Resine in polvere per vernici (powder coating)

Le resine in polvere sono materiali solidi a base di resine utilizzate per realizzare rivestimenti in polvere (powder coatings), in sostanza vernici in polvere che, rispetto alle tradizionali vernici, hanno un contenuto in solventi organici (VOC) tendente a zero.

Il consumo mondiale di rivestimenti a base di resine in polvere nel 2020 è stato di 2,9 milioni di tonnellate, con un tasso di crescita del 5% medio annuo nell’arco dell’ultimo decennio, con un rallentamento nel corso degli anni più recenti in relazione alla ben nota congiuntura economica negativa. Il dato fa riferimento alla miscela totale di polimero + cariche, pigmenti e additivi vari.

La tecnica di produzione delle vernici in polvere consiste sostanzialmente delle seguenti fasi:

• fusione delle resine allo stato solido; le resine fungono da legante;
• miscelazione a caldo con pigmenti e cariche;
• successivo raffreddamento della massa così ottenuta;
• riduzione in scaglie della fase solida;
• micronizzazione delle scaglie a dare particelle di piccolissime dimensioni con formazione di polvere molto sottile.

Tipologie di resine in polvere

Le tipologie di resine usate comprendono sia resine termoplastiche che termoindurenti.

• Tra le termoplastiche figurano: PVC, nylon, ed altre (copolimeri etilene – acido acrilico, polietilene, polipropilene, fluoropolimeri, poliesteri termoplastici). Si usano anche altre tipologie di polimeri termoplastici specialty, ma per applicazioni molto limitate e di nicchia, laddove siano richieste particolari prestazioni, in termini di resistenza agli agenti chimici o ad elevate temperature: es. E-CTFE (etilene-cloro-tri-fluoroetilene), PVF (fluoruro di polivinilidene), PPS (polifenilensolfuro).
• Tra le termoindurenti figurano: resine epossidiche, poliestere, fenoliche, ibridi epossidico – poliestere, poliuretano, resine acriliche e siliconiche. Un classico esempio di vernici in polvere è il TGIC poliester (poliestere sottoposto a trattamento di curing con triglicidil isocianurato).

La differenza fondamentale tra resine termoplastiche e resine termoindurenti nelle vernici in polvere è la seguente: le vernici a base di resine termoplastiche in polvere hanno prestazioni che non è possibile ottenere con le resine termoindurenti: le termoplastiche offrono miglior resistenza ai raggi UV, miglior resistenza all’impatto, elevata viscosità, scorrevolezza e adesività del rivestimento alla superficie metallica, maggior possibilità di elongazione del rivestimento, in sintesi una maggior flessibilità.

Per la loro stessa natura le resine termoplastiche non hanno bisogno di un processo di curing o di crosslinking; l’unica cosa di cui necessitano le polveri termoplastiche è di un’adeguata somministrazione di calore e del tempo necessario per fondere le polveri a dare un film continuo e non rigido. Le tradizionali polveri termoindurenti, che a tutt’oggi restano comunque ancora le più usate, hanno catene molecolari relativamente corte, e pertanto necessitano di un trattamento di crosslinking, che unisce insieme in una matrice le varie catene di molecole. In sintesi, quindi, la vera sostanziale differenza tra resine termoplastiche e resine termoindurenti nell’utilizzo come vernici in polvere sta proprio nella differente lunghezza delle catene molecolari: più lunghe quelle delle termoplastiche, più corte quelle delle termoindurenti, che, pertanto, richiedono un trattamento di crosslinking.

L’uso di resine termoplastiche nei rivestimenti in polvere comporta un diverso modo di concepire il rivestimento: un film più spesso, più flessibile e duttile; un film ottenuto con resine termoindurenti può essere dell’ordine di 3,5 mm, mentre un film ottenuto con resine termoplastiche può essere mediamente di 8 mm, ma può arrivare anche a 100 mm e oltre, quando entrano in gioco polietilene, polipropilene, PVC, o nylon. Quando si usano queste resine si deve pensare in termini di resistenza alla barriera, resistenza alla trazione, elongazione percentuale.

Per quanto riguarda le tipologie di resine usate, le resine epossidiche sono quelle più comunemente utilizzate, anche se rispetto a 40 anni fa il loro peso sui consumi totali si è più che dimezzato: quelle che maggiormente sono cresciute sono le resine termoplastiche, che 40 anni fa rappresentavano solo l’1 – 2% dei consumi totali.

Le applicazioni delle resine in polvere

I rivestimenti con resine in polvere (powder coatings) vengono attualmente usati soprattutto per il rivestimento di superfici metalliche, ma vanno crescendo le applicazioni anche su superfici in altri materiali.

I settori di applicazione delle vernici in polvere sono molto vari:

• industria automobilistica: finiture decorative e rivestimento di parti interne ed sterne di autoveicoli, cerchioni auto, filtri olio, blocchi motore, alloggiamento motore, alloggiamento di freni, valvole, ammortizzatori, componenti sotto-cofano, alloggiamento specchietti, coprimozzo, radiatori, paraurti, maniglie, alloggiamento batterie, molle elicoidali, ecc. Il settore automotive rappresenta attualmente il settore di applicazione di maggiori dimensioni (vedi tabella 2), ed è probabilmente il settore che negli anni ha registrato il tasso di crescita più elevato. In particolare si sono affermate le applicazioni ove sia richiesto un livello di protezione molto elevata ed una buona finitura decorativa;
• industria degli elettrodomestici e articoli casalinghi: parti di lavatrici, condizionatori, griglie per lavastoviglie, scaldabagni, refrigeratori, cavità di forni a microonde, ecc;
• altra componentistica elettronica: i produttori di componentistica elettronica usano spesso rivestimenti elettro-conduttori ed elettro-dissipatori che garantiscono la protezione da cariche elettrostatiche in fase di produzione, test, e trasporto di tali componenti; inoltre la resistenza e la durabilità del rivestimento con vernici in polvere sono particolarmente apprezzate in trasformatori ed avvolgimento di motori;
• attrezzature ed articoli per esterni: attrezzature per prato e giardino, tosaerba, tavolini, sedie e mobiletti per giardino, dondoli, articoli per il giardinaggio in genere, grill per barbeque, gabbiette per uccelli e animali domestici, ecc;
• articoli per lo sport, il tempo libero e per il movimento in genere: mazze e carrelli da golf, bastoncini da sci ed attacchi, componenti per motoslitte, articoli da ricreazione in genere, componentistica per biciclette, ecc;
• edilizia, costruzioni e grandi lavori: facciate di edifici, infissi, sedili per stadi, pali per la luce, guard rails, segnaletica stradale, schermature, strati di protezione per esterni ed altri articoli per edilizia esposti ai raggi UV;
• arredamento: articoli vari per arredamento, quali maniglie di porte, cerniere, ringhiere decorative, ecc;
• rivestimento di superfici non metalliche: se inizialmente i rivestimenti con polveri di plastica venivano effettuati solo su superfici metalliche, in seguito, grazie allo sviluppo di polveri che possono essere applicate e trattate con trattamenti di curing con radiazioni (siano esse radiazioni UV o fasci di elettroni) a basse temperature, si è aperto anche un mercato per superfici in materiali diversi dai metalli, quali superfici di plastica, legno, pannelli in fibra di media densità, e anche vetro.