Maria Rosa Spini

A tutti coloro che operano nel campo della verniciatura sarà capitato di avere a che fare con problemi di scarsa aderenza vernice e di arrovellarsi per comprenderne le cause. In questo intervento approfondiamo cosa succede nel caso della perdita di adesione su supporti polimerici (termoplastici)

In generale, alcune potenziali ragioni della mancanza o perdita dell’adesione possono essere la preparazione inadeguata, il substrato contaminato, la tensione superficiale non corretta, l’uso di un prodotto verniciante non idoneo, una vernice bicomponente non miscelata nelle giuste proporzioni, la migrazione di additivi dal substrato, l’applicazione in condizioni climatiche ed ambientali non idonee, la presenza nell’ambiente di contaminanti siliconici volatili, e così¡ via. Ognuno di questi aspetti richiede opportune valutazioni tecniche ed eventuali test mirati.
Poiché il problema è serio e bloccante, è necessario trovare prima possibile le cause e porvi rimedio.
In genere questi problemi, se presenti, si manifestano entro breve tempo dalla reticolazione della vernice. Ma può accadere che un manufatto verniciato superi tutti i test di collaudo previsti a capitolato, anche i più severi, e poi a distanza di settimane o mesi la vernice perda adesione?
In questo articolo ci concentreremo su questi problemi di aderenza nel caso di coating applicati su materiale termoplastico: iniziamo pertanto a parlare in generale di questi materiali e della loro verniciatura.
Come noto, i materiali termoplastici sono macromolecole di natura organica, di cui esistono molte famiglie, ciascuna con caratteristiche diverse. Innanzitutto, ci sono materiali (semi)cristallini, come PE o PET, ed amorfi, le cui catene sono disordinate. Tra questi citiamo ad esempio ABS, PC, PVC.
È bene che il ciclo di verniciatura e di essiccazione di ogni famiglia di materiali termoplastici sia definito in base al materiale stesso. Per fare qualche esempio pratico, il polipropilene ha una bassa energia superficiale e richiede quindi una specifica preparazione alla verniciatura, il policarbonato è invece sensibile alla presenza di solventi, che possono provocare cricche, mentre l’ABS è sensibile alle elevate temperature, per cui in fase di reticolazione non deve essere posto in forni troppo caldi né tantomeno sottoposto a tensioni sui telai di verniciatura.
Prima di iniziare un’attività di verniciatura è pertanto indispensabile identificare il tipo di plastica, se non già nota, ad esempio mediante analisi di laboratorio FT IR unita a DSC.

PROVE DI LABORATORIO SU MANUFATTI IN PLASTICA

Abbiamo parlato di analisi di laboratorio per identificare la plastica che si vuole verniciare. È opportuno accennare qui anche alle tipologie di prove di laboratorio cui il prodotto verniciato può essere sottoposto.
Innanzitutto, per determinare la conformità finale di un componente verniciato è necessario considerare nel complesso i risultati di diversi test, che permettono di valutare sia parametri estetici che funzionali.
Nello specifico, per valutare l’adesione di una vernice, il test può essere condotto in più modi, come ad esempio pull off test o cross cut test.
In aggiunta, il prodotto può essere sottoposto a prove di resistenza all’abrasione, ai graffi, a prodotti di contatto, alla luce, agli agenti atmosferici, agli shock termici e così via [una guida completa e ragionata sulle differenti prove di laboratorio a disposizione dei tecnici addetti si trova in www.coatinglab.it].

COME PREVENIRE PROBLEMI DI ADERENZA VERNICE

La preparazione delle superfici dei pezzi è una fase fondamentale per garantire buona aderenza: i materiali plastici tendono ad accumulare sporco, grasso e residui di stampaggio, che impediscono una buona adesione della vernice. Esistono diversi metodi di pretrattamento: dal lavaggio, che agisce chimicamente, alla preparazione meccanica, che aumenti la rugosità superficiale del materiale. È poi fondamentale scegliere i prodotti vernicianti adeguati in base al tipo di substrato. È infine buona prassi applicare primer specifici per materiali plastici prima di procedere con le successive mani di vernice.

PERDITA DI ADERENZA A DISTANZA DI TEMPO

Abbiamo visto come è consigliabile preparare un componente in plastica da verniciare, nonché a quante di prove di laboratorio può essere sottoposto per poterne dichiarare la conformità. Tra queste, la verifica di un’adeguata adesione della vernice a fine polimerizzazione è fondamentale.
Una volta che il pezzo sia stato installato e in esercizio può capitare che vi sia una perdita di aderenza della vernice quando essa è esposta ad usura severa o a condizioni climatiche estreme.
Ma può anche accadere che un manufatto in plastica verniciata, dopo aver superato tutti i test di laboratorio sopra descritti, possa perdere aderenza anche senza essere stato sottoposto a condizioni percepite come usuranti o di stress.
Sono infatti note e documentate in bibliografia anche perdite di adesione con cinetica estremamente lunga, tale per cui il fenomeno può non essere rilevabile in fase di controllo, anche rinforzato. Ovviamente, una volta che il coating di vernice non aderisce più al substrato, la maggior parte delle altre prestazioni si vanno a perdere. Quindi questo problema causa un effetto a cascata.
Innanzitutto, per capire il fenomeno bisogna tener presente che un prodotto verniciato potrebbe essere sottoposto a condizioni gravose anche “nascoste”. Basti pensare ad un componente che deve viaggiare via nave per settimane o mesi, sottoposto quindi a variazioni di temperatura e umidità notevoli, nonché a sea spray, prima ancora di giungere a destinazione.
Se non sono stati commessi errori nelle fasi di scelta del ciclo di verniciatura né in quelle di preparazione-applicazione-essiccazione della vernice e se non ci sono stati problemi di migrazione di additivi dal substrato, le cause della perdita di aderenza nel tempo possono essere ricercate in tensionamenti interni, talmente forti da vincere la forza di adesione tra vernice e substrato, causando così il distacco del rivestimento. L’energia di deformazione interna di un rivestimento dipende da molteplici parametri; se il film non è stato esposto a variazioni di umidità, il problema va ricercato in forze di tensione derivanti dalla fase di evaporazione del solvente e conseguente formazione del film su un substrato rigido. Se invece il fenomeno si manifesta dopo esposizione a temperature e/o umidità elevate, potrebbe trattarsi di tensionamenti di tipo compressivo.

CONCLUSIONI

L’aderenza della vernice è un parametro allo stesso tempo fondamentale e critico.
Una vernice applicata su plastica può non avere aderenza al substrato già al termine del processo di essiccazione per una vasta serie di motivazioni, ma l’aderenza può anche essere persa nel tempo, a causa di esposizione in condizioni estremamente usuranti o in taluni casi anche senza apparenti ragioni. In questo caso sono necessari approfondimenti complessi, che prendano in considerazione anche fenomeni quali lo stress interno del film, che spesso viene sottovalutato o ignorato.
È bene, pertanto, che un componente verniciato sia sottoposto a una serie completa di verifiche di laboratorio da parte di tecnici formati adeguatamente, che siano in grado di valutare e simulare tutte le potenziali condizioni di stress cui il prodotto viene esposto in ogni sua fase del ciclo di vita. Se un laboratorio è sprovvisto di tale know how, è suggeribile avvalersi del supporto di figure esterne competenti, che possano creare metodi ad hoc per replicare in laboratorio i fenomeni descritti.