Per iniziare, vorremmo qui sottolineare che quanto presenteremo è un sistema che ha già superato la “valle della morte” della R&S – nella quale si sono arenati molti dei circa 60 diversi tentativi di sviluppo del prodotto – e dunque che è stato industrializzato e provato in impianti industriali operativi.

Sulla “storia” dello sviluppo e dei risultati oggi ottenuti rimandiamo il lettore al riquadro pubblicato di seguito. In quest’ambito focalizziamo l’attenzione sul prodotto, brevettato, che abbiamo denominato Dollcoat GP 107, e un cenno ai risultati già oggi ottenuti con l’ormai noto Dollcoat RS 103, da cui deriva la “matrice” del primo.

A partire dalle pregresse esperienze fatte da DN Chemicals con il grafene – un monolayer fatto di atomi di carbonio a struttura d’ape, materiale interessantissimo con proprietà decisamente idonee anche a questo scopo, che tuttavia mostra problemi in termini di costi, manipolazione, compatibilità con l’”ambiente”(o matrice) in cui si vuole utilizzarlo e provarlo – abbiamo deciso di cambiare strategia e partire dalla grafite, materiale che tutti conosciamo fin da bambini, già che si trova nelle matite.

Dunque, una grafite, ma quale grafite? Una grafite opportunamente selezionata all’interno di un catalogo sterminato di materiali, che potesse essere esfoliabile, che avesse certe caratteristiche di cristallinità, di grado di amorfo e così via. Abbiamo iniziato a selezionare delle “nano graffiti” che, sottoposte a un processo di liquid phase exfoliation – utilizzando dei miscelatori ad elevato sforzo di taglio – sono in grado di aprirsi e di permettere di accedere a quelle proprietà che un materiale esfoliato presenta rispetto al materiale originale non esfoliato. Siccome questi materiali tendono a riaggregare, il lavoro di ricerca e sviluppo sul quale ci siamo concentrati ci ha permesso di trovare la giusta combinazione, in termini di chimica, affinché una volta terminato il processo di esfoliazione meccanica il materiale rimanesse omogeneamente disperso nel solvente – in questo caso, l’acqua – e, soprattutto, potesse combinare perfettamente con la matrice in cui doveva essere ospitato (fig. 1).
Eni sostanzialmente ha sviluppato una few layer graphite liquid dispersion (da cui la sigla FLG-LD) che, insieme alla matrice sviluppata da DN Chemicals ha generato un prodotto finale, denominato Dollcoat GP107 la cui caratterizzazione presentiamo di seguito.
Tenete conto che questa equazione (fig. 2) apparentemente banale racchiude qualcosa come 3-4 anni di lavoro, per circa 60 differenti tentativi di raggiungere il risultato finale. L’alchimia che si è generata tra i due team di ricerca ci ha permesso di non mollare: la maggior parte delle 60 soluzioni sono state, per la maggior parte, storie di insuccesso, ma il segreto è proprio lì, non mollare, riprendere ad andare avanti ostinatamente, fino a quando non si “trovano le quadre”.

Nella figura 2 sono sintetizzati i vantaggi dell’uso di questa dispersione: l’immagine al microscopio ben rappresenta la potenzialità di questa tecnologia: “spacchettiamo” la grafite originale in tanti layers che si dispongono generando una barriera che (ne diamo un’immagine grafica nel riquadro alla destra di quella al microscopio) spiega bene perché impedisce ad acqua e ossigeno di arrivare alla superficie e generare i fenomeni corrosivi.
L’integrazione e industrializzazione del prodotto prima citato ha permesso di dare eccellenti risultati come pretrattamento per differenti cicli di rivestimento successivi, per esempio, cicli che contemplano la cataforesi. Più avanti entreremo nel dettaglio nelle esperienze industriali in corso.

La tecnologia FLG-LD in matrici polimeriche
I risultati delle prime applicazioni industriali ci hanno convinto che la tecnologia sviluppata ha le potenzialità di una “piattaforma tecnologica” – che stiamo attualmente sottoponendo a test e prove s’industrializzazione – utile anche per altri interessanti contesti.

Un primo esempio è l’uso nello storage di CO2 (fig. 3). In quest’ambito Eni è particolarmente presente con le sue tecnologie, con la sua storia, con il suo know-how. Ebbene c’è una parte particolarmente critica nei sistemi CCS (Carbon Capture and Storage). l’ultimo pezzo in cui dalla pipeline si passa all’immissione nel pozzo. Questo pezzo è tradizionalmente d’acciaio inox, se ne possono intuire costi e difficoltà nel maneggiare un materiale del genere. Un’idea che stiamo validando è quella di ricorrere a materiali meno pregiati, rivestiti con questa tecnologia sinergica Eni e DN Chemicals. Rispetto alla verniciatura industriale, cambia completamente il contesto, l’ambiente è caratterizzato da temperature e pressioni completamente diverse però questa è una sfida che siamo approcciando, vediamo dove ci porta.
Un secondo esempio è quello della normativa dell’acqua potabile (drinking water): da quest’anno cambiano i processi tradizionali di enamelling (smalto vetrificato, fig. 4), per tutti i prodotti a contatto con l’acqua per uso umano è bandito l’uso degli elementi metallici riportati in figura.
Dal momento che nel nostro caso il substrato è totalmente privo di metalli, l’idea è quella di offrire un rivestimento a base di grafite esfogliata per l’interno di tutte queste parti che entrano in contatto con l’acqua, in combinazione con gli smalti conformi alla nuova normativa. Abbiamo già un’applicazione industriale per serbatoi d’acqua sanitaria riscaldata con sistema solare termico, dove la lega inox normalmente utilizzata (316) è stata sostituita da una lega non appartenente alla serie 300 (molto più economica), trattata con i nostri prodotti con risultati sostanzialmente analoghi.
Situazione attuale
Il nuovo prodotto di conversione sviluppato con la tecnologia menzionata (Dollcoat 107) è un’evoluzione importante, e in qualche modo ne andrà a cannibalizzare l’uso, del Dollcoat 103 (si veda quanto pubblicato in Verniciatura Industriale 686/2025). È un’evoluzione molto importante in termini prestazionali.
Le caratteristiche generali sono le stesse (fig. 5), ma in questo caso l’obbiettivo che ci siamo posti è il raggiungimento di risultati di resistenza fino a una classe di corrosione C5H utilizzando un ciclo a polvere (poliestere) con spessore compreso tra 80 e 120 µm.
I processi in cui viene utilizzato sono i processi tradizionali (fig. 6), naturalmente per arrivare alle massime resistenze sono necessarie tutte le fasi riportate in figura (per fare un esempio, non si può utilizzare un alcalino e passare direttamente all’applicazione della finitura).
Si intende, tuttavia, la modularità e la progressione dell’approccio: siamo partiti da un prodotto che riteniamo ormai “vecchio” – per quanto è ancora utilizzato – come il Dollcoat SA 118, siamo passati al Dollcoat 103 e ci sono già aziende che hanno iniziato a usare il Dollcoat GP 107. Vediamo con che incremento nelle prestazioni ottenute.

Per inciso, molti dati qui presentati sono stati caratterizzati tramite tecniche elettrochimiche, in particolare il metodo Acet (ISO 17463), che usiamo regolarmente nel laboratorio DN Chemical, dotato di 6 celle e con la possibilità di fare 6 esperimenti contemporaneamente (figg. 7 e 8). Il metodo Acet permette di identificare in 24 ore gli eventuali difetti e discriminarli per mancanze del pretrattamento o delle vernici. In alcuni casi le prestazioni attese sono inficiate da una qualità non adeguata delle vernici, abbiamo constatato che possono esserci differenze molto importanti anche solo cambiando il lotto di vernice utilizzato (un fenomeno diremmo piuttosto preoccupante!).

Risultati
Focalizziamo l’attenzione sul valore di RP (fig. 9): la resistenza dalla polarizzazione possiamo considerarla, per così dire, la “forza” del pretrattamento. Come riferimento, si tenga conto che una normale fosfatazione amorfa si attesta intorno ai 150 Ω (ohm).
Nella figura vediamo i risultati su 3 materiali diversi: acciaio laminato a freddo (CRS), acciaio zincato (HDC) e alluminio, in questo caso una lega 3105.

Tenendo conto del valore della fosfatazione amorfa normale menzionato, su acciaio laminato a freddo vediamo un incremento molto significativo di RP con la “vecchia” tecnologia (350 Ω), enorme con il Dollcoat 103 (2000 Ω), di scala superiore con il Dollcoat 107 (7000 Ω).

Su zincato la progressione è più o meno analoga.

Su alluminio la progressione è impressionante: passiamo da circa 3000 Ω ai 40.000 Ω con Dollcoat 103 e, con il nuovo Dollcoat 107, siamo nell’ordine dei 67000 Ω, usando una concentrazione di prodotto dell’ordine del 2%.

Anticipiamo che abbiamo ottenuto valori ancora più alti su applicazioni coil, dove abbiamo misurato 1 milione di Ω .

Se tali valori si confrontano con quelli ottenuti con la tecnologia attuale, siamo positivi sulla possibilità di raggiungere gli obbiettivi ambiziosi prima descritti. Vediamo qui due esempi degli ottimi risultati già ottenuti con la tecnologia attuale (Dollcoat 103).
Nel campo dell’elettrodomestico (fig. 10), dove abbiamo un’esperienza pluriennale (4 anni), abbiamo ottenuto resistenze di buon livello – fino a una classe di corrosione C3H – anche con processi semplici, utilizzando unicamente uno sgrassaggio alcalino seguito poi dall’applicazione del Dollcoat 103.
Questo caso, confrontato con il sistema che abbiamo sostituito, rappresenta già un vero e proprio “salto” qualitativo, come si può vedere nella fig. 11. Il processo sostituito non aggiungeva molto a una semplice fosfatazione (rimaneva nell’ordine dei 150 Ω), con un processo semplice alcalino + Dollcoat 103 si arriva intorno ai 500 Ω (acciaio elettrozincato).
Le curve, poi, fanno vedere che il Dollcoat 103 sostanzialmente non si ha degradazione del coating (tra 0,87 e 1%), al contrario con una fosfatazione seguita da una passivazione semplice il degrado c’è ed è molto evidente (24%).

Su quadri elettrici (figg. 12 e 13) siamo arrivati a una classe di corrosione C3H in una produzione di tipo industriale da circa due anni, usando solo ed esclusivamente una mano di polvere poliestere. In questo caso utilizziamo un modulo di nebulizzazione per l’applicazione del Dollcoat 103. In fase di industrializzazione, le analisi con metodo Acet hanno consigliato di modificare il ciclo, introducendo una vernice diversa, poiché la precedente mostrava un degrado elevato. Nell’occasione è stata introdotta anche una novità estetica (da un bucciato tradizionale e un metallizzato).
Le prove che abbiamo condotto hanno permesso di individuare la causa principale delle prestazioni ritenute non soddisfacenti, la porosità della vernice precedentemente applicata (water uptake. Quando si arriva a un valore di 0,11% la protezione è problematica, qui si arrivava allo 0,22%).

Per cicli che includono una fase di deposizione cataforetica (fig. 14) – su macchine movimento terra e barriere fotoassorbenti (i nostri processi sono stati omologati e integrati nelle specifiche Rfi e ASPI) – partiamo da una situazione già interessante, basata su Dollcoat 103, e stiamo effettuando la procedura necessaria per omologare il nuovo Dollcoat GP 107.
Nella fig. 15 sono rappresentati dati che pensiamo siano interessanti e che dovrebbero sempre costituire un metodo di valutazione industriale: le prove sono effettuate su campioni ottenuti sull’impianto di produzione, utilizzando sia metodi tradizionali sia elettrochimici, in modo da poter fare delle valutazioni complessive sul ciclo protettivo.
Precisiamo che il processo che proponiamo non è un sostitutivo della cataforesi – applichiamo spessori da ½ µm contro i 18-20 µm di una cataforesi – però è interessante vedere come su pannelli veri, gli oggetti veri, valutati in nebbia salina dal fornitore di vernici, dopo 504 h sostanzialmente tra i pannelli 1, 2, 3, 4 (cataforesi più polvere) e gli altri (solo polvere) non c’è differenza, la penetrazione media è 0,5-0,6 mm.
Ovviamente a 720 h la cataforesi si farà sentire in qualche modo, ma il delta non è così enorme.

Torniamo alla nostre esperienza con le prove elettrochimiche (fig. 16). Anche in questo caso i dati hanno rivelato problemi importanti con le vernici applicate: Con il primo lotto provato del “vecchio” smalto (quello usato precedentemente dal cliente) abbiamo misurato un degrado del 65% con un water uptake dell’1,80: un disastro totale. Cambiando lotto si è passati dal 65% al 6,5%, che non è un dato per cui vantarsi, però è sicuramente molto meglio, il test è stato superato cambiando unicamente la vernice. È però preoccupante, ancora una volta vogliamo sottolinearlo, che si tratta di lotto 1 e lotto 2 della stessa vernice…
Infine, in fig. 17 si vedono i risultati di 1.500 ore di nebbia salina sulle barriere fonoassorbenti, a destra e a sinistra in 304, utilizzando il ciclo visto prima, in questo caso utilizzando il Dollcoat 103.

Vediamo, infine, i primi risultati ottenuti nel coil coating (fig. 18) con applicazione sia mediante teste di verniciatura sia chem coater (su altra linea di coil “verticale” abbiamo già effettuato l’applicazione per aspersione, con velocità tre i 80-90 m/min) e ne stiamo valutando i risultati). Tenuto conto che in un ciclo coil coating alluminio che utilizza sistemi tradizionali a base di cromo trivalente i valori di RP sono compresi tra i 1500 e i 2000 Ω, si può vedere la differenza utilizzando il Dollcoat 103 (applicato con chem-coater), che mostra valori compresi tra i 5000 e i 10.000 Ω (dipende dal tipo di impianto) e il nuovo Dollcoat GP 107, per il quale abbiamo misurato un valore di RP di 1 milione di Ω (fig. 18).

Che cosa significa in pratica. Vediamo un caso reale: possiamo, per esempio, valutare le resistenze alla nebbia salina acetica, senza uso di primer, nel caso concreto della produzione di tapparelle per navi (il nostro cliente ne fabbrica 60 mila t/anno): nella fig. 19 i risultati dopo 1500 h.
Inoltre, la superficie risulta già pronta per l’applicazione del poliuretano sul retro, senza la necessità d’applicazione del back, una specie di vernice che, invece, viene tradizionalmente applicata per favorire, appunto, l’adesione del poliuretano. Solo l’eliminazione di questa fase (e sua essiccazione) permette al nostro cliente un risparmio quantificabile in centinaia di migliaia di euro/anno.

Per finire, siamo in fase avanzata di omologazione anche per l’applicazione del nuovo Dollcoat 107 in cicli per alte temperature (camini e stufe, marmitte moto, per esempio, dove abbiamo già registrato importanti risultati con il Dollcoat 103, fig. 20) e su tappi per serbatoi moto (anche in questo caso in sostituzione di processi basati su cromo trivalente), dove i risultati sono perfettamente comparabili.

Conclusioni
FLG-LD è, sostanzialmente un additivo (fig. 21), che è stato sviluppato per ottenere speciali rivestimenti. Nel caso visto in questo articolo è stato messo a punto su misura per una matrice (un “ambiente”) sviluppata da DN Chemicals, per ottenere un passivante di chiusura delle fasi di pretrattamento di vari tipi di metalli, ferrosi e non ferrosi, ad altissime prestazioni.
FLG-DL apporta un contributo alla matrice formulata da DN Chemical, sviluppando sinergicamente le sue proprietà anticorrosive.
È un additivo ottenibile in processi scalabili: siamo partiti dalla produzione di 1 kg e in breve tempo abbiamo aumentato la capacità produttiva a 100 kg/batch. Questo significa che entrambe le aziende avevano fin dalle origini del progetto l’idea di arrivare sul mercato in tempi stretti.
È un additivo che ha dimostrato di poter funzionare come “piattaforma tecnologica”, come sopra ricordato, e dunque stiamo valutando diverse possibilità d’integrazione in matrici diverse per risolvere casi specifici, diversi da quelli qui presentati, in primis quelli relativi alle attività di Eni, ma aperti a nuove suggestioni e suggerimenti.

Dal punto di vista di DN Chemical, si tratta di un ulteriore salto tecnologico, capace di migliorare sensibilmente resistenza alla corrosione e durabilità dei cicli di rivestimento, a fronte di semplificazione e flessibilità d’uso, per essere adottata in ogni campo manifatturiero dove le destinazioni d’uso del prodotto finito sono severe e molto severe.