop their industrial process, and Lechler S.p.A, assigned to evaluate and characterize the new solvents incorporating them into new paint formulations.

elevato punto di ebollizione con tossicità, emissioni di COV e infiammabilità ridotte”. L’obiettivo, riservato a vernici e smalti a base acqua, era progettare nuovi agenti filmogeni alto bollenti privi di tossicità rilevante, con basso impatto ambientale ed eﬃcienza coalescente molto elevata, per sostituire gli attuali coalescenti mettendo a punto formulazioni di prodotti all’acqua con un contenuto di solvente inferiore (al fine di ridurre le emissioni) e quindi meno problematici per la salute e l’ambiente. I partner coinvolti nel progetto sono stati l’Università Ca’ Foscari e il Consorzio Interuniversitario “La Chimica per l’Ambiente” (INCA), incaricati di progettare nuovi solventi e conseguentemente sviluppare il loro processo industriale, e Lechler S.p.A, designata per valutare e caratterizzare i nuovi solventi incorporandoli all’interno di nuove formulazioni per vernici.

SOLVENTS: SPECIFICATIONS

SOLVENTI: SPECIFICHE TECNICHE

According to the objectives of the particular section

Secondo gli scopi della sezione particolare del WP2

Paint and Assembly Systems

Environmental Aircraft and a n d E n e r g y S y s t e m s Te c h n o l o g y S y s t e m s

Cleaning and Filtration Systems

www.olpidurr.it

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

High performance and very low impact co-solvents for water based coatings of WP2 described above, the first goal was to define the solvent specifications. The chosen reference solvent (co-solvent) was ethylene glycol mono-n-butylether (butyl glycol, BuGly), selected because of its good coalescent properties and its wide use. One of the main targets was the significant reduction of the solvent coalescent loading with respect to the reference loading under the same conditions (see Table 1: Solvent specifications). As defined in the macro objectives of the Solvsafe Project, the specifications given are intended to demonstrate that there has been marked improvement in the eﬃciency and hazard/ environmental impact characteristics, while the other characteristics, compared to the reference compound, have been maintained.

sopra descritta, il primo obiettivo era definire le specifiche tecniche dei solventi. Il solvente di riferimento scelto (co-solvente) è stato l’etilenglicole mono-n-butiletere (butilglicole, BuGli), scelto grazie alle sue proprietà coalescenti e il suo vasto utilizzo. Uno dei principali obiettivi è stato la riduzione significativa del carico del solvente coalescente rispetto al carico di riferimento nelle stesse condizioni (vedere tabella 1: specifica tecnica solventi). Come definito nei macro obiettivi del Progetto Solvsafe, le specifiche prestazionali definite hanno imposto marcati miglioramenti nel rendimento e nelle caratteristiche di impatto ambientale/pericolosità, mentre altre caratteristiche, comparate al composto di riferimento, sono rimaste inalterate.

SOLVENTS: SELECTION, SYNTHESIS AND SCALE UP Selection

Selezione I dialchilcarbonati sono una classe di composti conosciuti per la loro bassa tossicità; alcuni di questi composti hanno una storia di utilizzo in qualità di solventi anche nel settore dei rivestimenti (vernici liquide, inchiostri, ecc...). Sebbene il loro uso sia stato principalmente diretto verso prodotti vernicianti a base solvente, in alcuni casi, certi tipi di dialchilcarbonato sono stati incorporati come co-solventi in prodotti acquosi. Dal punto di vista della coalescenza e della compatibilità, gli esponenti di questa classe di solventi, comunque, non hanno mostrato vantaggi decisivi rispetto ad altre classi di solventi maggiormente utilizzate, ad esempio i glicoli eteri e i loro derivati. L’esperienza del Dipartimento di Scienze Ambientali dell’Università Ca’ Foscari, ha consentito, in riferimento alle specifiche, simulazioni teoriche che hanno condotto a ipotesi di lavoro che hanno confermato che la classe chimica dei dialchilcarbonati è molto interessante e hanno previsto lo studio di strutture specifiche asimmetriche caratterizzate dalla presenza di gruppi etere in grado, in linea di principio, di migliorare e ottimizzare caratteristiche come: l’eﬃcienza del co-solvente e la compatibilità/ stabilità in sistemi acquosi basati su emulsioni o dispersioni di polimeri, per minimizzare l’impatto olfattivo e tossicologico e di consentire, ovviamente, una sintesi eﬃciente su scala industriale.

Dialkyl carbonates are a class of compounds known for their low toxicity, some compounds of which have a history of use as solvents, including in the field of coatings (paints, inks, etc...). Although their use is mainly directed towards solvent-based products, in some cases, certain types of dialkyl carbonates have been incorporated as co-solvents in aqueous products. From the perspective of efficiency of coalescence and compatibility, the exponents of this class of solvents, however, have not shown conclusive advantages over other classes of solvents more widely used, such as glycol ethers and their derivatives. The experience of the Department of Environmental Sciences University Ca ‘Foscari, has allowed, in reference to the specifications, theoretical simulations that led to a working hypothesis that confirmed the chemical class of dialkyl carbonates as very interesting and predicted for the design of specific unsymmetrical structures characterized by the presence of ether groups able, in principle, to improve and optimize characteristics such as co-solvent efficiency and compatibility / stability in aqueous systems based on emulsion or dispersion of polymers, to minimize the olfactory and toxicological impact and to allow, obviously, efficient synthesis on an industrial scale. 48 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

SOLVENTI: SELEZIONE, SINTESI E INDUSTRIALIZZAZIONE

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE Table 1. Solvent specifications Characteristics

Method

Measure unit

Specification

Characteristic type

Boiling point

DIN 3171

°C

170-240

physical

0.01-0.1

physical

(cal/cm )

7.9-9.9

physical

Vapour pressure at 20°C

KPa 3 1/2

Solubility Parameter Density

DIN 51757

g/ml

0.90 – 1.10

physical

Flash point

ASTM D 3828-IP303

°C

> 60

physical

Compatibility /Stability

shelf life at room temperature (paint preparations)

months; pH range

12 ; 7 < pH < 9

compatibility / stability

Application properties

spray application

as reference cosolvent

application

*Coalescence: film quality

application on Leneta card with bar coater “100µ wet”, drying 24h

amount of cosolvent added

*Coalescence: film quality

MFFT-90 Bar, Rhopoint instruments LTD, 75µ wet. ISO 2115

amount of cosolvent added

Toxicity Reference co-solvent: ethylene glycol mono-n-butylether

film clear and continuous obtained coalescence efficiency with relevant reduction of co-solvent in respect to the amount of reference coalescence efficiency cosolvent (at 20°C, RH 40-70%) not dangerous

toxicity

* to evaluate these characteristics were used a reference waterborne resin (styrene-acrylic emulsion, solids content: 40% in water, pH: 7.5, Minimum Film Forming Temperature: 90°C- hard latex), and a reference preparation (transparent finishing) based on the same resin.

Synthesis

Sintesi

For the preparation of the dialkyl carbonates having general formula R1(OR2)nOCOO(R3O)mR4 it is possible to use well established synthetic methods. A well-known method for obtaining unsymmetrical organic carbonates with ether functions is the reaction of alkyl chloroformiates with alcohols having ether functionalities in the presence of base reagents (Scheme 1, eq. 1)3. Another method is the reaction of electrochemically activated CO2 with alcohols having ether functionalities and alkyl halides (Scheme 1, eq. 2).4 It is also possible to obtain the above mentioned dialkyl carbonates derivatives through transesterification reactions of symmetric dialkyl carbonates (basically dimethyl, but also diethyl carbonates) with alcohols having ether functionalities in the presence of suitable transesterification catalysts i.e. weak bases (Scheme 1, eq. 3).

Per la preparazione di dialchilcarbonati avente formula generale R1(OR2)nOCOO(R3O)mR4 è possibile utilizzare metodi di sintesi comprovati. Un metodo noto per ottenere carbonati organici asimmetrici con funzioni etere è la reazione di alchil cloroformiati con alcoli aventi funzionalità etere in presenza di reagenti (basici schema 1, eq. 1)3. Un altro metodo è la reazione di CO2 attivata elettrochimicamente con alcoli aventi funzionalità etere e alogenuri alchilici (schema 1, eq. 2)4. È anche possibile ottenere i derivati di dialchilcarbonato sopra menzionati attraverso reazioni di transesterificazione di dialchilcarbonati simmetrici (fondamentalmente dimetile, ma anche dietilcarbonato) con alcoli aventi funzionalità etere in presenza di catalizzatori di transesterificazione adatti, ad. es. basi deboli (schema 1, eq. 3). Lo schema 1 riporta le reazioni relative ai tre metodi di preparazione descritti.

Scheme 1 reports the reactions related to the three preparation methods described. (1) ROCOCl + R2OR1OH + NaOH (2) CO2 + R2OR1OH + RX (3) ROR1OH + CH3OCOOCH3

ROCOOR1OR2 + NaCl + H2O base cat./base

ROCOOR1OR2 + XROR1OCOOCH3 + CH3OH

Scheme 1. Synthesis of dialkyl carbonates by chloroformiate (eq. 1); electrochemically activated CO2 (eq. 2) and transesterification reactions of symmetric dialkyl carbonates (eq. 3).

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

High performance and very low impact co-solvents for water based coatings According to the eq. 3 the selected starting alcohols, having ether functionalities, were reacted with dilakylcarbonates (usually dimethyl carbonate, DMC) giving the monoalkyl carbonate derivatives R2OCOOR1OR and/or the dialkyl carbonate derivatives ROR1OCOOR1OR. The two-synthetised products can be separated by distillation. Furthermore the dialkyl carbonate derivatives can also be converted (using appropriate conditions) in the monoalkyl carbonate derivates if needed. The catalyst used can be recycled and reused several times.

Secondo l’eq. 3 gli alcoli di partenza scelti, aventi funzionalità etere, hanno reagito con dialchilcarbonato (solitamente dimetilcarbonato, DMC) dando alchillarbonati monoderivati R2OCOOR1OR e/o alchilcarbonati bi-derivati ROR1OCOOR1OR. I due prodotti sintetizzati possono essere separati per distillazione. Inoltre, se necessario, i bi-derivati possono anche essere convertiti (usando condizioni appropriate) in monoderivati. Il catalizzatore utilizzato può essere riciclato e riutilizzato svariate volte.

R2OCOOR2

ROR1OH

ROR1OCOOR2 + ROR1OCOOR1OR

cat. R2OCOOR2 Scheme 2. Synthesis of dialkyl carbonates of general structure ROR1OCOOR2

The last method (3) is of most interest and was here used for the synthesis of the unsymmetrical derivatives of dialkyl carbonates containing ether functionalities; DMC was largely used as starting material because it is easily available and it is characterized by a low hazard level*.

L’ultimo metodo (3) è il più interessante ed è stato utilizzato per la sintesi di derivati asimmetrici di dialchilcarbonato contenenti funzionalità etere; il DMC è stato largamente utilizzato come materiale di partenza poiché facilmente disponibile e caratterizzato da un basso livello di pericolo*.

*As in the selection of a starting material, the selection of a reagent must include an evaluation in order to identify the hazards associated with a particular reagent. This evaluation should include an analysis of the reagent itself, as well as an analysis of the synthetic transformation associated with the use of that reagent (i.e., to determine product selectivity, reaction efficiency, separation needs, etc.). In order to evaluate the hazard inherent to the use of a certain reagent we need to address several issues. Firstly, a study should be done to determine if alternative reagents are available that are either more environmentally benign themselves or are able to carry out the necessary synthetic transformation in a more environmentally benign way. In order to answer this question, alternative reagents must be identified and any hazardous properties that they possess must be compared with those associated with the reagent originally selected. One example of an innocuous reagent is dimethyl carbonate (DMC).5 DMC is classified as a flammable liquid, does not smell and does not have irritating or mutagenic effects by either contact or inhalation. Therefore, it can be handled safely. Recently, new studies and many new applications led to an enormous effort in the investigation of the low-cost and not toxic synthesis of DMC. Besides, DMC is considered green because: 1. it is produced according to a green synthesis (see below); 2. it is non toxic; 3. it produces no inorganic waste; 4. it led to unexpected and even surprising synthetic pathways. For a long time, DMC was produced from phosgene and methanol. In this synthesis, HCl was an unwanted side product. However, since the mid eighties, DMC is no longer produced from a phosgene pathway. Nowadays the industrial procedure for producing DMC uses no chlorine, but consists of the cleavage of cyclic carbonates. Currently several catalysts are being studied for the synthesis of the cyclic carbonate which is an important green reagent and intermediate for the synthesis of DMC6

* come la scelta di un materiale di partenza, la scelta di un reagente deve includere una valutazione al fine di identificare i pericoli associati con un particolare reagente. Questa valutazione dovrebbe includere un’analisi dello stesso reagente, così come un’analisi della trasformazione sintetica associata con l’uso di quel reagente (ad es., per determinare la selettività del prodotto, il rendimento della reazione, i bisogni della separazione, ecc.). Al fine di valutare il pericolo inerente l’utilizzo di un certo reagente, abbiamo bisogno di prendere in considerazione alcune questioni. Innanzitutto deve essere fatto uno studio per determinare se sono disponibili reagenti alternativi che siano sia essi stessi meno dannosi per l’ambiente che in grado di eﬀettuare la necessaria trasformazione sintetica in modo meno dannoso per l’ambiente. Per rispondere a questa questione, si devono identificare reagenti alternativi e qualsiasi proprietà pericolosa che essi possiedano deve essere paragonata a quella associata con i reagenti originariamente scelti. Un esempio di reagente innocuo è il dimetilcarbonato (DMC)5. Il DMC è classificato come liquido infiammabile, non ha odore e non ha eﬀetti tossici o mutageni, sia per contatto che per inalazione. Per cui, può essere manipolato in sicurezza. Recentemente, nuovi studi e molte nuove applicazioni hanno portato a uno sforzo enorme nella ricerca di sintesi a basso costo e non tossiche del DMC. Inoltre, il DMC è considerato sostenibile perché: 1. è prodotto con una sintesi verde (vedere sotto); 2. non è tossico; 3. non produce rifiuti inorganici; 4. conduce a sequenze inaspettate e addirittura sorprendenti. Per lungo tempo, il DMC è stato prodotto da fosgene e metanolo. In questa sintesi, HCl era un sottoprodotto indesiderato. In ogni caso, dalla metà degli anni Ottanta, il DMC non è più prodotto partendo dal fosgene. Oggigiorno la procedura industriale per produrre DMC non usa cloro, ma consiste in una scissione di carbonati ciclici. Attualmente svariati catalizzatori sono in fase di studio per la sintesi del carbonato ciclico, che è un importante reagente verde e un intermedio per la sintesi di DMC6.

R R

+ CO2

cat. 1

MeOH, cat 2 [- HOCH2CH(R)OH]

O O

Scheme 3. Insertion of CO2 into an epoxide and cleavage of the resultant cyclic carbonate. Step 1. Catalyst: MgO, CaO. Step 2. Catalyst: zeolites exchanged with alkali and/or earth metal ions. R = H and CH3

50 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE DMC is an environmentally benign substitute of phosgene in carboxymethylation reactions and of dimethyl sulphate (DMS) and methyl halides in methylation reactions. Reported toxicity and ecotoxicity data classify DMC, as said, as both a non-toxic and environmental benign chemical7. DMC does not produce inorganic salts. In fact, the leaving group, methyl carbonate, decomposes giving only methanol and CO2 as by products. In this context, we remind the alkoxycarbonylation of an alcohol by phosgene COCl2. DMC is able to perform the same reaction, using a catalytic amount of base and producing only methanol and CO2 as by-product.

Il DMC, inoltre, è un sostituto a basso impatto ambientale del fosgene nelle reazioni di carbossimetilazione, e di dimetilsolfato (DMS) e metilalogenuri nelle reazioni di metilazione. I dati di tossicità ed eco-tossicità riportati classificano il DMC come prodotto chimico non tossico ed ecocompatibile7. Il DMC non produce sali inorganici. Di fatto, il gruppo di partenza, metilcarbonato, si decompone restituendo come sottoprodotti solo metanolo e CO2. In questo contesto, ricordiamo l’alcossicarbonilazione di un alcol dal fosgene COCl2. Il DMC è in grado di eﬀettuare la stessa reazione, usando una quantità catalitica di base e producendo solo come sottoprodotti metanolo e CO2.

The following describes, as example, the laboratory synthesis of one of derivatives within the compounds provided to the Lechler Laboratory for further characterization.

Il seguente schema descrive, per esempio, la sintesi di laboratorio di uno dei derivati fra i composti forniti al laboratorio Lechler per un’ulteriore caratterizzazione.

Synthesis of 3-methoxybutyl methyl carbonate

Sintesi di 3-metossibutile metil carbonato

O H3C

C O

CH2

CH3

CH CH2

CH3

270 g of dimethyl carbonate (3 moles), 104.1 g of 3-methoxy-1 butanol (1 mole) and 5.52 g of potassium carbonate (0.04 moles)* were added to and mixed in a 1-litre tree-necked flask equipped with a mechanical stirrer, thermometer and condenser. The mixture was heated to 90°C for 2.5 h, it was then cooled to room temperature and filtered. 100 ml of ethyl ether were first added to the liquid part (filtrate), a double washing was then eﬀected with a total of 150 ml of water in a separator funnel. After drying with anhydrous sodium sulfate, the organic phase was subjected to stripping in a rotating evaporator to eliminate the ethyl ether. The product obtained was distilled under vacuum at a pressure of 10 mm Hg and a temperature of 75°C. The product was subjected to GC analysis and its purity was calculated at 99.3%. Its molecular structure was confirmed by 1H and 13C NMR analysis. Its boiling point at atmospheric pressure was 196°C.

270 g di dimetil carbonato (3 mole), 104,1 g di metal carbonato 3-metossi-1 butanolo (1 mole) e 5,52 g di carbonato di potassio (0,04 mole)* sono state aggiunte e miscelate in una beuta da un litro dal collo ad albero dotata di agitatore meccanico, termometro e condensatore. La miscela è stata scaldata a 90°C per 2,5 h, poi raﬀreddata a temperatura ambiente e filtrata. Dapprima sono stati aggiunti 100 ml di etil etere alla parte liquida (filtrata), è stato eﬀettuato un doppio lavaggio con un totale di 150 ml di acqua in un imbuto separatore. Dopo asciugatura con un solfato di sodio anidro, la fase organica è stata sottoposta a rimozione in un evaporatore rotante per eliminare l’etil etere. Il prodotto ottenuto è stato distillato in vuoto alla pressione di 10 mm Hg e alla temperatura di 75°C. Il prodotto è stato sottoposto ad analisi GC e la sua purezza è stata calcolata al 99,3%. La sua struttura molecolare è stata confermata da un’analisi NMR di 1H e 13C. Il suo punto di ebollizione a pressione atmosferica era di 196°C.

*with cesium carbonate the reaction goes to completion in 1.5 hours.

*con carbonato di cesio la reazione si completa in 1,5 ore.

The synthesis of similar derivatives has finally allowed the preparation of diﬀerent molecules of potential interest that were sent for evaluation, to the Research and Development Laboratory of Lechler.

La sintesi di derivati similari ha finalmente consentito la preparazione di molecole diﬀerenti potenzialmente interessanti che sono state inviate per la valutazione al Laboratorio Ricerca e Sviluppo di Lechler.

Scale up

Industrializzazione

The synthetic methodology described above (Scheme 1, eq.3) was used for the preparation of

La metodologia sintetica sopra descritta (schema 1, eq.3) è stata usata per la preparazione su larga scala

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

High performance and very low impact co-solvents for water based coatings the most promising co-solvent (see next paragraph) in large scale by a partner of Solvsafe Project. A ton of product was synthesized, by the partner Stemar2, with good yields and without any particular problems. The level of estimated cost is aligned with that of dialkyl carbonates now on the market.

del co-solvente più promettente (rif. paragrafo successivo) da un partner del Progetto Solvsafe. È stata sintetizzata una tonnellata di prodotto, dal partner Stemar2, con buone rese e senza particolari problemi. Il livello stimato di costo è allineato con quello dei dialchilcarbonati oggi sul mercato.

COATINGS: EXPERIMENTAL VERIFICATION Introduction

VERNICI: VERIFICHE SPERIMENTALI

Physical characteristics

Caratteristiche fisiche

Physical and thermodynamic parameters of A, B and C substantially match the specifications.

I parametri fisici e termodinamici di A, B e C corrispondono sostanzialmente alle specifiche tecniche.

Compatibility / stability

Compatibilità / stabilità

The best results were found with co solvents A. The co-solvent / reference waterborne resin mix was stable in a wide range at room temperature. Several preparations showed good stability

I migliori risultati sono stati trovati con il co-solvente A. La mischela co-solvente/resina all’acqua di riferimento era stabile in un ampio intervallo a temperatura ambiente. Svariate preparazioni hanno

Introduzione Lechler Laboratory carried out an initial assessment I laboratori di Lechler hanno condotto una valutazione iniziale sui solventi potenzialmente più interessanon the most potentially interesting co-solvents ti sintetizzati dalla università Ca’ Foscari e dal Consynthesized by Ca’ Foscari University and the sorzio Interuniversitario la Chimica per l’Ambiente Interuniversity Consortium the “Chemistry for the (INCA). Come risultato di questa fase iniziale, sono Enviroment” (INCA). state pre-selezionate tre molecole, qui di seguito riAs result of this initial stage, three molecules ferite rispettivamente come A, B e C. were pre-selected, and hereafter referred La sezione che segue presenta risultati significativi as A, B and C respectively. derivati dal piano sperimentale nel suo complesso. In the following section, meaningful results Il piano sperimentale ha permesso la valutazione di derived from the full arc of the experimental caratteristiche/proprietà tecniche rispetto alle speplan are presented. cifiche definite (rif. “Specifiche Tecniche dei SolvenThe experimental plan allowed for the evaluation of ti”): technical characteristics/properties in comparison to the desired specifications (rif. “Solvent Specifications”): – caratteristiche fisiche (controllate da Ca’ Foscari); – compatibilità/stabilità; – physical characteristics (checked by Ca’ Foscari); – proprietà applicative; – compatibility/stability; – efficienza coalescente. – application properties; Accanto ai quattro punti sopra menzionati è stata – coalescent efficiency. Besides the above mention four points the toxicology esaminata la tossicologia dei co-solventi selezionati of the selected co-solvents has also been investigated (vedere paragrafo: “Solventi: caratterizzazione tos(see par. “Solvents: Toxicological Characterization”). sicologica”). Come affermato in precedenza, la sezione WP2 del As previously stated, the section of WP2 of Solvsafe Project, related to waterborne paints and varnishes, Progetto Solvsafe, relativa alle vernici liquide e agli smalti all’acqua, si focalizzava principalmente sulla was mainly focused on polymer latex film filmazione di lattici polimerici con l’aiuto di coaleformation with non-dangerous and high scenti non pericolosi e ad alto rendimento. efficiency coalescing aids. Prima di discutere nel dettaglio la formazione del Before discussing film formation and toxicology film e la tossicologia, riassumiamo brevemente i riin detail, the results, in terms of other desired characteristics, are briefly summarized. sultati relativi alle altre caratteristiche.

52 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE performance (shelf life) of more than 12 months, at room temperature.

mostrato performance di stabilità (conservazione) superiori a 12 mesi, a temperatura ambiente.

Application properties

Proprietà applicative

Some compositions selected from those prepared for the determination of coalescence eﬃciency and containing co-solvent A at a loading significantly lower than the reference co-solvent, were evaluated in terms of application. Detailed testing focused on the following water borne compositions: a 1K metallic finishing for ABS and PS, a 1K primer for PP and ABS, a 2K primer for metallic substrates and a 1K metallic base coat. In all cases the spray application tests were carried out in comparison to standard products containing the reference co-solvent, utilising both plastic and metal substrates. In terms of wettability, over-spray acceptance, sagging resistance, levelling, and defects, the preparations containing the new co-solvents performed comparably the same as or better than those containing the reference co-solvent (BuGly). Further tests are ongoing.

Alcune formulazioni selezionate fra quelle preparate per la determinazione dell’eﬃcienza coalescente e contenenti il co-solvente A a un livello significativamente più basso rispetto al co-solvente di riferimento, sono state valutate in termini di applicabilità. L’analisi dettagliata si è focalizzata sulle seguenti formulazioni: una finitura metallizzata monocomponente per ABS e PS, un primer monocomponente per PP e ABS, un primer bicomponente per substrati metallici e una base opaca monocomponente metallizzata. In tutti i casi la prova di applicazione a spruzzo è stata eﬀettuata comparando le formulazioni con prodotti standard contenenti il co-solvente di riferimento, utilizzando sia substrati plastici che metallici. In termini di bagnabilità, over-spray, resistenza alla colatura, distensione e difetti le preparazioni contenenti i nuovi co-solventi hanno mostrato performance uguali o migliori di quelle contenenti il co-solvente di riferimento (BuGli). Ulteriori test sono in corso.

Coalescent eﬃciency Background (on polymer latex film formation)

Eﬃcienza coalescente

In general, the film formation during drying of latex coatings is known to occur in three stages8.

Background (filmazione di lattici polimerici) In generale, è risaputo che la formazione del film durante l’asciugatura di lattici si verifica in tre fasi8.

Plot 1. The three stages of film formation during drying of latex coatings

Stage I: water evaporation, the particles are widely dispersed and particle contact is infrequent. Stage II: particle deformation, particles deform under the influence of capillary forces. Stage III: coalescence, polymer diﬀusion across particle boundaries results in the formation of a continuous film.

Fase I: evaporazione dell’acqua, le particelle sono ampiamente disperse e il contatto fra le particelle è infrequente. Fase II: deformazione delle particelle, le particelle si deformano sotto l’influenza di forze capillari. Fase III: coalescenza, la diﬀusione del polimero lungo i confini delle particelle risulta nella formazio-

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

High performance and very low impact co-solvents for water based coatings

Aqueous Dispersion

polymer Water Loss and Shrinkage (Stage I)

water rp Deformation (Stage II) Substrate

Coalescence and inter Diffusion (Stage III)

Figure 1. Film formation

2ep Figure 2. Compression on the particle assemblage

In the stage I, as the water evaporates at constant rate, the particles come closer together and either arrange into an ordered packing or distribute randomly, depending on the magnitude of various parameters involved in the drying process. A great deal of experimental work has been done to study the type and extent of particle ordering in this stage of film formation. The greatest area of research related to film formation has involved the investigation of the forces at work causing deformation during stage II: several theories have been proposed to explain the mechanism of deformation. Capillary forces were identified as the main driving force for deformation of the particles and the rate of drying decrease due to decreasing air/water interface area available for evaporation. Stage III is the polymer inter-diffusion stage when particle boundaries cease to exist and diffusion of polymer chains takes place. The drying rate during this stage decreases drastically due to diffusion controlled evaporation (fig. 1). As stated, the most controversial aspect is related to stage II: it is accepted that the principle of “wet sintering”, developed by Brown9, gives a good description of the forces causing deformation and the force resisting deformation. The concept of this model is the application of Laplace’s principle of capillary pressure to a system of three contiguous 54 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

ne di un film continuo. Nella prima fase, siccome l’acqua evapora a un tasso costante, le particelle si avvicinano l’una all’altra e si sistemano in un insieme ordinato o casuale, in funzione di svariati parametri coinvolti nel processo di asciugatura. Attività sperimentali di notevole portata sono state portate avanti per studiare la tipologia e l’estensione dell’ordinamento delle particelle in questa fase della formazione del film. L’area di ricerca maggiore relativa alla formazione del film ha coinvolto le forze in campo che causano la deformazione durante la fase II: sono state proposte diverse teorie per spiegare il meccanismo di deformazione. Le forze capillari sono state identificate come forze motrici principali per la deformazione delle particelle e la velocità di essiccazione diminuisce a causa della diminuzione dell’area di interfaccia aria/acqua disponibile per l’evaporazione. La fase III è la fase di interdiffusione dei polimeri quando i confini delle particelle cessano di esistere e si verifica la diffusione della catena polimerica. Il grado di asciugatura durante questa fase diminuisce drasticamente a causa dell’evaporazione controllata dalla diffusione (fig. 1). Come affermato, l’aspetto più controverso è relativo alla fase II: è condiviso che il principio di “sinterizzazione umida”, sviluppata da Brown9, offre una buona descrizione delle forze che causano la deformazione e delle forze che resistono alla deformazione. Il concetto di questo modello è l’applicazione

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE spheres, where the water surface tension is the driving force. This idea has been used by many authors10-13 to describe the deformation process during the coalescence. Vanderhoﬀ et al.8,14 assumed that the polymer/water interfacial tension is the driving force and that Laplace’s principle has to applied to the three radii of curvature between two coalescing spheres. The resulting contact pressure causes the viscoelastic deformation of the particles, given by Hertz15 or by the JKR16 contact theory. Therefore before the spheres touch each other, there is an overall compression on the particle assemblage, which is exerted in the direction normal to the water/particle interface. This pressure tends to deform the particle in this direction, as shown in figure 217. From the moment, the spheres make contact with each other, the pressure starts to significantly deform the spheres. The amount of deformation depends not only on this pressure but also on the Young modulus of the polymer and on the coalescing time. In order to get complete coalescence, the capillary forces have to be bigger than the forces of resistance against particle deformation: Fs + Fc + FvdW + Fg > Fe + Fr Here, the left hand of the equation describes the driving forces for particle deformation and the right hand describes the forces resisting particle deformation. The terms on the left hand side describe the following functions: Fs is the force produced by the negative curvature of the polymer surface, Fc is the capillary forces from the water in the interstitial area between the particles during the period of water loss, FvdW is the force resulting from the van der Waals forces between the particles and Fg is the gravitational force. The terms on the right hand side describe the following functions: Fe is the electrostatic and steric repulsive forces and Fr is the elastic resistance of the particles. If the particles have been deformed completely, the cohesive energy, at least,

del principio di Laplace della pressione capillare di un sistema a tre sfere contigue, dove la tensione superficiale dell’acqua è la forza motrice. Questa idea è stata utilizzata da molti autori10-13 per descrivere il processo di deformazione durante la coalescenza. Vanderhoﬀ et al.8,14 hanno presunto che la tensione interfacciale polimero/acqua è la forza motrice e che il principio di Laplace deve essere applicato ai tre raggi della curvatura tra le due sfere coalescenti. La risultante pressione di contatto causa la deformazione viscoelastica delle particelle, data dalla teoria di contatto di Hertz15 o da JKR16. Quindi prima che le sfere si tocchino l’una con l’altra, sull’insieme delle particelle si verifica una compressione generale, che è esercitata nella direzione solita verso l’interfaccia acqua/particelle. Questa pressione tende a deformare la particella in questa direzione, come mostrato in figura 217. Dal momento in cui le sfere entrano in contatto l’una con l’altra, la pressione inizia a deformare significativamente le sfere. L’estensione della deformazione dipende non solo da questa pressione ma anche dal modulo di Young del polimero e dal tempo di coalescenza. Al fine di ottenere una coalescenza completa, le forze capillari devono essere maggiori delle forze di resistenza alla deformazione delle particelle. Fs + Fc + FvdW + Fg > Fe + Fr Qui il lato sinistro dell’equazione descrive le forze motrici per la deformazione delle particelle e il lato destro descrive le forze che resistono ad essa. I termini sul lato sinistro descrivono le seguenti funzioni: Fs è la forza prodotta dalla curvature negativa della superficie polimerica, Fc è la forza capillare dall’acqua nell’area interstiziale tra le particelle durante il periodo di perdita d’acqua, FvdW è la forza risultante dalle forze di Van Der Waals tra le particelle e Fg è la forza gravitazionale. I termini sul lato destro descrivono le seguenti funzioni: Fe sono le forze elettrostatica e quella di repulsione sterica, Fr è la resistenza elastica delle particelle. Se le particelle sono state completamente deformate, l’energia coesiva, alla fine, con55

High performance and very low impact co-solvents for water based coatings counterbalances the internal forces built up during the time of the coalescence process. The resulting cohesive strength is a function of contact area, stress relaxation and interaction energy of the surfaces. The role of the volatile organic components18 (co-solvent) in aqueous latex as coalescing aids is to lower the elastic modulus and provide temporary plasticization to promote polymer chain motion and, hence, provide a better film finish. To achieve high film strength by enhancing inter-diﬀusion, strong plasticization is not a desirable property if the solvent does not evaporate easily, and likewise, plasticization cannot be combined with rapid evaporation. Thus desirable properties for enhancing film formation are moderate evaporation rates and moderate plasticization: a compromise between the necessity of the plasticizer (VOC) to remain in the latex for a suﬃcient amount of time to perform its function, but not so long to soften the film. So the co-solvent has a depressive action on the Minimum Film Forming Temperature that is the minimum temperature at which a water borne latex or emulsion will coalesce when laid on substrate as a thin film. When this process occurs, in the absence of pigmentation or other opacifying materials, a clear transparent and continuous film is formed.

Experimental Section Tests on the film quality: semi-quantitative assessment In order to have an idea of the coalescence eﬃciency of the pre-selected co-solvents, film formation was initially observed at 20° C. The reference waterborne resin (see Table 1.) was applied with diﬀerent percentage loadings of coalescent to a Leneta test card (black and white) with a bar coater calibrated to 100Km wet thickness. A visual evaluation of the film appearance was conducted 24h after application to the Leneta card. It is important to underline that every addition of solvent to the emulsion was carried out with continual mechanical stirring to avoid local shock within the mix. The film transparency and appearance was assessed by qualitative judgement (visual). The results are shown below in Table 2. 56 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

trobilancia le forze interne accumulate durante il periodo di durata del processo di coalescenza. La risultante forza coesiva è una funzione dell’area di contatto, rilassamento delle tensioni ed energia di interazione delle superfici. Il ruolo dei componenti organici volatili18 (co-solvente) nei lattici acquosi in qualità di promotori di coalescenza è quello di abbassare il modulo elastico e fornire una plastificazione temporanea per promuovere il moto della catena polimerica e fornire un film di finitura migliore. Per ottenere un’elevata solidità del film potenziando l’inter-diffusione, una plastificazione forte non è una proprietà auspicabile, se il solvente non evapora facilmente, e ugualmente, la plastificazione non può essere combinata con una rapida evaporazione. Quindi le proprietà auspicate per ottimizzare la formazione del film sono un tasso moderato di evaporazione e una plastificazione moderata: un compromesso tra il bisogno del plastificante (COV) di rimanere nel lattice per una quantità sufficiente di tempo a effettuare la sua funzione, ma non così a lungo da ammorbidire il film. In sintesi, il co-solvente possiede un’azione depressiva sulla Temperatura Minima di Filmazione, che è la temperatura minima a cui il lattice a base acqua o l’emulsione filma quando applicata su un substrato sottoforma di film sottile. Quando si verifica questo processo, in assenza di pigmentazione o altri materiali opacizzanti, si forma una pellicola trasparente e continua.

Sezione sperimentale Prove sulla qualità del film: valutazione semi-quantitativa Al fine di ottenere un’idea dell’eﬃcienza coalescente del co-solvente pre-selezionato, la formazione del film è stata inizialmente osservata a 20° C. La resina a base acqua di riferimento (rif. tab. 1) è stata applicata con diﬀerenti percentuali di coalescente su un cartoncino Leneta (bianco e nero) con stendi film calibrato a 100 μm di spessore bagnato. Una valutazione visiva dell’aspetto del film è stata fatta 24 ore dopo l’applicazione su cartoncino Leneta. È importante sottolineare che ogni aggiunta di solvente all’emulsione è stata eseguita con una agitazione continua e meccanica per evitare shock locali all’interno della miscela. Trasparenza del film e aspetto sono stati valutati attraverso un giudizio qualitativo (visivo). I risultati sono mostrati in tabella 2.

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE Table 2. Qualitative judgement of the film transparency +10% +15% BuGly 2 2 A 4 4/6 B 2/4 4 C 2/4 4 Evaluation rating: 2 = fail; 4 = border fail; 6 = border pass; 8 = pass

Co-solvent A exhibits very interesting behaviour: its coalescent efficiency is higher than BuGly and moreover, it’s also totally odourless with respect to the other solvents. The coalescent effect of the co-solvents A, B and C at several different temperatures was tested utilising the second reference of a coating preparation - transparent finishing - based on the reference waterborne resin (Table 1.). The transparent finishing was then combined with the co-solvent and water at the loadings indicated in the following table. Table 3. Total composition Tr. finishing Co-solvent Water Total

+20% 4/6 6 6 6

Il co-solvente A mostra un comportamento molto interessante: la sua eﬃcienza coalescente è maggiore di quella del BuGli e inoltre è completamente privo di odore rispetto ad altri solventi. L’eﬀetto coalescente dei co-solventi A, B e C è poi stato testato a diverse temperature utilizzando il secondo riferimento – vernice di finitura trasparente – basata sulla resina all’acqua di riferimento (tabella 1). La finitura trasparente è stata poi combinata con il co-solvente e l’acqua nelle quantità indicate nella tabella seguente.

90 7.5 2.5 100

The samples were then applied to Leneta card and treated at several diﬀerent temperatures. The visual appearance of the film that formed, was assessed and the results shown below in Table 4 (two factors multilevel DOX).

90 10 // 100

I campioni sono poi stati applicati su un cartoncino Leneta e trattati a diverse temperature. L’aspetto visivo del film così formato è stato valutato e i risultati sono mostrati in tabella 4 (due fattori multilivello DOX).

Table 4. Qualitative judgement of the film transparency Temperature % co-solvent Appearance BuGly °C % w/w 20 7.5 2 40 7.5 2 60 7.5 2 80 7.5 4 20 10 4 40 10 4 60 10 4/6 80 10 6 Evaluation rating: 2 = fail; 4 = border fail; 6 = border pass; 8 = pass

After this initial semi-quantitative assessment, it is easy to observe the better coalescence eﬃciency of the new co-solvents and in particular that of co-solvent A, with respect to the reference cosolvent BuGly. In order to better specify and quantify these results, more accurate tests were carried out using a Minimum Film Forming Temperature (MFFT) Bar Instrument.

+25% 6 8 6/8 6/8

Appearance A

Appearance B

Appearance C

6 6 6 6/8 6 6 6/8 8

2/4 2/4 4 4/6 4 4/6 4/6 6

2/4 4 4/6 6 4 4 4/6 6

Dopo questa iniziale valutazione semi-quantitativa, è facile osservare la miglior eﬃcienza coalescente dei nuovi co-solventi e in particolare quella del co-solvente A, rispetto al co-solvente di riferimento BuGli. Al fine di specificare meglio e quantificare questi risultati, sono stati eﬀettuati test più accurati utilizzando uno strumento per la determinazione della Temperatura Minima di Filmazione (MFFT - Bar Instrument).

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

High performance and very low impact co-solvents for water based coatings 10% co-solvent Quality of appearance

Quality of appearance

7,5 % co-solvent 8 7 6 5 4 3 2

8 7 6 5 4 3 2

T (°C) Variables

BuGly

T (°C) A

Variables

BuGly

Estimated Response Surface for film with cosolvent A

Quality of appearance, BuGly

Quality of appearance, co-solvent A

Plot 2-3. Show test outcomes in graph form

8 6 4 2

80°

0 7,5

50°

% Co solvent

20°

T (°C)

Plot 4. Estimated response surface for the film with the co-solvent A

Estimated Response Surface for film with BuGly 8 6 4 2 80°

50°

7,5

10 20°

% Co-solvent

T (°C)

Plot 5. Estimated response surface for the film with BuGly

Test on the film quality: quantitative assessment

Test sulla qualità del film: valutazione quantitativa

The coalescent efficiency of each co-solvent was evaluated by observing the loading of co-solvent necessary in the reference samples (resin or coating preparation) to give a MFFT equal to 20°C. The quantity of co-solvent to be added was calculated by mathematical interpolation of the MFFT values measured for the reference resin or for the reference coating preparation, containing different quantities of co-solvent. The coalescence effect of the co-solvents was initially tested utilising the reference waterborne resin. Although not considered as references, in addition to the reference solvent (BuGly), two common carbonates (symmetric and without ether functions), dioctyl carbonate (DOC) and 2-ethyl-hexyl carbonate (DEEC), were also tested against the co-solvents A, B and C. The incorporation of co-solvents DOC and DEEC proved to be extremely difficult and did not give significant results due to the instantaneous and complete immiscibility with the reference resin.

L’efficienza coalescente di ogni co-solvente è stata valutata osservando la quantità di co-solvente necessaria nei campioni di riferimento (resina o formulazione di vernice) per dare una TMF uguale a 20°C. La quantità di co-solvente da aggiungere è stata calcolata attraverso interpolazione matematica dei valori di TMF misurati per la resina di riferimento o per la formulazione di riferimento, contenenti quantità differenti di co-solvente. L’effetto coalescente dei co-solventi è stato inizialmente testato utilizzando la resina all’acqua di riferimento. Sebbene non considerati come riferimenti, oltre al solvente di riferimento (BuGli), sono stati testati anche due comuni carbonati (simmetrici e senza funzioni etere), dioctilcarbonato (DOC) e 2-etil-esil carbonato (DEEC), rispetto ai co-solventi A, B e C. L’incorporazione dei co-solventi DOC e DEEC ha dimostrato essere estremamente difficile e non ha dato risultati significativi a causa dell’istantanea e completa immiscibilità con la resina di riferimen-

58 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE A MFFT-90 Bar (Rhopoint instruments Ltd), was used for the MFFT measurement. MFFT measurements were carried out according to the following operative procedure: the co-solvent to be tested was added drop by drop to 100g of reference sample, maintained under continuous mechanical stirring, until the following aliquots of co-solvent in the reference waterborne resin are reached: +5%, +10%, +15%, +20% and +25% by weight with respect to the weight of the reference sample. The reference waterborne resin containing the co-solvent in each of the above aliquots was then distributed on the surface of the measurement instrument, operating within a suitable temperature range, by means of a film-layer cube at 75 μm (wet thickness of the film applied), as showed in the following Table 5.

to. Per i test, come già anticipato, è stato usato una strumento denominato: MFFT - 90 BAR (Rhopoint Instruments LTD), per la misurazione della TMF. Le misurazioni della TMF sono state eﬀettuate secondo le seguenti procedure operative: il co-solvente da testare è stato aggiunto goccia a goccia a 100g del campione di riferimento, mantenuto in agitazione meccanica continua, fino a che sono state raggiunte le seguenti aliquote di co-solvente: +5%, +10%, +15%, +20% e +25% in peso rispetto al peso del campione di riferimento. La resina all’acqua di riferimento contenente il cosolvente in ognuna delle aliquote di cui sopra è stata poi distribuita sulla superficie dello strumento di misura, operando all’interno di un range di temperature, a mezzo di uno stendi film a 75 μm (spessore bagnato del film applicato), come mostrato nella seguente tabella 5.

Table 5. MFFT values measured for reference resin Co-solvent Aliquot Aliquot +5%

Aliquot +10%

Aliquot +15%

Aliquot +20%

Aliquot +25%

BuGly

75°C

37°C

27°C

21°C

7°C

63°C

32°C

19°C

9°C

-1°C

77°C

45°C

17°C

11°C

3°C

79°C

48°C

24°C

11°C

3°C

The plot 6 below shows, in graph form, the outcomes of the test with the regression lines.

Co-solvent (% w/w)

Il grafico 6 seguente mostra i risultati del test con le curve di regressione. I coeﬃcienti di correlazione sono più alti di 0,99 in tutti i casi.

BuGly

20 15

A 10

5 0 0

T (°C)

The correlation coefficients are higher than 0,99 in all the cases. By means of a fitting process (Software Statgraphics Centurion XV - Statpoint) of the experimental MFFT values observed for the different concentrations of co-solvent in the reference resin, the degree of loading (% weight) of each co-solvent necessary to give a MFFT equal to 20° C (i.e. a representative value of the coalescence efficiency at room temperature) was obtained by mathematical interpolation. The percentage values

Attraverso un processo di adeguamento (Software Statgraphics Centurion XV - Statpoint) dei valori sperimentali di TMF osservati per le diverse concentrazioni di co-solvente nella resina di riferimento, la quantità (% in peso) di ogni co-solvente necessario a dare una TMF uguale a 20° C (ad es. un valore rappresentativo di eﬃcienza di coalescenza a temperatura ambiente) è stato ottenuto attraverso interpolazione matematica. I valori percentuali determinati per i diﬀerenti cointernational PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

High performance and very low impact co-solvents for water based coatings solventi attraverso interpolazione dei dati sperimentali sono registrati nella tabella 6.

determined for the diﬀerent co-solvents through interpolation of the experimental data are recorded in the following Table 6.

Table 6. Quantity of co-solvent to add to the reference resin to obtain a MFFT = 20° C BuGly

Interpolation % value

17.8

14.6

16.5

Confidence range limits 95.0%

Lower=13.3 Upper=26.6

Lower=13.6 Upper=15.6

Lower=13.9 Upper=22.0

Lower=15.9 Upper=17.1

Difference with respect to BuGly (%)

-------

- 18

-4

-7

The experimental data shows, within the experimental error, that by using the co-solvents A, B and C in combination with the reference resin, it is possible to obtain a MFFT of 20°C using lower loadings of co-solvent compared to that of butyl glycol (BuGly) (A = -18%, B = -4%, C = -7%). The coalescent efficiency of the co-solvents is therefore higher than that of butyl glycol. The coalescent effect of the co-solvents A, B and C was also tested utilising the reference coating preparation (transparent finishing) as described in Table 1. The MFFT measurements were effected according to the same operating procedures as mentioned above. The compositions containing different loadings of co-solvent were distributed over the surface of the measurement instrument, by means of a film-layer cube at 75 μm (wet thickness of the film applied). The following table, indicates the MFFT values measured containing different aliquots of each cosolvent. The same data are shown in graph form in the plot 7 below with the regression lines.

I dati sperimentali mostrano, entro un errore sperimentale, che usando i co-solventi A, B e C in combinazione con la resina di riferimento, è possibile ottenere una TMF di 20°C usando quantità di co-solvente inferiori se paragonati a quelli di butilglicole (BuGli) (A = -18%, B = -4%, C = -7%). L’efficienza coalescente dei co-solventi in test è quindi più alta di quella del butilglicole. L’effetto coalescente dei co-solventi A, B e C è stato testato anche utilizzando la formulazione di vernice di riferimento (finitura trasparente) come descritto in tabella 1. Le misurazioni di TMF sono state effettuate secondo le stesse procedure operative sopra menzionate. Le formulazioni contenenti quantità diverse di cosolvente sono state distribuite sulla superficie dello strumento di misura, attraverso uno stendi film a 75 μm (spessore bagnato del film applicato). La tabella seguente, indica i valori di TMF misurati contenenti aliquote diverse di ogni co-solvente. Gli stessi dati sono mostrati nel grafico 7 con le curve di regressione.

Aliquot +25% < - 5°C*

6°C

< - 5°C*

51°C

10°C

- 1°C

- 4°C

< - 5°C*

47°C

9°C

- 5°C

< - 5°C*

Co-solvent (% w/w)

Table 7. MFFT values measured for second reference (coating preparation) Aliquot Aliquot Aliquot Co-solvent Aliquot +5% +10% +15% +20% BuGly 56°C 28°C 6°C < - 5°C*

BuGly

17 14 11

5 -5

* - 5°C is the instrumental limit value. * - 5°C è il valore limite strumentale. The correlation coeﬃcients are higher than 0.99 in all the cases. Utilising the same fitting process (Software Statgraphics Centurion XV - Statpoint) of the experimental values of MFFT observed for

T (°C)

Plot 7

I coeﬃcienti di correlazione sono più alti di 0,99 in tutti i casi. Usando lo stesso processo di adeguamento (Software Statgraphics Centurion XV - Statpoint) dei valori sperimentali della TMF osserva-

60 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine Tras

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE the diﬀerent concentrations of co-solvent, the loading (% weight) of each co-solvent necessary to give a MFFT equal to 20° C, was obtained by mathematical interpolation. The percentage values determined for the diﬀerent co-solvents through interpolation of the experimental data are indicated in the following Table 8.

ti per le diverse concentrazioni di co-solvente, la quantità (% in peso) di ogni co-solvente necessario a restituire una TMF uguale a 20° C, è stata ottenuta con interpolazione matematica. I valori percentuali determinati per i diﬀerenti co-solventi attraverso interpolazione dei dati sperimentali sono indicati nella tabella 8.

Table 8. Quantity of co-solvent to add to the reference preparation to obtain a MFFT = 20° C BuGly A B Interpolation % value 11.4 <5 8.3 Lower=10.3 Lower= -Lower=7.4 Confidence range limits 95.0% Upper=12.5 Upper= -Upper=9.5 Difference with respect to BuGly (%) ------- 50 - 27

Again, the experimental data shows, within the experimental error, the greater coalescence efficiency of the three new co-solvents compared to BuGly, in this case enhanced by a synergistic effect with other constituents in the reference preparation. These results show the great opportunity given to the coatings formulator by these molecules in order to optimize the coalescence efficiency. In summary,

C 7.7 Lower=6.9 Upper=8.7 - 32

Di nuovo, i dati sperimentali mostrano, entro l’errore sperimentale, la maggior efficienza coalescente dei tre nuovi co-solventi comparati al BuGli, in questo caso potenziata dall’effetto sinergico con altri costituenti della formulazione di riferimento. Questi risultati mostrano la grande opportunità data al formulatore di vernici da queste molecole al fine di ottimizzare l’efficienza coalescente. In breve, usando i co-solventi A, B e C, al posto del BuGli, è

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7 TrasmetalAdv10profili 230x140 DUE.indd

16/11/2010, 19.52

High performance and very low impact co-solvents for water based coatings by using the co-solvents A, B and C, instead of BuGly, it was possible to obtain a MFFT of 20°C, using: -27% of co-solvent B, -32% of co-solvent C, and at least – 50% of co-solvent A (Table 8). More generally the results of this second set of tests (Test on the film quality: quantitative assessment) are reasonably consistent, within the experimental error, with results from the first set (Test on the film quality: semi-quantitative assessment) The coalescence efficiency of these co-solvents was compared with that of BuGly in other products consisting of coating compositions comprising different types of water borne resins. The coalescence tests were effected following the same procedures seen above. The co-solvents were tested in combination with coating compositions comprising the following water borne resins classes: acrylics, styrene-acrylics, PUD’s, acrylic-urethane hybrids, epoxies, etc. The results of the coalescence tests confirmed the high coalescence efficiency of the new compounds, in particular product A. This coalescent agent showed efficiency levels which were significantly higher than those of BuGly and higher than those of other glycol ethers used as co solvent in water borne coating formulations in particular on those based on hard latex.

stato possibile ottenere una TMF di 20°C, usando: -27% di co-solvente B, -32% di co-solvente C, e almeno il – 50% di co-solvente A (tabella 8). Più in generale i risultati di questo secondo gruppo di prove (valutazione quantitativa) sono ragionevolmente allineati, entro l’errore sperimentale, ai risultati del primo gruppo (valutazione semi-quantitativa). L’efficienza coalescente di questi co-solventi è stata comparata con quella del BuGli in altri prodotti, ovvero formulazioni comprendenti differenti tipologie di resine all’acqua. Le prove di coalescenza sono state effettuate con le stesse procedure descritte sopra. I co-solventi sono stati testati in combinazione con formulazioni comprendenti le seguenti classi di resine all’acqua: acriliche, stirene-acriliche, PUD, ibridi acriliche-uretaniche, epossidiche, e così via. I risultati delle prove di coalescenza hanno confermato l’alta efficienza dei nuovi composti, in particolare del prodotto A. Questo agente coalescente ha mostrato livelli di rendimento significativamente più alti di quelli del BuGli e più alti di quelli di altri glicolieteri usati come co-solvente nelle formulazioni di vernici all’acqua, in particolare di quelle basate su polimeri duri.

SOLVENTI: CARATTERIZZAZIONE TOSSICOLOGICA

SOLVENTS: TOXICOLOGICAL CHARACTERIZATION

Alcuni dei derivati asimmetrici dei dialchilcarbonati contenenti funzionalità etereo hanno anche un profilo tossicologico meno pericoloso rispetto all’etiSome of the unsymmetrical derivatives of dialkyl lene glicole mono-n-butil etere e composti coalecarbonates containing ether functionality also have scenti analoghi comunemente utilizzati in questo a less dangerous toxicological profile than ethylene glycol mono-n-butyl ether and analogous coalescent settore. Anche il loro impatto olfattivo è considerevolmente compounds commonly used in the field. ridotto, come conseguenza della natura del compoTheir olfactory impact is also considerably reduced, sto e anche grazie alle quantità inferiori necessarie as a result of the nature of the compound and also per la formulazione della vernice. I test tossicologici due to the lower quantities which are necessary in eﬀettuati dal partner del Progetto Solvsafe, Biolab2, the preparation of the coating compositions. The toxicological tests carried out by the partner sul co-solvente A, per esempio, hanno prodotto ri2 of Solvsafe Project: Biolab , on the co-solvent A, sultati positivi come di seguito indicato: 1. tossicità dermica acuta (determinata secondo for example, produced positive results as indicated “Guidelines for Testing of Chemicals” n° 402, 24 hereunder: febbraio (1987 dell’Organization for Economic 1. Acute dermal toxicity (determined according to Co-operation and Development (OECD)): non-tosthe “Guidelines for Testing of Chemicals” n° 402, sico, non pericoloso. February 24th 1987 of “Organization for Economic 2. Tossicità acuta orale (OECD “Guidelines for TeCo-operation and Development” (OECD)): sting of Chemicals” n° 420, 17 dicembre 2001): non-toxic, not dangerous categoria 5/ 7 NC della classificazione GHS (nes2. Acute oral toxicity (OECD “Guidelines for Testing sun sintomo). of Chemicals” n° 420, December 17th 2001): 62 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

•

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE category 5/NC of the GHS classification (no symptom). 3. Ocular irritation (OECD “Guidelines for Testing of Chemicals” n° 405, February 24th 1987): irritating. 4. Skin irritation (OECD “Guidelines for Testing of Chemicals” n° 404, April 24th 2002): non-irritating. 5. Skin sensitivity (OECD “Guidelines for Testing of Chemicals” n° 406, July 17th 1992 and UNI EN ISO 19993-10:2004): non-sensitizing. Therefore the toxicological profile of the co-solvent is such as to enable these chemical product to be classified as non-dangerous.

3. Irritabilità oculare (OECD “Guidelines for Testing of Chemicals” n° 405, 24 febbraio 1987): irritante. 4. Irritabilità epidermica (OECD “Guidelines for Testing of Chemicals” n° 404, 24 aprile 2002): nonirritante. 5. Sensibilità epidermica (OECD “Guidelines for Testing of Chemicals” n° 406, 17 luglio 1992 e UNI EN ISO 19993-10:2004): non-sensibilizzante. Di conseguenza il profilo tossicologico del co-solvente è tale da classificare questo prodotto chimico come non pericoloso.

CONCLUSIONI GENERALI GENERAL CONCLUSION 1. The results outlined in this presentation demonstrate the ability to translate guidelines (Green or Sustainable Chemistry) and programs (EU Integrated Project Solvsafe) into innovative and high performing products through the collaboration between University and Industry. 2. The unsymmetrical derivatives of dialkyl carbonates containing ether groups, herein investigated as co-solvents, have been synthesised

1. I risultati tracciati in questa presentazione dimostrano la possibilità di tradurre linee guida (chimica verde o sostenibile) e programmi (Progetto Integrato EU Solvsafe) in prodotti innovativi e altamente performanti attraverso la collaborazione tra Università e Industria. 2. I derivati asimmetrici di dialchilcarbonato contenenti gruppi eteri, qui esaminati come co-solventi, sono stati sintetizzati con rese elevate e in condizioni di reazione moderata da un materiale di

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High performance and very low impact co-solvents for water based coatings in high yield and mild reaction conditions from non-toxic starting material through green synthetic pathways. 3. Some unsymmetrical derivatives of dialkyl carbonates containing ether groups, have shown high coalescence eﬃciency, superior than that of compounds traditionally used in the coatings industry as co-solvents and a comparable flexibility of use. 4. High eﬃciency significantly reduces the amount of co-solvent required in preparations and thus reduces the environmental impact and costs. 5. The toxicological impact of some of these new derivatives is very low, better than the toxicological profile of many of the other co-solvents. 6. The industrial processability of these compounds and their cost make them competitive with products currently used. 7. These compounds are candidates as alternative to other classes of compounds used as cosolvents in waterborne coatings. 8. Noteworthy this investigation demonstrates that - following the principles of Green Chemistry - not only the performance of the product isn’t reduced but it is – on the contrary - enhanced.

partenza non tossico attraverso percorsi di sintesi “verdi”. 3. Alcuni derivati asimmetrici di dialchilcarbonato contenenti gruppi etere, hanno mostrato un’elevata eﬃcienza coalescente, superiore a quella dei composti tradizionalmente usati nell’industria delle vernici come co-solventi e una flessibilità d’uso ad essi comparabile. 4. L’elevata eﬃcienza riduce significativamente la quantità di co-solvente richiesta nelle preparazioni e quindi riduce l’impatto ambientale e i costi. 5. L’impatto tossicologico di alcuni di questi nuovi derivati è molto basso, migliore rispetto al profilo tossicologico di molti degli altri co-solventi. 6. La processabilità industriale di questi composti e i loro costi li rendono competitivi con i prodotti attualmente utilizzati. 7. Questi composti sono candidati come alternativa ad altre classi di composti usati come co-solventi nelle vernici all’acqua. 8. Questa ricerca ha dimostrato che, seguendo i principi della Chimica Verde le prestazioni del prodotto non risultano ridotte bensì potenziate.

BIBLIOGRAPHY 1. Pietro Tundo, Livio Riva, Raffaele Mangano: “Water Based Coating Composition Containing Dialkyl Carbonates Having Ether Functions as Coalescent Agents and Use Thereof ” PCT/IB2008/003409 - IPN # WO 2009/147469 A1 2. www.solvsafe.org 3. Edmund P. Woo and Frank C.W. Cheng, J. Org. Chem. 1986, 51, 3704-3706 4. Tetrahedron Letters, Vol. 38, Nr. 20, pages 3565-3568, 1997. 5. Tundo, P.; Selva, M. M. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 706; Selva, M.; Tundo, P. J. Org. Chem. 2006, 71, 1464; Tundo, P.; Perosa, A.; Zecchini F. Eds. Methods and Reagents for Green Chemistry, 2007 Wiley; Tundo, P.; Esposito V.; Green Chemical Reactions, Springer Ed. 2008. 6. Mélendez, J.; North, M.; Pasquale, R. Eur. J. Inorg. Chem. 2007, 3323; Clegg, W.; Harrington, R.; North, M.; Pasquale, R. Chem. Eur. J. 2010, DOI:10.1002/chem.201000030; North, M.; Pasquale, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 2946. 7. Tundo P.; Anastas P. Eds. Dimethylcarbonate: An Answer to the Need for Safe Chemicals, in Green Chemistry: Challenging Perspectives, Rivetti, F. Oxford University Press, 2000, pp. 201; Sweet, D. V.; Ed. Registry of toxic effects of chemical substances, 1986, Vol. 2, 186. 8. J.W. Vanderhoff, E.B. Bradford, W.K. Carrington, Transport of water through latex films, J.Polym. Sci. Polym. Symp. 41 _1973. 155]174. 9. Brown, G. L., J. Polym. Sci. 22, 423 (1956). 10. Sheetz, D. P., J. Appl. Polym. Sci. 9, 3759 (1965). 11. Mason, G., Br. Polym. J. 5, 101 (1973). 12. Lamprecht. J., Colloid Polym. Sci. 258, 960 (1980). 13. Menges, G., Schulze-Kadelbach, R., Reichstein, H., Thebing, U., and Schmitz, J., Rheol. Acta 19, 633 (1980). 14. Vanderhoff, J. W., Tarkowski, H. L., Jenkins, M. C., and Bradford, E. B.,J. Macromol. Chem. 1, 361 (1966). 15. Timoshenko, S. P., and Goodier, J. N., “Theory of Elasticity,” 3rd Ed.,pp. 409–412. McGraw-Hill, New York, 1970. 16. Johnson, K. L., Kendall, K., and Roberts, A. D., Proc. R. Soc. London A324, 301 (1971). 17. van Tent, A., and te Nijenhuis, K., J. Colloid Interf. Sci.232, 350–363 (2000) 18. P.A. Steward et al., Adv. Colloid Interf. Sci. 86 195-267 (2000)

64 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

EXCELLENT PERFORMANCES ON THE SPECIAL EFFECTS FOR THE POWDER COATING IN ARCHITECTURE Eccellenti performance sugli effetti speciali per la verniciatura a polveri in architettura di Donato Di Lorenzo, Momentive, Sant’Albano Stura (CN), Italy

he sublimation of an element or a chemical compound is its transition from the solid phase to the gas phase, without passing through the liquid phase. One of its applications is the dyesublimation print, a technology largely widespread in the textile industry which allows the transfer of a drawing from a film onto another substrate. Thanks to the potentialities oﬀered by the infinite number of aesthetic eﬀects, the flexibility in terms of usable substrates and the application on crosslinked powder coatings, this technology was soon used also in other industrial fields, such as the outdoor (window and door frames, section bars, curtain walls, panels) and indoor (panels, doors, furniture and components) architecture.

a sublimazione di un elemento o composto chimico è la sua transizione di fase dallo stato solido allo stato gassoso, senza passare per lo stato liquido. Un’applicazione di questa proprietà è la stampa, o termostampa, per sublimazione, una tecnologia ampiamente diﬀusa nell’industria tessile, che consente il trasferimento di un disegno da una pellicola (o film) ad un altro substrato. Grazie alle potenzialità garantite dall’infinito numero di eﬀetti estetici, alla flessibilità in termini di substrati utilizzabili, e all’applicazione su vernici in polvere reticolate, l’uso di questa tecnologia è presto sconfinato in altri settori industriali, quali l’architettura per esterni (infissi, profilati, facciate continue, pannellature) e interni (pannelli, porte, arredo e componenti).

Sublimation in architecture

La sublimazione in architettura

Architecture is one of the most important market segments for the powder coatings worldwide, with a still very high potential for expansion, especially for innovative surface eﬀects. The sublimation, of course, plays a role in this potential, since it can both imitate surfaces and eﬀects existing in nature and create new ones, working on substrates previously painted with paints specifically

Quello dell’architettura è uno dei segmenti di mercato di maggior diffusione delle vernici in polvere a livello mondiale, segmento che conserva ancora un potenziale di espansione molto alto, soprattutto per effetti superficiali innovativi. La sublimazione si inserisce senza dubbio in questo potenziale, dal momento che è in grado di imitare superfici ed effetti esistenti in natura oppure di crearne di completa-

66 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE formulated for sublimation. The sublimation process on powder coated surfaces consists of the application of a transfer film on which the drawing or the eﬀect to be transferred was engraved. The transfer and the fixing on the substrate take place in a sublimation chamber thanks to the heat and the void created in it. This technology oﬀers many advantages: 1. the reproduction of the drawing on the painted substrate is excellent; 2. the reproduction of the drawing is better with respect to other technologies; 3. the coating is perfect even on surfaces with complicated geometries, such as the steel window and door frames. The sublimation decoration on powder, moreover, allows a high quality level for a long time, also outdoors, because it exploits the performance characteristics of the powder coatings on which it is applied. Here the resins with which the paint system was formulated come into play.

menti nuovi, agendo su substrati precedentemente verniciati con polveri appositamente formulate per la sublimazione. Il processo di sublimazione su superfici verniciate a polvere consta nell’applicazione, di una pellicola transfer su cui è inciso il disegno o l’effetto da imprimere al manufatto. In una camera di sublimazione avviene il trasferimento e il fissaggio del disegno al substrato, per effetto del calore e del vuoto in essa creato. Questa tecnologia offre numerosi vantaggi: 1. la riproduzione del disegno su substrato verniciato è ottima; 2. la riproduzione del disegno è migliore rispetto ad altre tecnologie; 3. il rivestimento è perfetto anche su superfici con geometrie complicate, quali gli infissi di alluminio. La decorazione con sublimazione su polvere, inoltre, consente un elevato livello qualitativo per un lungo periodo, anche in esterni, poiché sfrutta le caratteristiche prestazionali delle vernici in polvere su cui è applicata. Qui entrano in gioco le resine con cui un sistema verniciante a polveri è formulato.

The process starts from the resins Since the application of the technology of sublimation on powder coated substrates involves objects designed both for the outdoor and the indoor use, the powder + sublimation finishing system must guarantee not only appealing aesthetics eﬀects, but also their durability in time with the same brilliance, colour and uniformity they originally had. Momentive, as a resins producer, supplies the most suitable technology in order to obtain the required performances with resins specifically designed for the dye sublimation. The range of resins for sublimation includes PUR (polyurethane) systems, TGIC free systems and if necessary TGIC systems. Our “One Shot” system, based on co-extruded polyurethane resins, is acknowledged as the best in terms both of quality and of reliability and consistency. In over 15 years, continuous research has led Momentive to expand its products range with new resins with higher and higher performances. The advantages oﬀered by the Momentive polyurethane systems are: – perfect release/detachment of the paper from the object;

Il processo parte dalle resine Dal momento che l’applicazione della tecnologia di sublimazione su substrati verniciati a polvere riguarda sia manufatti destinati ad uso interno che esterno, il sistema di finitura polveri+ sublimazione deve garantire non solo eﬀetti estetici accattivanti, ma anche la loro durata nel tempo con le medesime caratteristiche di brillantezza, colore, uniformità che essi possiedono al momento dell’installazione. Momentive, quale produttore di resine, fornisce la tecnologia più appropriata per ottenere le prestazioni desiderate con resine appositamente progettate per la tecnologia Dye Sublimation. La gamma di resine per sublimazione comprende sistemi PU (poliuretano), TGIC free ed eventualmente sistemi con TGIC. Il nostro sistema “One Shot “ su base di resine poliuretaniche coestruse, è riconosciuto essere il migliore sia in termini di qualità che di aﬃdabilità o consistenza. Da oltre 15 anni la continua ricerca ha portato Momentive ad espandere la gamma prodotti con nuove resine dalle prestazioni sempre più elevate. I vantaggi nell’utilizzare i sistemi poliuretanici Momentive sono:

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Excellent performances on the special effects for the powder coating in architecture – accurate reproduction and precision of the drawing after the decoration transfer; – infinite aesthetics eﬀects, not limited to the wood drawings; – excellent quality consistency; – excellent brilliance control and reproducibility; – chemical resistances; – resistance to extreme environmental conditions; – optimal stretching and appearance; – “zero emissions” (NO VOC) technologies, without toxic substances.

– perfetto rilascio/distacco della carta dal manufatto; – accurata riproduzione e precisione dell’immagine dopo il trasferimento della decorazione; – infiniti eﬀetti estetici quindi non limitati soltanto ai disegni del legno; – eccellente consistenza qualitativa; – eccellente controllo e riproducibilità della brillantezza; – resistenze chimiche; – resistenze a condizioni ambientali estreme; – distensione ed aspetto ottimali; – tecnologie “senza emissioni” (NO VOC) e prive di sostanze tossiche;

Resistance of super-durables in Florida Test / Resistenza dei superdurabili da esposizione al Florida Test

Dye Sublimation systems – Florida exposure Albester™ 6615/6620

% o f g lo s s r e t e n t io n ( 6 0 °)

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Exp o sure

t im e

( m o nt hs)

A lb e s t e r™ 6 6 1 5 / 6 6 2 0

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INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE Future research objectives

Obiettivi di ricerca futuri

– reduction of the cross-linkage temperatures; – greater use of raw materials deriving from renewable sources; – consistency and reproducibility for intermediate gloss finishing; – mechanical resistance for superdurable systems.

– ridurre le temperature di reticolazione; – maggiore utilizzo di materie prime derivate da fonti rinnovabili – consistenza e riproducibilità per finiture a gloss intermedi; – resistenze meccaniche per sistemi superdurabili.

Complete range of combinations now offered on the market Gamma completa di combinazioni oggi offerte sul mercato Albester™ 3115/3225

PUR “one shot” - Reference system in the market. Well known for the good balanced performances in the dye sublimation process

Albester™ 3115/6320

PUR “one shot” brings an improved weatherability to meet Class 1 requirements. Also suitable for transportation low gloss applications

Albester™ 3115/3600

PUR “one shot” still in Class1 improves the flexibility and the storage stability in hot climates. Also suitable for transportation low gloss applications

Albester™ 6615/6620

PUR Superdurable “one shot” developed to enhance weatherability and pass Class 2 requirements. Used for automotive low gloss applications too.

Albester™ 5631/5691

TGIC free cured with ßHAA. Dry-blend technique specifically designed for dye sublimation. Helps to improve the paper release reducing surface defects down to zero

Albester™ 5401/5901

TGIC dry-blend technique. Steady presence in wood effect market.

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@celeste clochard-fotolia.com

THE INDUSTRIAL REVOLUTION WITH THE CATALYTIC TECHNOLOGY La rivoluzione industriale con la tecnologia catalitica Francesca Marabotti, Infragas Srl, Caselle Torinese (TO), Italy

urface thermal treatments

After pre-treatment and coating, both with liquid paint and powder coating, the subsequent process is the paint polymerization, a phase apparently less critical than the previous ones, but fundamental not only for the finishing of the treated component, but also for the time, space and energy involved. By means of the catalytic technology of Infragas’ infrared panels the paint polymerization takes a very short time: in case of liquid paint, plants equipped with infrared catalytic gas heaters treat in 25 minutes chassis for excavators weighing 1,2 tons and the process of polymerization is completed with a temperature of 115°C on the item. In case of powder coating the complete gelling and subsequent polymerization occurs, for example, in 6 minutes on tanks in the automotive sector. Generally, the treatment time that can be obtained with the IR catalytic technology corresponds to less than the half of the necessary time in the processes with hot-air traditional systems. Anyway, the time reduction is not the only positive aspect.

Space saving A very important advantage of the catalytic technology is the space necessary for the installation. The infrared rays are focused on the item to be 70 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

rattamenti termici di superficie

Dopo i pre-trattamenti e la verniciatura, sia liquida che a polvere, si passa alla polimerizzazione della vernice, un processo apparentemente meno critico di quelli precedenti, ma fondamentale non solo per la finitura del particolare trattato, ma anche per i tempi, gli spazi e le energie in gioco. Con la tecnologia catalitica dei pannelli infrarossi Infragas la polimerizzazione della vernice avviene in tempi decisamente rapidi: nel caso di vernici liquide sono stati realizzati impianti con i pannelli infrarossi catalitici a gas per chassis di escavatori con peso pari a 1,2 tonnellate e in 25 minuti è stato completato il processo di cottura a 115°C sul pezzo. Nel caso delle vernici a polvere il trattamento completo di gelificazione e di successiva polimerizzazione avviene, ad esempio, in 6 minuti su serbatoi destinati al settore auto. Generalmente, i tempi di trattamento che si possono ottenere con la tecnologia catalitica ad IR corrispondono a meno della metà dei tempi necessari nei processi che prevedono sistemi tradizionali ad aria calda. Ma la riduzione delle tempistiche di processo non è l’unico aspetto positivo.

Contenimento degli spazi Un vantaggio molto importante della tecnologia ca-

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE treated and they must not take the whole mass in temperature by heating the surrounding air as they act directly on the surface layers of the paint: therefore, the process requires less time and, as a direct consequence, the oven does not occupy large spaces. By considering the same type of process, if a traditional hot-air oven occupies 20 meters, an oven with catalytic technology will occupy about 7-10 meters at most (fig. 1), i.e. less than the half of an equipment with a convective traditional system. It is well known that the space is a cost, especially in Europe: therefore, if the occupied space is reduced, as a consequence the management costs are reduced.

talitica è lo spazio necessario per l’impianto: in considerazione del fatto che i raggi infrarossi sono mirati sul pezzo da trattare e non devono portare la massa completa in temperatura riscaldando l’aria circostante poiché agiscono direttamente sugli strati superficiali della vernice, il processo richiede poco tempo, pertanto il forno non occupa spazi importanti. A parità di trattamento, se un forno tradizionale ad aria calda occupa 20 metri, un forno con tecnologia catalitica occuperà circa 7-10 metri al massimo (fig. 1), quindi meno della metà di un impianto con sistema tradizionale a convezione. È risaputo che lo spazio costa, soprattutto in Europa, pertanto se lo spazio occupato viene ridotto, si riducono anche i costi.

Energy saving

Risparmio energetico

A further advantage of the catalytic technology is based on the energy source. The catalytic infrared panels work with gas, Natural Gas or Propane. By excluding the first pre-heating phase of 10 minutes that involves the start-up of an armoured electrical element assembled inside the panel, the whole operation occurs exclusively by means of gas. Therefore, as the primary energy source is gas, the consumption costs are notably inferior to systems fed with electrical energy. For example a panel INFRACAT 18.48 with power of 10 kW is characterized by a consumption equal to 0.1 m3/h of Natural Gas and 0.75 kg/h of Propane: at the end of a working year the result will be a considerable energy saving of about 50% in comparison with the appliances fed with electrical energy, a notable incidence in the company budget. The reduction of the business management costs are not all: a further strong point of the catalytic technology is the “finishing”.

Un ulteriore vantaggio della tecnologia catalitica risiede nella fonte di energia utilizzata. I pannelli infrarossi catalitici funzionano a gas, gas naturale o propano. Escludendo la fase iniziale di preriscaldamento, che coinvolge l’accensione di una resistenza elettrica assemblata all’interno del pannello per 10 minuti, tutto il funzionamento avviene esclusivamente tramite il gas. Pertanto, poiché la fonte primaria di energia è il gas, i costi di consumo sono decisamente inferiori rispetto ai sistemi alimentati ad energia elettrica. Un pannello INFRACAT 18.48, con potenza 10 kW, ha un consumo pari a 0,1 m3/h di metano e 0,75 kg/h di propano: alla fine di un anno di lavoro si avrà un considerevole risparmio di energia, all’incirca un risparmio del 50% rispetto ad apparecchiature alimentate ad energia elettrica, un’incidenza notevole sul budget aziendale. Ma una ridotta incidenza sui costi di gestione non è tutto: un ulteriore punto forte della tecnologia catalitica è il “finishing”.

Alta qualità della finitura High quality of the finishing The quality of the finishing is essential (fig. 2). In treatments with liquid paint the problem that could come out with the traditional convective systems is the “bubbling eﬀect”. With hot air systems the air flow passes through the most superficial layer of the component to be treated in order to focus on the most inner part, or rather it must heat the whole mass of the product in order to dry the most inner layers of the painting: as a consequence, the most external part of the painting is subject to a long time of exposure to the heat and, when the evaporation occurs from the internal towards the external part,

La qualità della finitura è fondamentale (fig. 2). Nei trattamenti con vernici liquide il problema che si può riscontrare con i sistemi a convezione è l’eﬀetto puntinatura (“bubbling eﬀect”), in quanto con i sistemi ad aria calda tradizionali il flusso d’aria attraversa lo strato più superficiale del componente da trattare per concentrarsi nella parte più interna, ovvero deve riscaldare tutta la massa del prodotto per andare ad essiccare gli strati più interni della verniciatura. Ne consegue che la parte più esterna della verniciatura è soggetta ad un lungo tempo di riscaldamento e, nel momento in cui avviene l’evaporazione dalla parte interna verso l’esterno, l’umidità deve attraversare lo

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The Industrial Revolution with the catalytic technology

Example of curing oven equipped with infrared catalytic gas panels Esempio di forno di polimerizzazione attrezzato con pannelli catalitici IR a gas 2

Pieces exiting the IR curing oven with an even, glossy finishing without bubbling Alcuni pezzi in uscita dal forno di polimerizzazione IR con finitura omogenea, lucida e priva di puntinature 3

A Cummins engine in the IR oven Un motore Cummins nel forno IR

humidity passes through the superficial layer that had already formed a film and the result is a not homogeneous finishing, a surface with bubbles. Instead, with infrared systems, the medium-long waves do not heat the whole mass of the item to be treated, they do not focus on the most external part, but they concentrate directly on the innermost painting layers and then they dry the surface part and the result is a homogeneous finishing of high quality also on big masses, such as the Cummins engines (fig. 3), 10 tons treated in 15 minutes with 60°C on the item.

strato superficiale che aveva già formato una sorta di pellicola (film) ed il risultato di questa “foratura” dello strato superficiale è una finitura non omogenea, ma puntinata. Al contrario, con i sistemi infrarossi, le onde medio-lunghe non riscaldano l’intera massa del componente da trattare, non agiscono sulla parte esterna, ma si concentrano direttamente sugli strati più interni della verniciatura per poi essiccare la parte superficiale: il risultato è una finitura omogenea, di alta qualità anche su masse importanti, ad esempio i motori della Cummins (fig. 3), 10 tonnellate trattate in 15 minuti a 60°C sul pezzo.

Safety and environment respect

Sicurezza e rispetto dell’ambiente

Time, space, energy, finishing quality are not the only added values of the catalytic technology. By mistake, it is often common thought that the appliances that work with gas are critical under the safety profile. Catalytic technology is based on a flameless combustion: heat without free flames, as the gas combustion occurs at temperatures lower than the conditions of flame formation. Due to this

Tempo, spazio, energia, qualità della finitura non sono gli unici valori aggiunti dalla tecnologia catalitica. Spesso, erroneamente, si pensa che le apparecchiature funzionanti a gas siano critiche sotto il profilo della sicurezza. La tecnologia catalitica si basa su una combustione senza fiamma: calore senza sviluppo di fiamme libere, in quanto la combustione del gas avviene a temperature al di sotto delle condizioni di

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technological characteristic, Infragas’ infrared catalytic panels are Atex certified for Europe (Directive 94/9/CE) and FM certified (Factory Mutual - U.S.A. and Canada), specific regulations for appliances that can be used in potentially explosive atmospheres. The Infragas catalytic panels have been tested in French and American laboratories and they have been certified as equipments that operate in total safety also in risk conditions with presence of solvents. Infragas’ panels are explosion-proof. In addition to the safe operation, the catalytic technology forms part of the environment protection program that is being supported all over the world. By means of the catalytic combustion the emissions are water vapor and carbon dioxide as the solvents that come into contact with the catalytic surface of the panel are decomposed in their molecular structure also avoiding bad odors in the working areas (VOC, Volatile Organic Compounds abatement). Therefore, the catalytic combustion provides for the environment protection and, as direct consequence, involves mankind protection. A safe product that allows to save time, space and energy, all in the environment respect. The infrared catalytic gas panels: a natural evolution.

formazione di fiamma. Proprio per questa peculiarità tecnologica, i pannelli infrarossi catalitici Infragas sono certificati Atex per l’Europa (Direttiva Europea 94/9/CE) e FM (Factory Mutual - U.S.A. e Canada), regolamentazioni specifiche per i dispositivi che possono essere impiegati in aree potenzialmente esplosive. I pannelli catalitici Infragas hanno superato test di prova in laboratori francesi e statunitensi e sono stati attestati quali apparecchiature che operano in totale sicurezza anche in condizioni di rischio con presenza di solventi. I pannelli IR catalitici Infragas sono explosion-proof, a prova di esplosione. Oltre al funzionamento sicuro, la tecnologia catalitica rientra da tempo nel programma di protezione ambientale che si sta promuovendo a livello globale. Con la combustione catalitica le emissioni consistono in vapore acqueo e anidride carbonica ed i solventi che entrano in contatto con la superficie del pannello vengono decomposti nella loro struttura molecolare evitando anche lo sviluppo di sgradevoli odori nell’ambiente di lavoro (abbattimento VOC, Volatile Organic Compounds). Pertanto la tecnologia catalitica prevede un funzionamento a salvaguardia dell’ambiente e, come diretta conseguenza, implica la protezione dell’uomo. Un prodotto sicuro che permette di risparmiare tempo, spazio ed energia, il tutto nel rispetto dell’ambiente. Il pannello catalitico infrarosso a gas: un’evoluzione naturale. 73

TRADE FAIRS & CONFERENCES Fiere e Convegni

FEBRUARY 2011 WIN PART 1 - SURFACE TREATMENT Istanbul, Turkey February 3-6, 2011 www.win-fair.com/en/surface.html

METAL & STEEL El Cairo, Egypt February 26-28, 2011 www.metalsteeleg.com

ASTEC Tokyo, Japan February 16-18, 2011 www.astecexpo.jp/en/

FABEX El Cairo, Egypt February 26-28, 2011 www.fabexeg.com

MARCH 2011 POLIURETHANEX Moscow, Russia March 1-3, 2011 www.mirexpo.ru COMPOSITE Moscow, Russia March 1-3, 2011 www.mirexpo.ru INTERLAKOKRASKA Moscow, Russia March 1-4, 2011 www.interlak-expo.ru/en/ MIDO Rho, Milan, Italy March 4-6, 2011 www.mido.it

2nd - 6th March 2011 Verona, Italy w w w . s a m o t e r . c o m

MIDDLE EAST COATINGS SHOW El Cairo, Egypt March 1-3, 2011 www.coatings-group.com

SAMOTER Verona, Italy - March 2-6, 2011 www.samoter.com PROMAT Chicago, IL, USA - March 21-24, 2011 www.promatshow.com EXPO COATING Moscow, Russia - March 22-24, 2011 www.expocoating.primexpo.com MADE IN STEEL Brescia, Italy - March 23-25, 2011 www.madeinsteel.it MECSPE/TRATTAMENTI E FINITURE Parma, Italy - March 24-26, 2011 www.mecspe.com EUROPEAN COATINGS SHOW Nuremberg, Germany - March 29-31, 2011 www.european-coatings-show.com

APRIL 2011 HANNOVER MESSE/SURFACE TECHNOLOGY 2011 Hannover, Germany - April 4-8, 2011 www.hannovermesse.de INDUSTRIE Lyon, France April 5-8, 2011 www.industrie-expo.com

SALONE DEL MOBILE Rho, Milan, Italy April 12-17, 2011 www.cosmit.it INTERFARBA Kiev, Ucraine April 19-22, 2011 www.theprimus.com/en/interfarba

MAY 2011 METALTECH Kuala Lampur, Malaysia - May 4-8, 2011 www.tradelink.com.my/metaltech/index.php

SF EXPO CHINA Guangzhou, China - May 11-13, 2011 www.sf-expo.cn/en/

ALUMINIUM DUBAI Dubai, UAE May 9-11, 2011 www.aluminium-dubai.com

ASIA COATINGS CONGRESS Ho Chi Minh City, Vietnam May 18-19, 2011 www.coatings-group.com

74 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio gennaio - international PAINT&COATING magazine

by Paola Giraldo

JULY 2011

JUNE 2011 ITM POLAND/SURFEX Poznan, Poland - June 14-17, 2011 www.surfex.mtp.pl

LATIN AMERICAN COATINGS SHOW Mexico City, Mexico July 13-14, 2011 www.coatings-group.com ALUMINIUM CHINA Shanghai, China July 13-15, 2011 www.aluminiumchina.com

SEPTEMBER 2011 EUROFINISH Gent, Belgium September 27-29, 2011 www.eurofinish.be

ICSP-11 - South Bend, Indiana, USA September 12-16, 2011 www.shotpeening.org/ICSP-11 ASIA PACIFIC COATINGS SHOW Singapore September 14-15, 2011 www.coatings-group.com/show/apcs/2011/

OCTOBER 2011 MADE EXPO Rho, Milan, Italy October 5-8, 2011 www.madeexpo.it

TEKNOMOTIVE Brescia, Italy October 20-22, 2011 www.teknomotive.com

PAINTEXPO EURASIA Istanbul, Turkey October 6-8, 2011 www.paintexpoeurasia.com

PARTS2CLEAN Stuttgart, Germany October 25-27, 2011 www.parts2clean.de

CHEM-MED Rho, Milan, Italy October 5-7, 2011 www.chem-med.eu

VITRUM Rho, Milan, Italy October 26-29, 2011 www.vitrum-milano.it

NOVEMBER 2011 EICMA Rho, Milan, Italy November 8-13, 2011 www.eicma.it

EUROSURFAS Barcelona, Spain November 14-18, 2011 www.eurosurfas.com

ALUMINIUM INDIA Mumbai, India November 10-12, 2011 www.aluminium-india.com

ENERSOLAR - GREENENERGY Rho, Milan, Italy November 16-19, 2011 www.enersolar.biz

WEM EXPO Rho, Milan, Italy November 16-19, 2011 www.wemexpo.eu

international PAINT&COATING magazine magazin - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

ZOOM on events EUROPEAN COATINGS CONGRESS 2011: AT THE CUTTING EDGE OF THE COATINGS INDUSTRY European Coatings Congress 2011: nel cuore dell’industria dei rivestimenti

he European Coatings Congress and European Coatings Show in 2011 will again live up to their leading international role in all segments of the production of high-grade and competitive coatings, paints, sealants, construction chemicals and adhesives. Three months before its start at the end of March 2011, the European Coatings Show has already exceeded the size of the previous event in 2009 – and is still growing! The congress traditionally begins a day before the exhibition: the congress runs from 28–30 March and the exhibition from 29–31 March 2011. The close proximity of the two events in the Exhibition Centre Nuremberg creates many synergies and networking opportunities. The eleventh edition of the European Coatings Congress again promises to be a highlight. Many abstracts have been submitted to the European Coatings Congress committee over the past weeks in response to the Call for Papers. These proposals for papers from experts all over the world have been examined and selected according to their topicality and a congress programme has been

nche nel 2011 l’European Coatings Congress e l’European Coatings Show riconfermeranno il proprio ruolo leader a livello internazionale in tutti i comparti della produzione di vernici, inchiostri, mastici, prodotti chimici per l’edilizia e collanti pregiati e concorrenziali. A tre mesi dalla sua apertura, a fine marzo del 2011, l’European Coatings Show ha già superato i volumi della precedente edizione del 2009, con tendenza in ulteriore aumento! Come di consueto il congresso inizierà un giorno prima del salone: il congresso si svolgerà dal 28 al 30 marzo, il salone dal 29 al 31 marzo 2011. Grazie alla attiguità delle due manifestazioni, nel Centro Esposizioni Norimberga ci saranno numerose sinergie e occasioni di networking. L’undicesima edizione dell’European Coatings Congress promette di diventare ancora una volta un momento saliente. In risposta alla richiesta di relazioni, nelle scorse settimane è pervenuto al Comitato dell’European Coatings Congress un gran numero di abstract. Queste proposte di interventi al congresso, inviate da esperti dal mondo intero, sono state esaminate e, in rispondenza all’attualità dei temi proposti, organizzate in un programma con-

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by Paola Giraldo

compiled to the usual excellent standard. Congress participants can visit a variety of lectures at a total of 25 sessions. The programme ranges from Architectural Coatings, Wood Coatings, Protective Coatings, Automobile Coatings, Smart Coatings, Sustainability & Biobased Coatings, Powder Coatings, Marine Coatings, Waterborne Coatings, Pigments, Production Processes, als, als Radiation Curing, Functional Materials, Novel Materials, Polyurethanes and Nanotechnology to Adhesives & Sealants, Construction Chemicals and Printing Inks. ss The best presentation at the congress will naturally receive the European Coatings Award again in 2011 – the ous winner can look forward to a prestigious sculpture and prize money of 2,000 EUR. The details of the congress programme me and the registration facility will be available online at www.europeancoatings-show.com/congress.

gres gressuale essu che garantirà come sempre un livello altiss altissimo. ssim In 25 5 ssessioni complessive i partecipanti al congress s avranno l’opportunità di ascoltare un’ingresso finità di relazioni. La proposta spazia da temi come vernici per architettura, vernici per legno, rivestimenti protettivi, vernici per automotive, rives st sma ar coatings, vernici sostenibili e bio-based, smart vernici ver ern in polvere, le vernici navali, e vernici baacqua, fino a pigmenti, processi produttivi, se a polimerizzazione a irraggiamento, materiapolim li fu funzionali, nuovi materiali, poliuretani e nanote notecnologie, comprendendo inoltre adesivi e sig sigillanti, prodotti chimici per edilizia e inchiostri da stampa. Na Naturalmente, anche nel 2011, la migliore presentazione in seno al congresso sarà pre premiata con l’European Coatings Award: il vi vincitore riceverà una scultura rappresentativ tiva e un assegno di 2.000 euro. I dettagli sul programma del congresso sono disponibili online già a partire da dicembre d 2010 all’indirizzo www.european-coatings2 sshow.com/congress, dove è inoltre possibile rregistrarsi come partecipante.

Rimani in c contatto: servizi mobili in occasione dell’European Coatings Show 2011

Stay in touch: mobile services for the European Coatings Show 2011 Visitors with an iPhone, iPod touch or iPad can plan their visit to the exhibition and congress conveniently wherever they are using the updated ECS app. Besides creating a personal diary and interaction with the companies, the ECS app now supports the iPad and offers the possibility of being kept up to date on new exhibitors and including them in the visitor’s own contacts. The EC MARKET NAVIGATOR contains hundreds of addresses in the coatings industry. Whether new raw materials, production technology or laboratory and testing and measuring equipment, all the major international suppliers are directly at hand here in the true sense of the word. The EC MARKET NAVIGATOR is naturally not only accessible via the iPhone app, but also via a PC at www.european-coatings.com/marketnavigator. For further information: matthias.janz@vincentz.net

Grazie all’update dell’ECS App, chi possiede un iPhone, un iPod touch o un iPad potrà pianificare comodamente la propria visita al salone e al congresso ovunque si trovi. Oltre a permettere di redigere un’agenda personale e di interagire con le aziende, l’ECS App supporta ora anche l’iPad e offre l’opportunità di essere costantemente informato sui nuovi espositori, nonché di inserirli tra i propri contatti. L’EC MARKET NAVIGATOR raccoglie centinaia di indirizzi dell’industria dei rivestimenti. Indipendentemente che si tratti di materie prime, tecnologia di produzione, attrezzatura da laboratorio o tecnica di controllo: tutti i principali produttori e rivenditori internazionali sono qui a diretta portata di mano nel vero senso della parola! Ovviamente l’EC MARKET NAVIGATOR non è disponibile soltanto via iPhone-App, ma può essere consultato anche al PC all’indirizzo www.european-coatings.com/marketnavigator. Per ulteriori informazioni: matthias.janz@vincentz.net

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

ZOOM on events SURFACE TECHNOLOGY PROVIDES IN-DEPTH COVERAGE OF ALL SURFACE MATTERS SurfaceTechnology tratta in modo approfondito tutte le questioni superficiali

urface treatment and coating technology is growing in importance as an interdisciplinary field that spans the most diverse imaginable range of industries and value chains. This trend will be unequivocally evident at the upcoming SurfaceTechnology fair, staged as part of HANNOVER MESSE 2011 (4 to 8 April). SurfaceTechnology covers surface treatment and coating in all its shapes and forms, from workpiece pretreatment and cleaning, liquid coating and electroplating, to plasma and nano technology.

l trattamento delle superfici e le tecnologie di rivestimento stanno acquisendo una crescente importanza come settore interdisciplinare che abbraccia la più diversa gamma di industrie e catene del valore. Questo trend sarà senza dubbio evidente durante il prossimo salone SurfaceTechnology, all’interno di HANNOVER MESSE 2011 (dal 4 all’8 aprile). SurfaceTechnology tratterà i trattamenti di superficie e la verniciatura in tutte le sue forme, da lavaggio e pretrattamento dei pezzi, verniciatura liquida e rivestimenti galvanici, fino a plasma e nanotecnologie.

From workpiece cleaning to nano-coating

Dal lavaggio dei pezzi ai nano-rivestimenti

The surface technology industry plays a key part in meeting the growing technical and commercial challenges facing industrial production worldwide. Tried and proven materials are emerging from ever-shorter innovation cycles with added functionality, while new materials with exciting surface characteristics are popping up all the time. All thanks to surface technology. “There’s always a very close symbiosis between surface technology and new materials, and that’s true whether it’s in the development of new water-based paints or coating systems with high solids and low solvent content, or in the production of ground-breaking photonic storage systems based on plasma technology,” comments Dr. Uwe König, CEO of the German Electroplating and Surface Treatment Association (DGO) and Director of Technology at the German Surface Treatment Association (ZVO). It should therefore come as no surprise that SurfaceTechnology has close thematic linkages with other HANNOVER MESSE fairs, including Industrial Supply, the leading trade fair for industrial subcontracting and lightweight construction. The application of coatings and finishes to lightweight materials, such as metals (magnesium and aluminum alloys), and polymers, such as glass fiber-reinforced plastics, is steadily growing in importance because the resulting materials are finding increasing use in the aircraft construction industry. “In the aerospace sector, research into this area is now at fever pitch owing to the growing pressure to achieve weight reductions,” König explains. The SurfPlaNet group pavilion is all about plasma technology. It is where science, research and industry gather to present innovative plasma surface treatment products and applications. SchauPlatz NANO is a special display and B2B platform dedicated to the phenomena and structures of the incredibly tiny. It profiles market-ready nanotechnology-based surface finishing solutions that lend products enhanced characteristics and functionality. The nanotechnology sector is a rich source of

L’industria del trattamento delle superfici gioca un ruolo chiave nel soddisfare le crescenti sfide commerciali e tecniche che la produzione industriale mondiale deve affrontare. Materiali sperimentati e comprovati con funzionalità aggiuntive emergono da cicli innovativi sempre più corti, mentre nuovi materiali con caratteristiche superficiali eccitanti spuntano fuori ogni momento. Tutto grazie ai trattamenti superficiali. “Esiste sempre una simbiosi tra le tecnologie superficiali e i nuovi materiali, ed è vero sia nel caso dello sviluppo di nuove vernici liquide a base acqua o di sistemi vernicianti ad alto solido e basso contenuto di solvente, o nella produzione di sistemi pioneristici di accumulo fotonico basati sulla tecnologia al plasma,” commenta Uwe König, della Associazione Tedesca per i trattamenti di superficie e la galvanica (DGO) e direttore della tecnologia presso l’associazione tedesca dei trattamenti di superficie (ZVO). Non deve sorprendere quindi che SurfaceTechnology abbia una connessione tematica molto stretta con gli altri saloni della HANNOVER MESSE, fra Industrial Supply, il salone leader per la subfornitura industriale e l’edilizia leggera. L’applicazione di vernici e finiture a materiali leggeri, come metalli (leghe di magnesio e di alluminio), e polimeri, ad esempio materiali plastici rinforzati con fibre di vetro, sta crescendo di importanza in maniera costante perché i materiali che ne risultano stanno trovando un uso sempre maggiore nell’industria aeronautica. “Nel settore aerospaziale, la ricerca in questo campo oggi è febbrile per le crescenti pressioni sulla riduzione dei pesi,” spiega König. Il padiglione del gruppo SurfPlaNet è interamente dedicato alla tecnologia al plasma. È il luogo dove scienza, ricerca e industria si raccolgono per presentare applicazioni innovative di trattamento superficiale al plasma. SchauPlatz NANO, organizzato da Beiersdorff GmbH, una piattaforma speciale B2B dedicata ai fenomeni e alle strutture nell’ordine dell’incredibilmente piccolo. Profila soluzioni di finitura superficiale basate sulle nanotecnologie pronte per il mercato che procurano ai materiali caratteristiche e funzionalità potenziate. Il settore delle nanotecnologie è una fonte ricca di nuove soluzioni

78 N. 7 - 2011 JANUARY/gennaio - international PAINT&COATING magazine

by Paola Giraldo

new solutions for a wide range of industrial applications. And the majority of these applications have to do with surface technology. SchauPlatz NANO is organized by Beiersdorff GmbH.

per una vasta gamma di applicazioni industriali. E la maggior parte di queste applicazioni ha a che fare con la tecnologia superficiale.

Forum explores latest developments in research and industry

Il Forum esplora gli ultimo sviluppi della ricerca e dell’industria

The SurfaceTechnolgy Forum spans five days. The first four days will feature papers on a range of surface treatment technologies by companies and research institutions. Each day’s papers will be themed around a different substrate, starting with metals and then progressing to wood, followed by plastics and, finally, glass and ceramics. Day five is dedicated to education and training for young people. The Forum is organized by the Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation (IPA). Its head of Coating Technology, Dr Martin Metzner, explains the Forum’s focus: “The defining trend in the industry – and in the forum as well – is energy and resource efficiency. We are interested in two main ways of achieving efficiency gains. The first involves process optimization in production. The second relates to the growing number of surface solutions designed specifically with efficiency in mind.

Il forum SurfaceTechnolgy dura cinque giorni. I primi quattro giorni saranno caratterizzati da relazioni di aziende e istituti di ricerca su una serie di tecnologie di trattamento superficiale. Le relazioni di ogni giorno si focalizzeranno su un diverso substrato, iniziando dai metalli per arrivare al legno, seguito da materiali plastici e, per finire, vetro e materiali ceramici. Il quinto giorno sarà dedicato alla formazione e all’aggiornamento. Il Forum è organizzato dall’IPA, Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation. Il Dr Martin Metzner, direttore delle Tecnologie di Rivestimento, spiega l’obiettivo del Forum: “Il trend nell’industria – e quindi nel forum– è il rendimento energetico e delle risorse. Noi siamo interessati ad ottenere un aumento dell’efficienza principalmente in due modi. Il primo implica l’ottimizzazione del processo produttivo. Il secondo è correlato al numero crescente di soluzioni superficiali progettate specificatamente con un occhio di riguardo all’efficienza”.

About HANNOVER MESSE

The next HANNOVER MESSE will be held from 4 to 8 April 2011, with France to be featured as its official Partner Country. 13 flagship fairs are taking place under the umbrella of HANNOVER MESSE 2011: Industrial Automation • Motion, Drive & Automation • Energy • Power Plant Technology • Wind • MobiliTec • Digital Factory • ComVac • Industrial Supply • CoilTechnica • SurfaceTechnology • MicroNanoTec • Research & Technology.

La prossima HANNOVER MESSE si terrà dal 4 all’8 aprile 2011, e la Francia sarà la nazione partner ufficiale della manifestazione. 13 saloni tematici avranno luogo durante HANNOVER MESSE 2011: Industrial Automation • Motion, Drive & Automation • Energy • Power Plant Technology • Wind • MobiliTec • Digital Factory • ComVac • Industrial Supply • CoilTechnica • SurfaceTechnology • MicroNanoTec • Research & Technology.

For further information: tanja.gerhardt@messe.de

Per ulteriori informazioni: tanja.gerhardt@messe.de

international PAINT&COATING magazine - JANUARY/gennaio 2011 - N. 7

Protective Coatings - Insert NÂ°5 - 2011

P R O T E C T I V E C O AT I N G S

Sistemi e macchine per lâ&#x20AC;&#x2122;applicazione di cicli di rivestimento anticorrosivo

Systems and equipments for application of anticorrosive coating cycles

w w w .ve rind.it VERIND S.p.A., Rodano (MI) - Tel: +39 02.95.95.171 Fax: +39 02.95.32.09.14 - e-mail: verind@verind.it

PROTECTIVE COATINGS

ANALYSIS

SENSITISE THE ANTI-CORROSION FIELD TO THE USE OF LOW ENVIRONMENTAL IMPACT PAINTS Sensibilizzare il settore dell’anticorrosione verso l’utilizzo di pitture a basso impatto ambientale

he whole field of anti-corrosion and protective coatings has to be sensitised to the use of low environmental impact paints. The reduction of the solvent content of paints is both an actual and a redundant issue, at least in the industrial paints field, where the quality high solid and water based products are already a fact. On the other side, in the field of anti-corrosion and protective coatings, the paints are applied in building sites or workshops, where the size of the structures to be painted does not allow a delimitation of the application area and therefore the chance to capture and remove the solvent easily emitted. Moreover, the question is: why should we use paints with a high solvent content and then capture and get rid of it, while there are products on the market which guarantee the same performances while containing much less solvent compared to the traditional products? The producers of paints have to feel challenged to continue on the path of research and development towards more and more performing products, but they also have to undertake a marketing action to promote them among the engineering companies, allowing the designers to fit them in the specific techniques. This, incidentally, is a sore point in our field: the users find themselves handling outdated specifications, still containing references to the red lead or the zinc chromate, which by now are banned by the environmental law. It would suﬃce that the products guaranteeing the same performances, but with a lower content of solvent, were preferred, in order that in a short time all the products under the required threshold disappeared from the market. Removing one gram of solvent implies very high costs in terms of energy, which only shifts the environmental impact from our plants to the power stations and causes a loss of competitiveness to the field. If the solvents started to be taxed by law, their use

L’

intero settore dell’anticorrosione e dei rivestimenti protettivi deve essere sensibilizzato ad utilizzare pitture a basso impatto ambientale. La riduzione del contenuto di solventi nelle vernici è un tema tanto attuale quanto ridondante, per lo meno nel settore delle vernici industriali, dove prodotti ad alto solido o base acqua sono ormai una realtà consolidata e di qualità. Diverso è il discorso nel settore dei rivestimenti protettivi e anticorrosivi: qui le vernici sono applicate in cantiere oppure in officina, dove la dimensione delle strutture da verniciare non consente una delimitazione dell’area applicativa e la conseguente possibilità di captare e abbattere il solvente emesso con facilità. Inoltre, il quesito sorge spontaneo: per quale motivo dovremmo applicare vernici con un alto contenuto di solventi per poi provvedere a catturarli e abbatterli, quando esistono in commercio prodotti con prestazioni equivalenti ma con contenuto di solvente nettamente inferiore rispetto ai prodotti tradizionali? I produttori di vernice devono sentirsi stimolati a proseguire sulla via della ricerca e dello sviluppo verso prodotti sempre più performanti, ma devono anche intraprendere un’azione di marketing volta a promuoverli presso le società di ingegneria, affinché i progettisti possano inserirli nelle specifiche tecniche. Proprio questo è uno dei tasti più dolenti del nostro settore: gli applicatori si trovano a gestire capitolati e specifiche datate, contenenti ancora riferimenti a minio di piombo o cromato di zinco, ormai banditi dalla legislazione ambientale. Sarebbe sufficiente che a parità di prestazioni si privilegiassero prodotti vernicianti con un contenuto di solvente inferiore affinché il mercato, in breve tempo, eliminasse tutti i prodotti al di sono sotto della soglia richiesta. Abbattere un grammo di solvente ha un costo esagerato in termini energetici, il che non fa altro che dislocare l’impatto ambientale dai nostri stabilimenti alle centrali elettriche e causare una perdita di competitività del settore. Se il legislatore cominciasse a tassare i solventi in modo tale da renderne antieconomico l’utilizzo, nel giro di pochi mesi il pro-

Loris Loschi, Presidente ANIARP would be so anti-economic that in a few months the problem would remain only for those applications for which the research has not found any valid alternative yet. In Countries like California, Australia or the states of Northern Europe, the law already provides this: why not to follow this example also in Italy? Moreover, the users training should keep pace with the law and the updating of the specifications. The paints users have to be the first to know, use and promote the low environmental impact products, in order to safeguard both themselves and their operators against the health damages caused by solvents. Learning to read the technical data sheets, making use of the suppliers’ technical support, improving the training of the operators and informing them – this behaviour can certainly help to reduce the wastes and the huge solvents consumption. Finally, there is a technical misunderstanding – or, better, an error – among many paints users, which is not easy to understand: the confusion between “volume” and “weight” in terms of coats applied. The coats of paints we apply on a surface correspond with a volume, not a weight; if the coating we applied is less thick than required, the problem is not the lower weight, but the lower volume of paint. In this field, we have to speak about microns, and not grams, of paint to be applied. Therefore, if we want to know how much paint we need for a coating of 75 μm on a surface of 100 m2, we do not need to know the weight of one micron, but the volume it occupies – and most of all, what will remain after the solvent is gone. In other words, it is not the specific weight that determines the thickness of the coat. If we pour one litre of water on a square metre of panel, we get a coating 1000 μm thick. Nevertheless, unfortunately, the water evaporates – if it is not under zero degrees. Therefore, of those 1000 μm nothing remains. If on the same panel we apply one litre of a product with 50% volume of dry residue, we will end up with 500 μm of measurable dry residue. On the other hand, if we apply on the same panel one kilogram of this product, we are likely to end up with 240 μm of measurable dry residue! Nevertheless, it is advisable for all the users to start making calculations with volumes. Require technical data sheets from your paint shop and, if not already specified, the dry residue volume; on the other hand, its weight can be useful if we have to catalyse less than a whole can, which happens very often. And do not let the tempting prices per kilogram deceive you. Frequently, if not always, these lower prices only hide high solvent percentages and/or high charges quantities – meaning two problems in one shot, because we will have diﬃculty reaching the required thickness and at the same time we will have to eliminate the solvent!

blema rimarrebbe solo per quelle applicazioni in cui la ricerca non e’ stata in grado, per il momento, di trovare delle valide alternative. In Stati come la California, l’Australia o Paesi del Nord Europa la legislazione già lo prevede, perché non seguire il loro esempio anche in Italia? La formazione degli applicatori, poi deve andare di pari passo con la legislazione e l’aggiornamento delle specifiche. Gli applicatori devono essere i primi a conoscere, usare e promuovere questi prodotti a più basso impatto ambientale, per salvaguardare se stessi e i propri operatori dai danni che i solventi causano alla salute. Imparare a leggere le schede tecniche, avvalersi del supporto tecnico dei fornitori, formare meglio gli operatori e informarli in maniera corretta: senza dubbio questa condotta è d’aiuto per abbattere gli sprechi e i consumi esagerati di solvente. Infine un equivoco – o meglio, un errore – tecnico comune fra molti applicatori, ossia la confusione fra “volume” e “peso” in termini di spessori applicati, che non è di facile comprensione; magari anche solo perchè è più facile pesare che misurare un volume. Basta rendersi conto che lo spessore di vernice che applichiamo su una superficie è un volume, non un peso; quando il collaudo ci contesta uno spessore minore del richiesto non ci sta contestando un peso inferiore di vernice applicata ma un volume inferiore. In verniciatura quindi ci deve essere richiesto di applicare micron di vernice, non grammi. E allora se vogliamo sapere quanta vernice serve per verniciare 100 m2 con 75 micron di spessore, non ci serve sapere quanto pesa quel micron ma quanto volume occupa e soprattutto quanto ne resta dopo che il solvente se ne è andato. Insomma non è il peso specifico che determina lo spessore che troveremo una volta applicata una vernice. Se prendiamo un m2 di lamiera ci versiamo sopra un litro di acqua otteniamo uno spessore di 1000 μm. Solo che l’acqua, salvo che sotto zero, ha la cattiva abitudine di evaporare. Per cui di quei 1000 μm non ci rimane nulla. Se applichiamo sullo stesso m2 un litro di un prodotto al 50% di Residuo Secco in volume, alla fine avremo 500 μm di secco misurabile. Se invece applichiamo sullo stesso m2 un kg di prodotto con un residuo secco in peso del 50%, molto probabilmente avremo uno spessore misurabile di 240 micron!! Ecco perchè consigliamo a tutti gli applicatori di cominciare a fare i conti in volume. Fatevi dare dai colorifici schede tecniche richiedendo, qualora non sia citato, il residuo secco in volume; quello in peso è sempre utile quando dobbiamo catalizzare quantita’ inferiori alla latta visto che ci capita spesso. E non lasciamoci ingannare da prezzi al kg invitanti. Spesso, se non sempre, questi prezzi inferiori nascondono soltanto enormi percentuali di solvente, e/o elevate quantità di cariche per cui due problemi in più per noi applicatori perchè faremo più fatica a raggiungere gli spessori che ci vengono richiesti ed avremo più solvente da abbattere! 2 JANUARY 2011

PROTECTIVE COATINGS

INNOVATIONS

ANTICORROSION11: FUNCTIONAL EUROPOLVERI PRIMERS FOR AN EFFECTIVE CORROSION PROTECTION OF METALS Anticorrosion11: primer funzionali Europolveri per una efficace protezione dei metalli dalla corrosione

he corrosion of metallic structures and/or products, understood as the gradual and progressive deterioration of the material brought about by the decay of its intrinsic qualities due to the physical-chemical interaction with the environment, is a problem causing significant operational, functional and economic damages. On the metallic products, namely, the corrosion causes the progressive decline of the mechanical and structural characteristics of the metal, leading in many cases to the gradual loss of functionality of the product itself. Obviously the best solution is to prevent the corrosive action of the exogenous agents, in order to guarantee the durability and functionality of the objects and therefore to improve their use, amortise them and save money. There are innumerable methods for protecting the metals and their alloys from the corrosion, but they all refer to two main diﬀerent types: 1. the passive protection, which lies in insulating the metallic surface from the environment through a coating which creates a barrier against intrusion of corrosive agents; 2. the active protection provided by a material or an electric current. In this case, the electrochemical properties of both the metal to be protected and the material protecting it are exploited (sacrificial anode). The first type includes the organic polymeric coatings, among which there are the thermosetting powder paints, whose

a corrosione di strutture e/o manufatti metallici, intesa come l’azione di graduale e progressivo deterioramento del materiale, determinata dal decadimento delle sue proprietà intrinseche, a causa dall’interazione chimico-fisica con l’ambiente circostante, è un problema che determina danni operativo-funzionali ed economici di rilevante entità. Va rilevato infatti che su manufatti metallici la corrosione determina il progressivo venir meno delle caratteristiche meccaniche e strutturali dello stato metallico fino a determinare in molti casi anche la graduale perdita di funzionalità dell’oggetto stesso. Ovviamente la soluzione ottimale è quella di prevenire l’azione corrosiva degli agenti esogeni al fine di garantire a manufatti ed oggetti durabilità e funzionalità nel tempo, il che significa risparmio, miglior utilizzo ed ammortamento del bene. Innumerevoli sono i metodi utilizzati per la protezione dei metalli e delle loro leghe dalla corrosione ma tutti sono riconducibili a due distinte tipologie: 1. la protezione passiva che consiste nell’isolare la superficie metallica dall’ambiente mediante un rivestimento che forma una barriera impermeabile al passaggio degli agenti corrosivi; 2. la protezione attiva data da un materiale o da una corrente elettrica. In questo caso si sfruttano le proprietà elettrochimiche del metallo da proteggere e del materiale utilizzato per la sua protezione (anodo sacrificale). Alla prima tipologia appartengono i rivestimenti polimerici organici, all’interno dei quali rientrano le vernici in polvere termoin-

3 JANUARY 2011

by Europolveri R&D lab production represents the core business of Europolveri, a company committed to the research, the development and the creation of innovative products able to raise the corrosion resistance of the metal products treated. After a careful research concluded with a long and meticulous series of verifications and tests, Europolveri can present to the market a range of coatings named “Anticorrosion11”, useable as primers with different specific characteristics depending on the type of surface to be treated. All the “Anticorrosion11” primers have a epoxy polymer matrix. The epoxy polymers do combine: – excellent chemical resistances – high impermeability to moisture – high electrical resistances (needed, among other things, to protect tanks, cylinders and other underground structures from the oxidation caused by stray currents) – excellent ability to coat the metal surfaces, covering also the edges and the difficult to reach parts – excellent adhesion to metal – good “over paintability” with coatings of a different chemical nature, such as polyesters and polyurethanes. These intrinsic anticorrosion properties of the epoxy polymers are strengthened by the presence of mineral (natural and/ or synthetic) charges increasing, with a synergic effect, the resistance of the primer. The “Anticorrosion11” primers range includes: “6L4870013T000” Anticorrosive primer for horizontal line equipment; “6L4870013T001” Anticorrosive primer for vertical line equipment; “6L4800003T002” HP (high performance) anticorrosive primer with a wide use range. “6L2800003T002” AP (active protection) anticorrosive primer with a high impermeability, combining a very compact epoxy matrix with the presence of highly concentrated “zinc phosphates” (whose protective action has been known for a long time). This product is suitable as a steel primer and wherever high chemical resistances are needed. “2010.00544.V2” Experimental product – “nanotechnologic” anticorrosive primer: it contains dispersed charges of the size of nanoparticles which create a very thin and compact film connecting the metallic substrates with the primer. The silane technology used contributes to improving the adhesion and the thermal shock resistance, thus guaranteeing higher durability and corrosion resistance. During the neutral salt spray tests carried out internally on sheet scraps treated with this primer, there was no delamination of the film until up to 2,300 h. The whole R&D phase for the anticorrosion pretreatment cycles by Europolveri was supported by continuous corrosion resistance

durenti, la cui produzione rappresenta il core business di Europolveri, azienda da tempo impegnata nella ricerca, nello sviluppo e nella formulazione di prodotti innovativi in grado di portare a livelli sempre più elevati la resistenza alla corrosione dei manufatti metallici trattati. Dopo un attento lavoro di ricerca conclusosi con una lunga e scrupolosa serie di verifiche e test, Europolveri è in grado di proporre al mercato una serie di rivestimenti denominati “Anticorrosion11” utilizzabili come primer con differenti e specifiche caratteristiche in funzione del tipo di superficie da trattare. Tutti i primer “Anticorrosion11” prevedono una matrice polimerica di tipo epossidico. I polimeri epossidici, infatti, combinano: – eccellenti resistenze chimiche – elevata impermeabilità all’umidità – alte resistenze elettriche (necessarie, tra l’altro, per proteggere dall’ossidazione dovuta a correnti vaganti le strutture interrate come serbatoi, bombole, tubazioni ed altro) – ottima capacità di rivestire le superfici metalliche coprendo anche gli spigoli e le parti più difficili da raggiungere – ottima adesione al metallo – buone caratteristiche di “sovra-verniciabilità” con rivestimenti di altra natura chimica come poliesteri e poliuretani. Queste intrinseche caratteristiche anticorrosive dei polimeri epossidici sono rafforzate dalla presenza di cariche minerali (naturali e/o sintetiche) che con effetto sinergico accrescono la resistenza del primer. La serie di primer “Anticorrosion11” comprende: “6L4870013T000” Primer anticorrosivo per impianti in linea orizzontali; “6L4870013T001” Primer anticorrosivo per impianti in linea verticali; “6L4800003T002” Primer anticorrosivo HP (high performance) ad ampio spettro di utilizzo. “6L2800003T002” Primer anticorrosivo AP (active protection) ad elevata impermeabilità che unisce ad una matrice epossidica molto compatta la presenza di “fosfati di zinco” ad alta concentrazione (la cui azione di protezione del ferro è nota da tempo). Si tratta di un prodotto indicato come primer per l’acciaio e ovunque siano richieste anche resistenze chimiche elevate. “2010.00544.V2” Prodotto sperimentale, primer anticorrosivo “nanotecnologico”: contiene delle cariche disperse in dimensioni di nano-particelle che creano un film sottilissimo, molto compatto di connessione tra il substrato metallico ed il primer. La tecnologia silanica utilizzata contribuisce inoltre a migliorare l’aderenza e la resistenza a shock termici e quindi garantisce maggiore durabilità e resistenza alla corrosione. Prove interne in nebbia salina neutra di lamierini trattati con questo primer hanno raggiunto le 2.300 h senza delaminazione del film. L’intera fase di ricerca e sviluppo dei cicli di pretrattamento anti-

4 JANUARY 2011

PROTECTIVE COATINGS

INNOVATIONS

tests (carried out both internally and externally by accredited laboratories). The final tests were carried out in this way: Samples preparation (done in the Europolveri and Dollmar labs) – support used: 1 mm thick CRS steel panels, – pretreatment (by Dollmar SpA) as follows: 1. phospho-degreasing with FP150 (heavy iron salts); 2. rinse with water from the water supply; 3. rinse with demineralised water; 4. treatment with SA115 (“no-rinse” passivator).

Result of the salt spray test on a sample painted with HP anticorrosion primer after 2,200 hours

Primer and topcoat application (by Europolveri SpA) by means of an electrostatic charge gun ITW Gema (50-60 kV). Cross-linking of the primer: oven with forced ventilation, 180°C for 15 minutes (complete cross-linking of the film), 50-60 μm thickness. Topcoat used: 5L1100003T000 WHITE/L TS TF EMP Qualicoat P-0476. Cross-linking of the topcoat: oven with forced ventilation, 180°C for 20 minutes (complete cross-linking of the film), 70-80 μm thickness. Corrosion resistance test in compliance with the UNI EN ISO 9227:2006 regulation; aerosol solution NaCl 5 wt%, temperature of the room 35°. On a side of the panel a St. Andrew’s cross was carved revealing the metal. Before any control the samples have been rinsed with water in order to remove the salt and blotted with paper; after about one hour the adhesion test was carried out by applying adhesive tape on the cross according to the regulations and tearing it out. The results of the salt spray test on the sheet scraps treated with Europolveri primers were the following: TEST N°. 1 Anticorrosive primer for horizontal line equipment Total time in neutral salt spray environment After 1,750 hours delamination of the lower coating 1 mm around the cross(1). TEST N°. 2 Sample code: 6L4870013T001 GREY/O TS E.M.P. Ral 7001 Anticorrosive primer for vertical line equipment Total time in neutral salt spray environment After 1,650 hours delamination of the lower coating 1 mm around the cross(1).

Risultato del test di resistenza in nebbia salina di provino verniciato con primer anticorrosivo HP dopo 2.200 ore di permanenza

Result of the salt spray test on a sample painted with AP anticorrosion primer after 3,000 hours Risultato del test di resistenza in nebbia salina di provino verniciato con primer anticorrosivo AP dopo 3.000 ore di permanenza

TEST N°. 3 HP (high performance) anticorrosive primer Sample code: 6L4800003T002 GREY/O TS EMP HP Total time in neutral salt spray environment After 2,200 hours delamination of the lower coating 1 mm around the cross(2). (fig. 1) 5 JANUARY 2011

by Europolveri R&D lab

Result of the salt spray test on a sample painted with nanotechnologic anticorrosion primer after 2,300 hours Risultato del test di resistenza in nebbia salina di provino verniciato con primer anticorrosivo nanotecnologico dopo 2.300 ore di permanenza

Result of the salt spray test on a sample painted only with topcoat after c. 300 hours Risultato del test di resistenza in nebbia salina di provino verniciato con solo top coat dopo circa 300 ore di permanenza

corrosivo Europolveri, è stata accompagnata da continui test di resistenza alla corrosione (eseguiti sia internamente sia esternamente da laboratori accreditati). I test finali sono stati eﬀettuati con le seguenti modalità: Preparazione dei provini (eﬀettuata presso i laboratori Europolveri e Dollmar) – supporto utilizzato: pannelli in acciaio CRS spessore 1 mm – pretrattamento (a cura di Dollmar SpA) come segue: 1. fosfosgrassaggio con FP150 (sali di ferro pesanti); 2. risciacquo con acqua di rete; 3. risciacquo con acqua demineralizzata; 4. trattamento con SA115 (passivante “no-rinse”). Applicazione primer e top-coat (a cura di Europolveri SpA) mediante pistola a carica elettrostatica ITW Gema (a 50-60 kV). Ciclo di reticolazione primer: forno a ventilazione forzata, 180°C per 15 minuti (completa reticolazione del film), spessore 50-60 μm. Top-coat utilizzato: 5L1100003T000 Bianco/L TS TF EMP Qualicoat P-0476. Ciclo di reticolazione top-coat: forno a ventilazione forzata, 180°C per 20 minuti (completa reticolazione del film), spessore 70-80 μm. Test di resistenza alla corrosione in accordo con la norma UNI EN ISO 9227:2006; soluzione dell’aerosol NaCl 5% p/p, temperatura della camera 35°C. Su un lato del pannello è stata eseguita una incisione a croce di S. Andrea a scoprire il metallo. Prima di ogni controllo i provini sono stati sciacquati in acqua per rimuovere il sale e asciugati con carta, trascorsa un’ora circa è stata eseguita la prova di adesione applicando nastro adesivo secondo norma sulla croce e rimuovendolo a strappo. I risultati dei test di resistenza alla nebbia salina dei lamierini trattati con primer Europolveri hanno dato i seguenti risultati: TEST N. 1 Primer anticorrosivo per impianti orizzontali Durata complessiva in nebbia salina neutra Dopo 1750 ore delaminazione del rivestimento inferiore ad 1 mm attorno alla croce (1). TEST N. 2 Codice Provino: 6L4870013T001 GRIGIO/O TS E.M.P. Ral 7001 Primer anticorrosivo per impianti verticali Durata complessiva in nebbia salina neutra Dopo 1650 ore delaminazione del rivestimento inferiore ad 1 mm attorno alla croce (1). TEST N. 3 Primer anticorrosivo HP (high performance) Codice Provino: 6L4800003T002 GRIGIO/O TS EMP HP Durata complessiva in nebbia salina neutra Dopo 2200 ore delaminazione del rivestimento inferiore ad 1 mm attorno alla croce (2). (fig. 1) 6 JANUARY 2011

PROTECTIVE COATINGS

INNOVATIONS

by Europolveri R&D lab

TEST N°. 4 AP (active protection) anticorrosive primer Total time in neutral salt spray environment Over 3,000 hours - delamination of the lower coating 1 mm around the cross (2). (fig. 2)

TEST N. 4 Primer anticorrosivo AP (active protection) Durata complessiva in nebbia salina neutra Oltre 3000 ore - delaminazione del rivestimento inferiore ad 1 mm attorno alla croce (2). (fig. 2)

TEST N°. 5 “Nanotechnologic” anticorrosive primer Total time in neutral salt spray environment Over 2,300 hours - delamination of the lower coating 1 mm around the cross (2). (fig. 3)

TEST N. 5 Primer anticorrosivo “nanotecnologico” Durata complessiva in nebbia salina neutra Oltre 2.300 ore - delaminazione del rivestimento inferiore ad 1 mm attorno alla croce (2) (fig. 3)

With the same cycle here above described, the resistance of the panels only with topcoat (i.e. without primer) is equal to about 300 hours (fig. 4).

Con lo stesso ciclo sopra descritto la resistenza dei pannelli con il solo top coat (quindi privi di primer) è di circa 300 ore. (fig. 4).

Europolveri has recently obtained from QUALITAL the Test Report No. 168-10 Resistenza alla Corrosione in camera a nebbia salina neutra (“Corrosion resistance in neutral salt spray environment”) according to the UNI EN ISO 9227-2006 regulation, certifying the reaching of 2,000 hours of test. For Europolveri this is just a stage on the road of research – a solid research of new solutions able to improve and increase the corrosion resistance and to offer a more and more targeted and innovative action to the customers. All the above mentioned primers are available not only in the standard supply colour (grey – generally Ral 7001) but also in other different colours (figg. 5 and 6). Besides, the Europolveri staff and labs are ready to study and formulate customised solutions on the basis of the specific needs of the customers.

Europolveri ha recentemente ottenuto da parte di QUALITAL il Rapporto di Prova N° 168-10 Resistenza alla Corrosione in camera a nebbia salina neutra, secondo la norma UNI EN ISO 92272006, che certifica il raggiungimento delle 2.000 ore di test. In Europolveri questa è solo una tappa di un lavoro che prosegue concretamente sulla strada della sperimentazione di nuove soluzioni in grado di migliorare ed accrescere la resistenza contro la corrosione e di proporre ai propri clienti soluzioni sempre più mirate ed innovative. Tutti i primer sopra menzionati sono disponibili oltre che nel colore proposto di serie (grigio, generalmente Ral 7001) anche in tinte diﬀerenti (figg. 5 e 6). Staﬀ e laboratori Europolveri sono inoltre disponibili per studiare e formulare soluzioni su misura per specifiche esigenze dei propri clienti.

5 6 Examples of application of Anticorrosion11 primers by Europolveri / Esempi di applicazione dei primer Anticorrosion11 di Europolveri Notes: (1) Tests carried out in the Europolveri laboratories. (2) Tests carried out in the Dollmar laboratories.

Note: (1) Test eseguiti presso laboratori Europolveri. (2) Test eseguiti presso laboratori Dollmar.

7 JANUARY 2011

J. J. Gracenea*1, J. J. Suay1, 2 and M. J. Gimeno1

PROTECTIVE COATINGS

INNOVATIONS

CHARACTERIZATION OF ORGANIC COATING SYSTEMS BY ACCELERATED CYCLIC ELECTROCHEMICAL TESTS (ACET). CORRELATION WITH SALT SPRAY TEST Caratterizzazione di sistemi di rivestimento organici con prova ciclica accelerata elettrochimica (ACET). Correlazione con il test di nebbia salina

Instrumentation and software used to carry out the analysis described in the present article are patented. Dollmar Spa in Caleppio di Settala (Mi) has the exclusive sales right for Italy, Europe and Centre/South America.

Strumentazione e software utilizzati per svolgere le analisi descritte nel presente articolo sono brevettati e Dollmar Spa di Caleppio di Settala (Mi) è distributore in esclusiva per il mercato italiano, europeo e del centro/sud America.

wo different tests of anticorrosive properties (salt fog spray and ACET) have been used together evaluating different types of coatings in principal fields, in order to establish a correlation between them. Results for architectural powder coatings and coil and aeronautic liquid paints are shown. ACET technique is able to evaluate properly, much faster and in accordance to anticorrosive properties results of the different coatings obtained by other techniques.

ue diverse prove relative alle proprietà anticorrosive (nebbia salina e ACET) sono state utilizzate congiuntamente per la valutazione di rivestimenti di tipo diverso in settori di primaria importanza, al fine di stabilire una correlazione tra esse. Vengono mostrati i risultati relativi a vernici in polvere per architettura e vernici liquide per coil coating e industria aeronautica. La tecnica ACET è in grado di valutare in modo appropriato, più velocemente e in conformità con le proprietà anticorrosive i risultati relativi a rivestimenti di tipo diverso ottenuti con tecniche di valutazione diverse.

INTRODUCTION The prediction of the anticorrosive properties of paints is one of the most important lines of research in the field of organic coatings. Due to the diﬃculty of the corrosion and degradation processes in organic-metal systems, the main routines of interaction testing and material assessment were developed experimentally by using diﬀerent exposure processes and

INTRODUZIONE Prevedere le proprietà anticorrosive delle vernici è una delle più importanti linee di ricerca nel campo dei rivestimenti organici. A causa della diﬃcoltà dei processi di corrosione e degradazione nei sistemi metallo-organici, le principali procedure di analisi dell’interazione e valutazione dei materiali sono state sviluppa-

1 MEDCO S. L. Avda. Vicente Sos Baynat s/n 12006 Castellón, Spain; Tel.: 0034964387389, Fax 003496387322; josejgracenea@medco.es 2 Área de Ciencia de los Materiales, Departament d’Enginyeria de Sistemes Industrials i Disseny, Universitat Jaume I, Avda. Vicent Sos Baynat s/n, 12071 Castellón, Spain. Tel. 0034964728212; Fax.0034964728170; e-mail: suay@esid.uji.es

8 JANUARY 2011

PROTECTIVE COATINGS

INNOVATIONS

techniques for the measurement of properties. The main types of exposure processes are the accelerated aging test (e.g. salt fog spray) and natural exposure experiments (which must be planned for long times and are very expensive to run). Salt fog spray is one of the most extended evaluation techniques for which diﬀerent International Standards (ISO 9227, ASTM B117) have been proposed. Nevertheless, this technique is very subjective and does not give quantitative information about the corrosion processes and an interpretation of the overall process itself. It is still necessary to develop techniques to measure the anticorrosive properties, thus various electrochemical techniques have been used to evaluate the protection performance of organic coating/ metal systems. The application of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to coated metals has been proved to be a useful technique in the study of the anticorrosive paints behaviour [1-8], although to perform this type of test long times are needed (days, weeks and sometimes months) to obtain good results. There is an explicit interest in creating rapid assessment methods for practical applications that provide a faster indication of corrosion processes in the surface and interface of coated metallic substrates. Hollaender et al. [9-11] developed a rapid method for testing coated metals in food packaging consisting in a combination of DC and AC measurements (AC/DC/AC procedure) which has been successfully adapted and used by Suay et al. in liquid paints applied to steel substrates [12-14]. After a first AC measurement, the test sample is treated for a short time by a constant cathodic voltage (DC) producing a stress to the sample and, following that, an AC spectrum is recorded again. The change in the characteristics of the impedance spectrum can be attributed to a coating deterioration (pore formation) and a delamination process in the metallic surface due to hydrogen and OH_ production (if a cathodic reaction takes place). The new accelerated technique ACET developed by MEDCO [15-19] is based in the Hollaender method but incorporated two principal innovations: first the existence of a long potential relaxation after the polarization where potential and intensity is recorded versus time, data that is used to evaluate the adhesion of the coatings to the substrate and second the development of new numerical methods to established correlations between ACET and traditional salt spray resistance results. Architectural powder coatings and liquid coil and aeronautic paints are currently over the most important sectors of coating application. Coil coating involves high speed application technology; powder coatings is the fastest growing section of industrial paints because of their favourable environmental attributes (less than 4% of volatile organic contents)

te sperimentalmente attraverso l’utilizzo di processi di esposizione di tipo diverso e tecniche per la misurazione delle proprietà. I principali processi di esposizione sono i test di invecchiamento accelerato (ad es. nebbia salina) e gli esperimenti di esposizione naturale (che devono essere pianificati per lungo tempo e sono molto costosi da attuare). La nebbia salina è una delle più diﬀuse tecniche di valutazione per le quali diverse Norme Internazionali (ISO 9227, ASTM B117) sono state suggerite. Tuttavia, questa tecnica è molto soggettiva e non fornisce informazioni quantitative sui processi di corrosione né un’interpretazione del processo stesso nella sua totalità. È ancora necessario sviluppare tecniche di misurazione delle proprietà anticorrosive; di conseguenza sono state utilizzate varie tecniche elettrochimiche per valutare le prestazioni di protezione di sistemi di rivestimento organico su metalli. L’applicazione della spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) ai metalli rivestiti ha dimostrato di essere utile nello studio del comportamento anticorrosivo delle vernici [1-8], sebbene l’esecuzione di questo tipo di test richieda tempi lunghi (giorni, settimane e talvolta mesi) per ottenere buoni risultati. Esiste un interesse esplicito nel creare metodi di valutazione rapida per applicazioni pratiche che forniscano una più veloce indicazione dei processi di corrosione sulla superficie e nell’interfaccia di substrati metallici rivestiti. Hollaender et al. [9-11] svilupparono un metodo rapido per analizzare metalli rivestiti nel packaging alimentare, che consisteva in una combinazione di misurazioni DC (corrente continua) e AC (corrente alternata), definito come procedura AC/DC/AC, che è stato adattato con successo e utilizzato da Suay et al. per le vernici liquide applicate a substrati di acciaio [12-14]. Dopo una prima misurazione AC, il campione di prova è trattato per breve tempo con un voltaggio catodico costante (DC) che produce uno stress al campione e, a seguire, si registra nuovamente uno spettro AC. Il cambiamento nelle caratteristiche dello spettro di impedenza possono essere attribuite al deterioramento del rivestimento (formazioni di pori) e ad un processo di de-laminazione della superficie metallica dovuto alla produzione di idrogeno e OH_ (se ha luogo una reazione catodica). La nuova tecnica accelerata ACET sviluppata da MEDCO [15-19] si basa sul metodo Hollaender ma incorpora due principali innovazioni: in primo luogo l’esistenza di una lunga distensione potenziale dopo la polarizzazione, dove potenziale e intensità sono registrati contro il tempo, un dato che si utilizza per valutare l’adesione dei rivestimenti al substrato; in secondo luogo lo sviluppo di nuovi metodi numerici per le correlazioni stabilite tra i risultati di resistenza all’ACET e alla nebbia salina. Le vernici in polvere per architettura e le vernici liquide per coil coating e aeronautica sono attualmente fra i settori più importanti nell’applicazione di vernici. Il coil coating richiede una tecnologia di applicazione ad alta velocità; le vernici in polvere sono il settore con il più alto tasso di crescita fra le vernici industriali grazie alle loro caratteristiche di eco-compatibilità (contenuto organico volatile 9 JANUARY 2011 D

J. J. Gracenea*1, J. J. Suay1, 2 and M. J. Gimeno1 and performance advantages [20]. Aeronautic coatings cover one of the most strategically important segment of the market. In this work two diﬀerent techniques (ACET and salt fog spray) have been used to study the anticorrosive properties of described paints. It has also been studied the validity of the ACET technique as a useful method on the determination of anticorrosive properties of paints in very short times comparing it with other diﬀerent evaluation procedures (EIS and Salt Fog Spray).

inferiore al 4%) e ai vantaggi prestazionali [20]. Le vernici per aeronautica costituiscono uno dei segmenti strategici del mercato. Per il presente lavoro sono state utilizzate due tecniche diverse (ACET e nebbia salina) per studiare le proprietà anticorrosive delle vernici descritte. È stata anche studiata la validità della tecnica ACET come metodo utile nella determinazione delle proprietà anticorrosive delle vernici in tempi molto brevi rispetto ad altre procedure di analisi (EIS e nebbia salina).

EXPERIMENTAL Materials

FASE SPERIMENTALE Materiali

Architectural powder coatings Two, brown matt and white glossy, polyesters were chosen in order to achieve salt fog spray and ACET tests. Both paints were formulated with 60-65% of polyester resin and crosslinked with TGIC. The curing temperature was 10 min. @ 200ºC. The thicknesses were in the range of 80-100 microns.

Vernici in polvere per architettura Sono stati scelti due poliesteri, marrone opaco e bianco brillante, da sottoporre alla prove ACET e in nebbia salina. Entrambe le vernici erano formulate con il 60-65% di resina poliestere e reticolate con TGIC. La temperatura di polimerizzazione era 10 min. @ 200ºC, gli spessori compresi fra 80 e 100 micron.

Coil coatings Two glossy, grey and black, solvent based polyesters were chosen in order to achieve salt fog spray and ACET tests. Both paints were formulated with 60-65% of polyester resin and crosslinked with melamine. The PMT was 242ºC. The thicknesses were in the range of 20-22 microns.

Vernici per coil coating Sono stati scelti due poliesteri brillanti a base solvente, grigio e nero, da sottoporre ai test di nebbia salina e ACET. Entrambe le vernici erano formulate con il 60-65% di resina poliestere e reticolate con melammina. Il PMT era 242ºC, gli spessori compresi fra 20 e 22 micron.

10 JANUARY 2011 DollmarAdv10profili_230x140.indd

16/01/2011, 11.42

PROTECTIVE COATINGS

INNOVATIONS

H2O, Ions

Pore/crevice

1. Initial state EIS measurement (AC)

(I) (IV)

(III)

Potential (V)

H2O, Ions (Na+…) Relaxation time

2. Cathodic polarization (DC) H O + e-_ 1/2H _ + OH2

(II)

H2O, Ions

-4 V / 20 min DC

120 0 Time (min)

160

200

Fe2+

240 0 2

ACET schedule.

3. Relaxation potential Ions exit, corrosion reactions, double layer stabilization

Corrosion 2

Tabella ACET.

ACET fundaments. Fondamenti dell’ACET.

Aeronautic paint systems Two epoxy-polyurethane bilayer systems were chosen to achieve salt fog spray and ACET tests. Both systems were solvent based, the epoxy primer was high solids and Cr (VI) anticorrosive pigments containing. The samples were cured at run temperature for 21 days. The total thicknesses of the paint systems were in the range of 50-60 microns.

Sistemi vernicianti per aeronautica Sono stati scelti due sistemi epossi-poliuretanici bi-strato da sottoporre alle prove di nebbia salina e ACET. Entrambi i sistemi erano a base solvente, il primer epossidico ad alto solido e con pigmenti anticorrosivi Cr (VI). I campioni sono stati polimerizzati alla temperatura d’esercizio per 21 giorni. Gli spessori totali dei sistemi vernicianti erano compresi fra 50-60 micron.

Testing Methods and Equipment

Metodologie di prova e apparecchiature

Salt fog spray The accelerated salt fog spray test was performed in accordance to ASTM B 117-85 or ISO 9227. In this test a cross is performed along the coating until the bare metal is reached. The samples are then introduced in a salt fog spray chamber where a brine fog (in the case of AASS the pH is adjusted with acetic acid according to the standard) is created with a 5% (in weight) NaCl water solution. The samples are collected at diﬀerent periods of time and evaluated until a maximum of 3,000 hours of exposure. After each collection, the samples were dried; blistering, corrosion and delamination were measured after 24h of ambient exposure. Delamination was evaluated after applying a tape of 30mm thick to one arm of the cross and peeling the paint.

Nebbia salina Il test accelerato di nebbia salina è stato eseguito secondo ASTM B 117-85 o ISO 9227. Questa prova prevede l’incisione di un intaglio a croce nella vernice fino a raggiungere il metallo nudo. I campioni sono poi introdotti nella camera di nebbia salina dove si crea una nebbia salmastra (in caso di AASS, nebbia salina acetica, il pH è regolato con acido acetico secondo quanto previsto dalla norma) con un 5% (in peso) di soluzione NaCl in acqua. I campioni sono stati raccolti in momenti diversi e valutati fino a un massimo di 3.000 ore di esposizione. Dopo ogni raccolta i campioni sono stati asciugati; fenomeni di blistering, corrosione e de-laminazione sono stati misurati dopo 24h di esposizione in atmosfera. La de-laminazione è stata valutata con l’applicazione di un nastro adesivo di 30 mm di spessore su un braccio della croce e pelando la vernice.

ACET test The ACET procedure (Fig. 1) is based on the application of a stress (DC) to a coated sample measuring the impedance (AC) of the system after it. This sequence stress/impedance is repeated several times until the system is totally damaged. In order to obtain more information about the coating itself and the whole system, a step of depolarization can be included for a given

Prova ACET La procedura ACET (fig. 1) si basa sull’applicazione di uno stress (DC) a un campione verniciato per misurare successivamente l’impedenza (AC) del sistema. Questa sequenza stress/impedenza viene ripetuta svariate volte finché il sistema risulta totalmente danneggiato. Al fine di ottenere maggiori informazioni sul rivestimento stesso e sull’intero sistema, si può includere una fase

11 JANUARY 2011

J. J. Gracenea*1, J. J. Suay1, 2 and M. J. Gimeno1 period (relaxation time). A first AC carried out as a normal EIS measurement gives an idea of the impedance of the system (Bode plots, and modelled characteristic parameters and Figure 1). The relaxation time will give an idea of the evolution with time of the system after the applied stress, until it reaches again the steady state (graphics Eoc = f(time)). This technique has its fundaments on the influence that the cathodic reaction of water hydrolysis (produced when the potential is more negative than -1.0 V (vs. SCE) [27]) has on the adhesion because of the formation of H2 (gas) and OH-. The evolving of H2 will increase local delamination (Fig. 2) giving rise to the failure of the coating system (reflected on the variation of the impedance). When the cathodic reaction stops and the H2 production has taken place, the normal electrochemical corrosion of the system happens in presence of electrolyte with production of iron oxides and hydroxides. On the other hand, the forced polarization makes that the double layer in the interface gets disturbed and needs reorganization, which is reflected on the variation of the potential at the relaxation process. At the same time, the different ions inside the coating will leave it producing charges equilibration and polymeric molecule dipoles’ reorganization producing also a variation on the potential. Thus the system is degraded by the loose of adhesion (formation of H2), the pore opening by the incoming of the different species from the electrolyte, and the formation of corrosion products by electrochemical processes. These processes can be followed by the results obtained in the relaxation process. The ACET procedure measures the quality of the coating and its adhesion by the study of the resistance that the system offers to its degradation with the cathodic polarizations. In this case of study the cathodic polarization (DC) was carried out for 20minutes at a constant voltage of -4V. Following that, the relaxation time was of 3 hours, and finally an EIS was applied under the conditions above mentioned. The test sequence was repeated six times (around 24hours of test) and was absolutely automated in Zahner equipment.

di depolarizzazione per un dato periodo (tempo di distensione). Un primo AC, eseguito come una normale misurazione EIS, dà un’idea dell’impedenza del sistema (diagrammi di Bode, parametri caratteristici modellati e fig. 1). Il tempo di distensione darà un’idea dell’evoluzione del sistema nel tempo dopo l’applicazione dello stress, fino al raggiungimento dello stato stabile (grafici Eoc = f(tempo)). Questa tecnica ha i propri fondamenti sull’influenza che la reazione catodica dell’idrolisi dell’acqua (prodotta quando il potenziale è più negativo di -1,0 V (vs. SCE) [27]) ha sull’adesione a causa della formazione di H2 (gas) e OH-. L’evolversi di H2 accrescerà la de-laminazione locale (fig. 2) guastando completamente il sistema verniciante (riflesso dalla variazione dell’impedenza). Quando la reazione catodica si ferma e la produzione di H2 ha avuto luogo, la normale corrosione elettrochimica del sistema si verifica in presenza di elettroliti, con la produzione di ossidi di ferro e idrossidi. Dall’altro lato, la polarizzazione forzata fa in modo che il doppio strato nell’interfaccia sia disturbato e necessiti una riorganizzazione, evento riflesso dalla variazione del potenziale nel processo di distensione. Allo stesso tempo, i diversi ioni all’interno del rivestimento lo abbandoneranno, portando all’equilibrazione delle cariche e alla riorganizzazione delle molecole polimeriche di-pole, e causando anche una variazione del potenziale. Di conseguenza il sistema si degrada per la perdita di adesione (formazione di H2), per l’apertura dei pori dovuta all’ingresso di specie diverse dall’elettrolita, e per la formazione di prodotti corrosivi da processi elettrochimici. Questi processi possono essere seguiti dai risultati ottenuti nel periodo di distensione. La procedura ACET misura la qualità del rivestimento e la sua adesione studiando la resistenza che il sistema oﬀre alla sua degradazione con le polarizzazioni catodiche. In questo caso di studio la polarizzazione catodica (DC) è stata eseguita per 20 minuti a voltaggio costante di -4V. Successivamente, il tempo di distensione è stato di 3 ore, infine è stato applicato un EIS nelle condizioni sopra menzionate. La sequenza della prova è stata ripetuta sei volte (circa 24 ore di test) ed era completamente automatizzata nell’apparecchiatura Zahner.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) tests were carried out on coated samples exposed to 3.5% NaCl (by weight) in deionised water for periods of 25 minutes. The three-electrode electrochemical cell was obtained by sticking a glass cylinder on the sample sheet and filling it with the test solution. The exposed surface area was 16.6 cm2. A carbon sheet acted as the counter electrode and an Ag/AgCl electrode was used as the reference one. The AC impedance data were obtained at the free corrosion potential using an AUTOLAB PGSTAT30 potentiostat and a frequency response analyser. The impedance tests were carried out over a frequency range of 105 Hz down to 2·10-3 Hz using a

Spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) La prova di spettroscopia d’impedenza elettrochimica (EIS) è stata eseguita su campioni verniciati esposti a 3,5% di NaCl (in peso) in acqua demineralizzata per intervalli di 25 minuti. La cella elettrochimica a tre elettrodi è stata ottenuta incollando al pannello campione un cilindro di vetro riempito con la soluzione di prova. L’area di superficie esposta era di 16,6 cm2. Un foglio di carbonio ha agito come contro elettrodo e come riferimento è stato usato un elettrodo Ag/AgCl. Il dato di impedenza AC è stato ottenuto a potenziale di corrosione libero, utilizzando un potenziostato AUTOLAB PGSTAT30 e un analizzatore della frequenza di risposta. Le prove di impedenza sono state eseguite su una gamma di frequenze da 105 Hz fino a 12 JANUARY 2011

PROTECTIVE COATINGS

INNOVATIONS

Bode plots of architectural powder coating polyesters. Glossy polyester (left side), matt polyester (right side).

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cycle 0 cycle 1 cycle 2 cycle 3 cycle 4 cycle 5 cycle 6

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cycle 0 cycle 1 cycle 2 cycle 3 cycle 4 cycle 5 cycle 6

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Diagrammi di Bode delle vernici in polvere poliestere per architettura. Poliestere brillante (a sx), poliestere opaco (a dx).

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ACET: -4 V, 20 min, 25 min EIS, 3h relax 102

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sinusoidal voltage of 10 mV as amplitude inside a Faraday cage in order to minimise external interferences on the system.

2·10-3 Hz usando un voltaggio sinusoidale di 10 mV come ampiezza all’interno di un gabbia di Faraday al fine di minimizzare le interferenze esterne nel sistema.

RESULTS

RISULTATI

ACET test ACET test has been performed for the diﬀerent system to be studied architectural powder coatings, coil coatings polyurethanes and aeronautic epoxy-polyurethanes systems. Figure 3 show the Bode plots of architectural powder coating polyesters. Glossy polyester (left side), matt polyester (right side), Figure 4 shows the Bode plots of coil coating polyurethanes. Black polyurethane (left side), grey polyurethane (right side), while Figure 5 shows the Bode plots of aeronautic epoxy-polyurethane systems. EP-PU1 (left side), EP-PU2 (right side). In all cases worse systems behavior is represented in the right side. This behavior is characterized by a strong change in the impedance value at low frequencies during the cycles of the ACET technique. Systems with better behavior are represented in the left side and as it can be seen the impedance variation is smaller than in the other side plot. In order to understand these figures, it is necessary to look at the theoretical basis underlying this ACET method. The cathodic polarization applied to the coated metal can cause the following to occur in the paint: a. The introduction and passage of diﬀerent cations (H+, Na+, and so on) from the electrolyte through the paint due to the negative potential imposed in the metallic substrate. This can produce a concentration of positive charges in the coating that must be neutralised by balancing the entry of anions (like Cl-). The passage of ions (which can also be hydrated) through the coating can cause its deterioration and the formation of pores.

Test ACET La prova ACET è stata eseguita per tutti i diversi sistemi di rivestimento oggetto dell’esame, ossia vernici in polvere per architettura, vernici poliuretaniche per coil coating e sistemi epossi-poliesteri per aeronautica. La figura 3 mostra i diagrammi di Bode delle vernici in polvere poliesteri per architettura. Poliestere brillante (a sinistra), poliestere opaco (a destra), la figura 4 mostra i diagrammi di Bode dei poliuretanici per coil coating: poliuretanico nero (a sinistra), poliuretanico grigio (a destra), mentre la figura 5 mostra i diagrammi di Bode dei sistemi epossi-poliuretanici per aeronautica, EP-PU1 (a sinistra), EP-PU2 (a destra). In tutti i casi, il comportamento peggiore dei sistemi è rappresentato sulla destra. Questo comportamento è caratterizzato da un forte cambiamento nel valore di impedenza alle basse frequenze durante i cicli della tecnica ACET. I sistemi con i comportamenti migliori sono rappresentati sulla sinistra e, come si può vedere, la variazione dell’impedenza è minore rispetto a quella del diagramma sull’altro lato. Al fine di comprendere questi dati, è necessario alle basi teoriche sottese a questo metodo ACET. La polarizzazione catodica applicata al metallo rivestito può causare nella vernice quanto segue: a. L’introduzione e il passaggio di diversi cationi (H+, Na+, e così via) dall’elettrolita attraverso la vernice a causa del potenziale negativo imposto nel substrato metallico. Ciò può produrre una concentrazione di cariche positive nella vernice che devono essere neutralizzate equilibrando l’entrata di anioni (tipo Cl). Il passaggio di ioni (che possono anche essere idratati) attraverso il rivestimento può causare il suo deterioramento e la formazione di pori. 13 JANUARY 2011

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The cathodic reaction that can take place in the metallic surface considering the level of negative polarisation and the type of electrolyte [27] is: 2 H2O (l) + 2 e- _ H2 (g) + 2 OHb. The cathodic reaction will take place first if the electrolyte is able to pass through the coating and reaches the interface. This depends on the properties of the film (permeability to ions, adhesion to substrate, existence of local film delamination, susceptibility of the coating to form cracks because of its high rigidity, etc.) and, of course, the applied cathodic voltage. Obviously, the higher the quality of the primer (impermeability and ductility of the film and high adhesion to the substrate) the lower will be the probability of the electrolyte to reach the interface, and to the cathodic reaction to take place. The deterioration of the coating because of cathodic polarisations can be caused primarily by the film delamination process at the metallic interface produced by the cathodic reaction (H2 evolving), although the passage of ions can also exert a degrading eﬀect. If there are possibilities of detecting whether the cathodic reactions have taken place during polarisation, this information could be used to know a little more about the performance and quality of the paint. One possible way of detecting the existence of H2 (g) and OH- production (meaning more delamination) at the interface is to study the evolution of the open circuit potential after polarisation (during the relaxation time). When cathodic polarisation finishes, the coated metal potential will relax showing two possible spectra: a. If cathodic reactions were taking place (H2 production), the potential would have a quick relaxation normally around -1V [27] (with small variations depending on the coating), which corresponds to the ending of the reaction and, afterwards,

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Bode plots of coil coating polyurethanes. Black polyurethane (left side), grey polyurethane (right side). Diagrammi di Bode dei poliuretanici per coil coating. Poliuretanico nero (a sx), poliuretanico grigio (a destra).

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b. La reazione catodica che può avere luogo nella superficie metallica considerando il livello di polarizzazione negative e il tipo di elettrolita [27] è: 2 H2O (l) + 2 e- _ H2 (g) + 2 OHLa reazione catodica avrà luogo innanzitutto se l’elettrolita è in grado di passare attraverso il rivestimento e raggiungere l’interfaccia. Questo dipende dalle proprietà del film (permeabilità agli ioni, adesione al substrato, esistenza della de-laminazione locale del film, suscettibilità del rivestimento a formare criccature a causa dell’elevata rigidità, e così via) e, ovviamente, il voltaggio catodico applicato. Naturalmente, maggiore è la qualità del primer (impermeabilità e duttilità del film ed elevata adesione al susbstrato) inferiore sarà la probabilità dell’elettrolita di raggiungere l’interfaccia, e della reazione catodica di avere luogo. Il deterioramento del rivestimento a causa delle polarizzazioni catodiche può essere causato primariamente dal processo di de-laminazione del film presso l’interfaccia metallica, prodotto dalla reazione catodica (sviluppo di H2), sebbene il passaggio degli ioni possa esercitare anche un eﬀetto degradante. Se ci sono possibilità di rilevare se le reazioni catodiche hanno avuto luogo durante la polarizzazione, questa informazione potrebbe essere usata per capire un po’ meglio le prestazioni e la qualità della vernice. Un possibile modo per rilevare l’esistenza di H2 (g) e la produzione di OH- (il che significa una maggiore de-laminazione) presso l’interfaccia è lo studio dell’evoluzione del potenziale a circuito aperto dopo la polarizzazione (durante il tempo di distensione). Quando la polarizzazione catodica termina, il potenziale del metallo rivestito si distenderà mostrando due spettri possibili: a. Se si stavano verificando delle reazioni catodiche (produzione di H2), il potenziale avrebbe avuto una distensione rapida normalmente intorno a -1V [27] (con variazioni minime a seconda del rivestimento), che corrisponde alla fine della reazione, e, 14 JANUARY 2011

PROTECTIVE COATINGS

INNOVATIONS

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Diagrammi di Bode di sistemi epossi-poliuretanici per aeronautica. EP-PU1 (a sx), EP-PU2 (a dx).

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ACET: -4 V, 20 min, 25 min EIS, 3h relax

cycle 0 cycle 1 cycle 2 cycle 3 cycle 4 cycle 5 cycle 6

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Bode plots of aeronautic epoxy-polyurethane systems. EP-PU1 (left side), EP-PU2 (right side).

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104

104 ACET: -4 V, 20 min, 25 min EIS, 3h relax 102 10-3

10-1

101 103 Frequency (Hz)

a second relaxation that corresponds to ions and electrolyte leaving the coating, and possibly the formation of a new double layer in the metallic surface. In any case, the cathodic reaction will produce the entry of electrolyte through the coating and the production of H2 (g) and OH- at the metal/ coating interface. The time needed for this electrolyte and the ions to leave the film will therefore be higher because they have to pass through the entire primer film. b. If no cathodic reactions have taken place, there would be a single relaxation process that corresponds to ions and electrolyte leaving the primer or to the polymer dipoles new configuration. This relaxation will take place at longer times as ions and electrolyte penetrate deeper into the film, but they will probably need less time than in case “a” described above. Figure 6 shows the potential relaxation versus time of the diﬀerent epoxy-polyurethane systems after 5 cathodic polarizations. The sample EP-PU-1 with the best behaviour presents only one relaxation at high potential, which indicates

102 10-3

105

10-1

101

103

105

Frequency (Hz)

successivamente, una seconda distensione, che corrisponde al rilascio di ioni ed elettroliti dal rivestimento, e forse la formazione di un nuovo doppio strato nella superficie metallica. In ogni caso, la reazione catodica produrrà l’ingresso di elettroliti attraverso il rivestimento e la produzione di H2 (g) e OH- presso l’interfaccia metallo/rivestimento. Il tempo richiesto aﬃnché questo elettrolita e gli ioni lascino il film sarà quindi maggiore perché essi devono passare attraverso l’intero film del primer. b. Se non ha avuto luogo alcuna reazione catodica, ci sarà un singolo processo di distensione che corrisponde al rilascio di ioni ed elettrolita dal primer o dalla nuova configurazione dei dipoli polimerici. Questa distensione avrà luogo in tempi più lunghi, dal momento che ioni ed elettrolita penetrano più in profondità all’interno del film, ma probabilmente necessiteranno di un tempo inferiore rispetto al caso “a” sopra descritto. La fig. 6 mostra la distensione del potenziale rispetto al tempo dei diversi sistemi epossi-poliuretanici dopo 5 polarizzazioni catodiche. Il campione di EP-PU-1 con il comportamento migliore presenta solo una distensione ad alto potenziale, il che indica

6 0 relax 1 relax 2 relax 3 relax 4 relax 5 relax 6

-1

-2

-3

-4 -2000

2000

4000

6000

-1

-2

relax 1 relax 2 relax 3 relax 4 relax 5 relax 6

-3

ACET: -4 V, 20 min, 25 min EIS, 3h relax

E Relaxation (V vs Ag/AgCl)

Diagrammi di distensione dei sistemi epossi-poliuretanici per aeronautica. EP-PU1 (a sx), EP-PU2 (a dx).

0 E Relaxation (V vs Ag/AgCl)

Relaxation plots of aeronautic epoxypolyurethane systems. EP-PU1 (left side), EP-PU2 (right side).

8000

10000

12000

-4 -2000

Time (s)

2000

4000

6000

Time (s)

15 JANUARY 2011

8000

10000

12000

J. J. Gracenea*1, J. J. Suay1, 2 and M. J. Gimeno1

Acetic acid salt fog spray test results of architectural powder coating polyesters. Glossy polyester 3,000h of exposure (left side), matt polyester 700h of exposure (left side). I risultati della prova in nebbia salina acetica relative a vernici in polvere poliestere per architettura. Poliestere brillante 3.000 ore di esposizione (a sx), poliestere opaco 700h di esposizione (a dx).

Acetic acid salt fog spray test results of coil coatings. Black polyurethane 1,000h of exposure (left side), grey polyurethane 100h of exposure (right side). Risultati della prova in nebbia salina acetica di vernici per coil coating. Poliuretano nero 1.000 ore di esposizione (a sx), poliuretano grigio 100h di esposizione (a dx).

Neutral salt fog spray of aeronautic epoxy-polyurethane systems. EP-PU1 3,000h of exposure (left side), EP-PU2 1,200h of exposure (right side). Risultati della prova in nebbia salina neutra di sistemi epossi-poliuretanici per aeronautica. EP-PU1 3.000 ore di esposizione (a sx), EP-PU2 1.200 ore di esposizione (a dx).

16 JANUARY 2011

PROTECTIVE COATINGS

INNOVATIONS

J. J. Gracenea*1, J. J. Suay1, 2 and M. J. Gimeno1

that during the cathodic polariation there was not hydrogen production because of its good anticorrosive properties (low permeability and high adhesion). The sample EP-PU-2 shows a relaxation at -1V, that correspond to the stop of hydrogen production, because cathodic reaction of electrolysis could take place because the presence of water in the interface due to the bad quality of the coating. Probably if longer relaxation times would be used new relaxation processes could be observed.

che durante la polarizzazione catodica non si è verificata produzione di idrogeno grazie alle sue buone proprietà anticorrosive (bassa permeabilità ed elevata adesione). Il campione di EP-PU-2 mostra una distensione a -1V, che corrisponde al termine della produzione di idrogeno, poiché la reazione catodica di elettrolisi potrebbe avere luogo per la presenza di acqua nell’interfaccia dovuta alla cattiva qualità del rivestimento. Probabilmente se si utilizzassero tempi di distensione più lunghi si potrebbero osservare nuovi processi di distensione.

Salt Fog Spray Figure 7, Figure 8 and Figure 9 show neutral and acetic acid salt fog spray test results. Aeronautic epoxy-polyurethane systems and architectural powder coatings achieved 3,000h of exposure. On the other hand, coil coating black polyurethane carried out 1.000h. Coatings showing bad behavior presented big damages; in the cases of architectural matt polyester (Fig. 7) and coil coating grey polyurethane (Fig. 8) delamination appeared; aeronautic polyurethane was damaged by blistering.

Nebbia salina

CONCLUSIONS

CONCLUSIONI

The present study shows ACET mechanisms and how it is able to discriminate bad from good behavior in organic coatings. This discrimination is made by cathodic polarization and the eﬀect in the coating appears after reaching the relaxation potential. In the three studied cases bad salt fog spray behavior is correlated with a strong change in the impedance value at low frequencies during the cycles of the ACET technique.

Il presente studio mostra meccanismi ACET e come esso sia in grado di distinguere comportamenti cattivi da quelli buoni nei rivestimenti organici. Questa distinzione è fatta attraverso polarizzazione catodica e l’eﬀetto nel rivestimento appare dopo il raggiungimento del potenziale di distensione. Nei tre casi di studio un comportamento cattivo in nebbia salina è correlato a un forte cambiamento nel valore di impedenza del sistema a basse frequenze durante i cicli della tecnica ACET.

Le figg. 7, 8 e 9 mostrano i risultati delle prove in nebbia salina neutra e acetica. I sistemi epossi-poliuretanici per aeronautica e le vernici in polvere per architettura hanno raggiunto le 3.000 ore di esposizione. Dall’altro lato, il poliuretanico nero per coil coating ha raggiunto le 1.000 ore. I rivestimenti che mostrano un cattivo comportamento hanno presentato grossi danni; nel caso di poliestere opaco per architettura e (fig. 7) e il poliuretanico grigio per coil coating (fig. 8) è comparsa de-laminazione; il poliuretano per aeronautica è stato danneggiato da blistering.

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14. M.T. Rodriguez, J.J. Gracenea, S.J. García, J.J. Saura, J.J. Suay, Prog. Org. Coat. 50 (2004) 123. 15. S.J. García, J. Suay. Prog. Org. Coat., XX (2009) 16. S. J. García, J. Suay. Prog. Org. Coat., 59 (2007) 251-258. 17. J. García, M. Rodríguez, R. Izquierdo, J. Suay. Prog. Org. Coat., 60, 4, 303-311 (2007). 18. S.J. García, J. Suay. Prog. Org. Coat., 57 (3) (2006) 273–281. 19. Rodriguez, M.T., Gracenea, J.J., García, S.J., Saura, J.J., Suay, J.J. Progress Prog. Org. Coat., 50 (2004) 123-131. 20. S.S. Lee, H.Z.Y. Han, J.G. Hilborn, J.-A.E. Manson, Prog. Org. Coat., 36 (1999) 79. 21. F. Mansfeld, Electrochim. Acta, 38 (1993). 22. A. Amirudin, D. Thierry, Prog. Org. Coat. 26 (1995). 23. G.W. Walter, J. Electroanal. Chem. 118 (1981) 259. 24. G.W. Walter, Corros. Sci. 26, 9 (1986) 681. 25. Gamry Instruments, ”Electrochemical Impedance Spectroscopy Primer”, www.gamry.com. 26. N. Tang, W.J. Ooij, G. Górecki, Prog. Org. Coat. 30 (1997) 255. 27. H. Leidheiser, J. Adhesion Sci. Tech. 1 (1987) 79.

17 JANUARY 2011

PROTECTIVE COATINGS

TRADE FAIRS AND CONFERENCES

FEBRUARY 2011 CORROSION UAE 2011 Abu Dhabi, UAE February 27 - March 1, 2011 www.theenergyexchange.co.uk

MARCH 2011 CORROSION 2011 Houston, TX, USA March 13-17, 2011 http://events.nace.org/conferences/ c2011/c2011tracks.asp CORROSION PROTECTION, COATINGS Minsk, Belarus March 22-25, 2011 www.minskexpo.com

SEPTEMBER 2011 EUROCORR 2011 Stockholm,Sweden September 4-8, 2011 www.eurocorr.org

OCTOBER 2011 MATERIAL SCIENCE & TECHNOLOGY (MS&T) 2011 Columbus, Ohio, USA October 16-20, 2011 www.matscitech.org

NOVEMBER 2011 18 th INTERNATIONAL CORROSION CONGRESS Perth, Australia November 20-24, 2011 www.18iccperth2011.com

19 JANUARY 2011

by Paola Giraldo

PROTECTIVE COATINGS

ZOOM ON EVENTS

CORROSION UAE 2011

ndorsed by NACE, Abu Dhabi UAE Section, Corrosion UAE 2011 (February 27 – March 1) brings together technical and corrosion management decision makers, alongside leading technology providers and research institutes. The event will feature first-class experts from the corrosion management arena from the UAE, Kuwait, Saudi Arabia, Iran, Kazakhstan, Algeria, Egypt, USA, UK and Pakistan among others. Best practice case studies will show you how to bridge the communication gap between key stakeholders from R&D, inspection, maintenance, asset integrity, production and corrosion departments. 60% of maintenance costs are due to corrosion this unique conference provides strategic insights into the economics of corrosion and life cycle analysis, helping you select the right materials, protection tools, installation and maintenance strategies to cost-eﬀectively meet your needs. For further information: www.theenergyexchange.co.uk

rganizzato dal NACE, sezione di Abu Dhabi, Corrosion UAE 2011 (27 febbraio – 1 marzo) riunirà tecnici e decision-makers del settore anticorrosione , oltre a importanti fornitori di tecnologia e istituti di ricerca. All’evento saranno presenti esperti provenienti da Emirati Arabi Uniti, Kuwait, Arabia Saudita, Iran, Kazakhstan, Algeria, Egitto, USA, UK, Pakistan oltre che da altri Paesi. Saranno presentati dei case-study relativi ai metodi migliori per colmare il gap di comunicazione tra i settori R&D, ispezione, manutenzione, produzione e reparti di corrosione. Il 60% dei costi di manutenzione sono imputabili alla corrosione e nell’ambito di questa conferenza saranno presentati gli aspetti economici della corrosione e analisi del ciclo di vita, per aiutare le aziende nella scelta dei materiali giusti, degli strumenti di protezione, installazione e manutenzione per soddisfare i bisogni con eﬃcacia dal punto di vista dei costi. Per ulteriori informazioni: www.theenergyexchange.co.uk

NATIONAL CORROSION AND PROTECTION DAYS Giornate nazionali corrosione e protezione

rganised by AIM - AITIVA - Nace Milano Italia Section APCE, the National Corrosion Days, got as far as the ninth edition, prove themselves as one of the most important national events of this field. The intention of the congress, which will be held from 6th to 8th July 2011 in the Villa Mondragone, in Monte Porzio Catone (Rm), is to promote the comparison between the diﬀerent experiences of university and industrial sector and the debate on the scientific aspects of the corrosion mechanisms, the progresses of the techniques of studying and the most advanced technological solutions as regards prevention and protection. In an informal environment, plenty of room will be left for the participation of young people, in order to encourage and improve the work of research and application. The main themes will be: • Corrosion in natural environments: waters, atmosphere, soil • Corrosion in industrial plants and structures • Techniques of studying and controlling corrosion phenomena • Corrosion and protection of the reinforcements in the reinforced concrete works • Corrosion inhibitors • Cathodic protection • Coatings and treatments. For further information: www.aimnet.it/gncorr2011.htm

rganizzate da AIM - AITIVA - Nace Milano Italia Section – APCE, le Giornate Nazionali della Corrosione, con questa nona edizione, si confermano come uno degli eventi nazionali più importanti del settore. Il convegno, che si terrà i prossimi 6-7-8 luglio 2011 nella cornice di Villa Mondragone, a Monte Porzio Catone (Rm), si propone quale occasione di confronto tra le esperienze universitarie e quelle del mondo industriale, con il fine di dibattere gli aspetti scientifici connessi ai meccanismi di corrosione, i progressi fatti nelle tecniche di studio, le soluzioni tecnologiche più avanzate in fatto di prevenzione e protezione. In un clima del tutto informale, ampio spazio sarà dato alla partecipazione dei giovani per valorizzarne ed incoraggiarne il lavoro di ricerca e di applicazione. Le aree tematiche principali sono: • Corrosione negli ambienti naturali: acque, atmosfera, terreno • Corrosione negli impianti e nelle strutture industriali • Tecniche di studio e controllo dei fenomeni corrosivi • Corrosione e protezione delle armature nelle opere in c.a. • Inibitori di corrosione • Protezione catodica • Rivestimenti e trattamenti Per ulteriori informazioni: www.aimnet.it/gncorr2011.htm

20 JANUARY 2011

PROTECTIVE COATINGS

BRAND-NEW

THE LATEST VERSION OF THE THICKNESS GAUGE QNIX® 4500 OFFERS AN INCREASED MEASURING RANGE, HIGHER MEASURING ACCURACY AND SIMPLIFIED OPERATION L’ultima versione dello spessimetro QNIX® 4500 offre semplicità di utilizzo, precisione nella misurazione, aumento del range di misurazione

sked about the indispensable requirements of a modern thickness gauge, professionals always express the same desires: easy operation, and high measuring accuracy. Especially when used for standard applications during the everyday operations of paint shops, automotive and engineering enterprises, hand-held gauges for non-destructive measurements and inspections of coating thickness have to be easy-to-use, accurate and reliable in measurements, with a rugged design while being reasonably priced. For this reason QNix® 4500 is one of the best-selling gauge world-wide, according to the German manufacturer AUTOMATION Dr. Nix. Thanks to dual probes, integrated into the gauge, Qnix® 4500 recognizes whether measurements are taken on steel and iron or on non-ferrous metals, like aluminium, automatically changing its set-up when changing the substrate. Thus, the improved gauge guarantees a reliable measurement on diﬀerent kinds of substrates. The roughly “cell-phone sized” gauge, weighing only 105 gr including batteries, provides professionals with a compact and easy to handle instrument. Combined with enhanced measurement accuracy throughout the entire increase measuring range between 0.0 and 3000 μm, the device guarantees a higher testing security even on small measuring surfaces, only 10x10 mm in size. The advantage of high speed measuring rin ng with up to 40,000 measurements perr day pays oﬀ especially during multimeasurements on large surfaces, saving time and money. Besides, the practical one-hand-operation without prior calibration allows professionals who use the gauge to be sure of the quality of their inspections. Last but not least another er characteristic of quality of the new QNix® 4500 is the resistance. The weararrproof measuring heads features especially eciially cut rubies which ensure extreme long-ti g-ti timeuse. The German manufacturer provides idees a 3-year warranty of quality. For further information: www.automation-dr-nix.com

e si chiede ad un qualsiasi operatore del settore che caratteristiche deve avere uno spessimetro di ultima generazione, si avrebbero le stesse risposte: facile da usare e preciso nella misurazione. Soprattutto chi utilizza strumenti non distruttivi tutti giorni per verificare gli spessori applicati sul prodotto nel settore della verniciatura conto terzi, nel settore automobilistico o nel campo della corrosione, deve poter essere dotato di uno strumento che non richieda particolare manutenzione, facile da utilizzare, preciso nelle misurazioni, maneggevole e tutto ciò ad un prezzo competitivo. Per questo lo strumento Qnix® 4500, distribuito dalla Tecno Supply di Santa Maria in Fabriago (Ravenna) è lo strumento più venduto della sua categoria. È ormai da anni che il mercato riconosce a questo spessimetro le caratteristiche appena descritte. Oggi lo strumento è stato potenziato con l’inserimento della sonda “Dual Probe”. Questo permette allo spessimetro di riconoscere i substrati ferrosi e non ferrosi, cambiando automaticamente la modalità di misurazione. In questo modo l’operatore non si dovrà più domandare su quale tipologia di substrato sta misurando lo spessore, dato che lo strumento cambierà il set-up automaticamente. Tutto ciò garantisce la sicurezza della misurazione nelle varie tipologie di materiali. La forma maneggevole, dal peso di soli 105 gr incluse le batterie, permette a chi lo utilizza di avere uno strumento compatto e maneggevole. Inoltre lo strumento è stato potenziato nella precisione delle misurazioni da 0,0 a 3000 micron e può misurare anche superfici molto piccole a partire da 10x10 mm. La velocità nella misurazione (fino a 40.000 misurazioni al giorno) è un altro punto a favore dello strumento che permette, mantenendo l’accuratezza, di risparmiare tempo e quindi denaro. Inoltre, la possibilità di misurare senza calibrare lo strumento permette a chi lo utilizza di avere la certezza della qualità del proprio lavoro. In ultima analisi, poniamo l’accento sulla robustezza dello strumento. All’interno della sonda è infatti inserito un rubino per garantire una durata nel lungo periodo del Qnix® 4500. La sicurezza della qualità di questo strumento è determinata dalla garanzia di 3 anni che la casa produttrice oﬀre ai propri clienti. Per ulteriori informazioni: www.tecnosupply.com

21 JANUARY 2011

by Paola Giraldo

HEMPADUR ULTRA-STRENGTH 47500 WINS THE INNOVATIVE TECHNOLOGY AWARD HEMPADUR ULTRA-STRENGTH 47500 è stato premiato con l‘Innovative Technology Award

empel announced that HEMPADUR ULTRA-STRENGTH 47500 won the prestigious “Innovative Technology Award” at the IBJ Awards 2010 ceremony held at the Savoy Hotel in London on 15 November. The IBJ Awards are given out by the trade publication International Bulk Journal to recognise excellence in the world’s maritime bulk industry. Hempel was the only coating supplier nominated in any of the 15 categories. And it was the first time a coating supplier has been given this innovation award. The nominees in the category “Innovative Technology Award” were Hempel – Denmark, OMC International – Australia, and PSM Instrumentation – United Kingdom. The award is presented to an organisation which demonstrates how recently introduced equipment, software or application benefits the company or the bulk business as a whole. The development of the concept or equipment and its successful implementation into a commercial product must be demonstrated. The award was sponsored and presented by FEDNAV Group of Canada, who won the “Bulk Ship of the Year” Award in 2009. Hempel’s ULTRA-STRENGTH 47500, an innovative cargo hold coating that extends repair intervals, demonstrated its superior coating technology for a bulk coating that lasts 10 years instead of the normal two to three years of competitive coatings. Hempel ULTRA-STRENGTH 47500 is also made to withstand the tough conditions in the cargo hold. The coating represents a significant advantage for the maritime bulk industry – preventing costly maintenance downtime. Michael Aamodt, Product Manager, Group Marine Marketing – Denmark, said about the award, “This is truly an honour. Our team at Hempel has worked very hard on Hempel ULTRASTRENGTH 47500 and we are so pleased to be recognised for our eﬀorts.” The IBJ Awards, held first in 2009, has quickly become the leading awards event for the world’s maritime bulk industry. Nearly 400 industry executive s from more than 25 countries were present, including the UK Under Secretary of State for Transport Mike Penning, MP. Hempel was represented at the IBJ Awards by Nick Frowen, Country Manager - UK, Tim Dee-Crowne, Area Sales Manager – UK and Michael Aamodt, Product Manager, Group Marine Marketing – Denmark (see Figure).

empel è lieta di informarvi che all‘HEMPADUR ULTRA-STRENGTH T 47500 è stato conferito il prestigioso riconoscimento “Innovative Technology r Award” durante la cerimonia dell‘IBJ A Awards 2010 che ha avuto luogo presso A ili Savoy Hotel di Londra il 15 novembre scorso. I riconoscimenti dell‘IBJ Awards s vengono assegnati dalla rivista Interv national Bulk Journal, in riconoscimenn to della superiorità dei prodotti per l’industria navale mercantile. La Hempel è stato l’unico produttore di vernici nominato nelle 15 categorie ed è la prima volta che una ditta di vernici riceve questo ambito riconoscimento. Le Società nominate nella categoria “Innovative Technology Award” erano la Hempel – Danimarca, la OMC International – Australia, e la PSM Instrumentation – Gran Bretagna. Il riconoscimento viene conferito all’organizzazione che dimostra l’eﬃcacia dell’innovativa attrezzatura, programma o applicazione a vantaggio sia della società sia del commercio. Lo sviluppo del concetto o dell‘idea e il suo processo innovativo di successo per la commercializzazione devono essere dimostrati. Il riconoscimento viene sponsorizzato e assegnato dal FEDNAV Group of Canada, che ha vinto il riconoscimento “Bulk Ship of the Year Award” nel 2009. L‘HEMPADUR ULTRA-STRENGTH 47500 della Hempel è un nuovo prodotto per le stive in grado di estendere la manutenzione fino a 10 anni rispetto ai 5 anni normalmente garantiti dai prodotti della concorrenza. L‘HEMPADUR ULTRA-STRENGTH 47500 della Hempel è un prodotto “su misura” per il trattamento personalizzato delle stive. Il rivestimento rappresenta un significativo passo in avanti per l’industria navale mercantile, riducendo i costi di manutenzione. Michael Aamodt, Product Manager del Group Marine Marketing – Danimarca, ha sottolineato così l’ambito riconoscimento “È veramente un onore. La nostra squadra Hempel si è impegnata tantissimo per produrre l‘HEMPADUR ULTRA-STRENGTH 47500 e siamo lieti di ricevere questo riconoscimento per i nostri sforzi”. La prima assegnazione IBJ Awards, avvenuta nel 2009, è velocemente diventata il riconoscimento maggiore nel campo dell’industria mercantile mondiale. Erano presenti quasi 400 esponenti industriali appartenti a più di 25 nazioni, tra i quali Mike Penning – Ministro dei Trasporti inglese. All‘ IBJ Awards era presente anche la Hempel nelle persone di Nick Frowen, Country Manager - UK, Tim Dee-Crowne, Area Sales Manager – UK e Michael Aamodt, Product Manager, Group Marine Marketing – Denmark (rif. Figura)

22 JANUARY 2011

Eos Mktg&Communication srl www.eosmarketing.eu info@eosmarketing.eu Redazione - Sede Legale: Via Enrico Tazzoli, 15 20031 - Cesano Maderno (MB) - Italy

TECHNICAL ADVISORY BOARD Adolfo Acquati: Enamelling lines

Dr. Ezio Pedroni: Coil coating

Attilio Bernasconi: Paint stripping technologies and cryogenic processes

Loris Rossi: Surface treatment on aluminium

Ernesto Caldana: Coil coating pretreatment Michele Cattarin: Electrostatic application of powder coatings Enzo Colapinto: UV systems and technologies

EDITOR IN CHIEF/ DIRETTORE RESPONSABILE ALESSIA VENTURI venturi@eosmarketing.eu

Dr. Thomas Schmidt: Powder coatings and inks Giuseppe Tarquini: Liquid coatings Gianfranco Verona: Water treatment Dario Zucchetti: Coating lines

Ivano Pastorelli: Measurement and quality control

EDITORIAL DIRECTOR / DIRETTORE EDITORIALE FRANCESCO STUCCHI stucchi@eosmarketing.eu

EDITORIAL BOARD

EDITORIAL OFFICE / REDAZIONE PAOLA GIRALDO giraldo@eosmarketing.eu

Dr. Felice Ambrosino: Marketing

The first international magazine for surface treatments La prima rivista internazionale sui trattamenti superficiali

Registrazione al Tribunale di Monza N° 1970 del 10 Dicembre 2009 Eos Mktg&Communication srl è iscritta nel Registro degli Operatori di Comunicazione con il numero 19244 POSTE ITALIANE SPA – SPED. IN A.P. 70% LO/MILANO

Prof. Massimiliano Bestetti: Department of Chemistry, Material and Chemical Engineering, Politecnico of Milan – Section of Applied Chemistry and Physics Dr. Franco Busato: European environmental legislation and new technologies Prof. Paolo Gronchi: Department of Chemistry, Material and Chemical Engineering, Politecnico of Milan – Chemical Engineering Section

Prof. Fabrizio Pirri: Department of Material Sciences and Chemical Engineering, Politecnico of Turin, Micro and Nanosystems, Nanomaterials and Surfaces Prof. Stefano Rossi: Material Engineering and Industrial Technologies, University of Trento - Product Design Dr. Antonio Tolotto: Marine and industrial anticorrosive coating cycles Dr. Fulvio Zocco: Environmental and quality

SERVICE SUBSCRIPTION - SERVIZIO ABBONAMENTI: Sale only on subscription - Vendita solo su abbonamento E.mail info@eosmarketing.eu Single copy - Fascicolo singolo: 10,00 euro Back issues - Arretrati: 20,00 euro Subscription Rates 2011 - Tariffe Abbonamento 2011: Italy/Abroad 50,00 € - Italia/Estero 50,00 €

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