I prodotti vernicianti e i sistemi tintometrici. Slide del corso di formazione tenuto il 18/11/2016 presso l'Ordine Interprovinciale dei Chimici del Veneto.

1. 18 novembre 2016
I prodotti vernicianti e i
sistemi tintometrici
Dr. Filippo Busolo

3. Outline
• Prodotti vernicianti
• Paste coloranti
• Sistemi tintometrici

4. Prodotti Vernicianti

5. Prodotti Vernicianti
Un prodotto verniciante è un materiale che viene applicato come
liquido e, attraverso processi chimici allo stato solido, secca.
Scopo di un prodotto verniciante:
 Decorazione
 Protezione
 Sanificazione
 Estetica

6. Composizione di un prodotto verniciante
Componente Funzione
Legante Adesione, protezione
Solvente Consente l’applicazione
Pigmenti Colore, riempimento, effetto funzionale (barriera,
decorativo, ecc.), coprenza
Cariche Riempitivo, opacizzante, coprenza
Additivi Bagnabilità, antischiuma, biocida, modificatore
reologico, disperdente, ecc.

7. Leganti
 E’ un sistema polimerico in soluzione o in emulsione
 Lega il sistema di pigmenti alla superficie di applicazione
 Garantisce resistenza all’acqua, agli agenti chimici e
all’abrasione
 Contribuisce a conferire le proprietà finali di un prodotto
verniciante

8. Leganti
 A base di leganti in emulsione acquosa (pitture acriliche, viniliche, ecc.)
 A base di leganti in soluzione (vernici oleose, pitture poliuretaniche,
epossidiche, ecc.)
 Rivestimenti plastici (plaster, bucciati, damascati, ecc.)
 Granulati naturali (rasati)
 A base calce (stucchi, marmorino, ecc.)

9. Pigmenti
 Conferiscono colore e rendono opaco il film in modo da rendere non visibile il
substrato.
 Contribuiscono alla durezza
 Contribuiscono alla resistenza ad abrasione
 Aumentano resistenza a corrosione
 Aumentano resistenza ai raggi UV

10. Cariche

11. Additivi
 Bagnanti
 Disperdenti
 Coalescenti
 Essiccativi
 Catalizzatori
 Agenti antipelle
 Regolatori di pH
 Additivi reologici
 Conservanti
 Agenti antischiuma

12. Starting point formulation

13. Coalescenza
Texanolo

14. PVC
La concentrazione di pigmento in volume (PVC), si definisce come la
frazione volumetrica di pigmento rispetto al volume totale del film di
pittura.
VP è il volume del sistema di pigmenti (pigmenti e filler)
VR è il volume della resina o legante.

15. PVC
Componente Massa
(g)
Densità
(g/ml)
Volume corrispondente
(Massa/Densità) (ml)
Biossido di titanio 12 4 3
Filler 40 2,5 16
Emulsione polimerica
(50%) 12 1 6
PVC = (3+16)/(3+16+6) = (19/25)*100 = 76%

16. CPVC
CPVC (Critical Pigment Volume Concentration) è il punto
in cui è presente la giusta quantità di legante capace di
bagnare tutte le particelle di pigmento e riempire tutti
gli interspazi esistenti tra di esse.
In altre parole, rappresenta quella circostanza in cui,
siamo in presenza di un ricoprimento esente da spazi
vuoti.

17. PVC < CPVC
 Elevato contenuto di legante
 Bassa permeabilità al vapore acqueo
Pigmenti e fillers
Emulsione polimerica

18. PVC = CPVC
 Elevata tensione film
 Soluzione ottimale
Pigmenti e fillers
Emulsione polimerica

19. PVC > CPVC
 Elevato contenuto di pigmenti
 Superficie opaca
 Elevata porosità
 Elevata permeabilità al vapore acquo
Pigmenti e fillers
Emulsione polimerica

20. Relazione tra Pigmenti/Filler e Legante vs PVC
AltoBasso
Contenuto di legante
Contenuto di Pigmenti/Filler
PVC
Alto
Alto
Basso
Basso

21. Influenza sulle proprietà del rivestimento
Alto
Basso
Gloss, resistenza all’abrasione
Permeabilità al vapore acqueo
PVC
Alto
Alto
Basso
Basso

22. PVC vs CPVC

23. Determinazione CPVC
• Metodo Gilsonite, si basa sulla capacità di sporcare il rivestimento con
un bitume naturale (gilsonite). Visibilmente il CPVC corrisponde al PVC
nel punto in cui la zona sporcata ha lo stesso colore della non sporcata.
• Tensione di film, si basa sulla tensione prodotta in un film di pittura
durante l’evaporazione del solvente. Il CPVC corrisponde al valore di
PVC la cui tensione è massima.
• Metodo analitico-teorico.

24. Determinazione CPVC
Tensione di film
Tensione filmDiminuisce Diminuisce

25. Modello teorico semplificato
OAI è l’indice di assorbimento d’olio del sistema di pigmenti (ISO 787-5)
𝜌 𝑃è la densità del sistema di pigmenti
0,935 è la densità dell’olio di lino

26. Assorbimento d’olio (OAI)
 OAI è definito come il volume di olio di lino necessario per formare una pasta con
100 grammi di pigmento o carica in esame (ISO 787-5).
 Questo parametro riflette l'effetto del composito pigmenti-resina rispetto a
diversi fattori.

27. Assorbimento d’olio (OAI)
Il valore di OAI sarà quindi influenzato da due fattori:
 La quantità d'olio richiesta per bagnare e ricoprire la particella pigmentaria
(dipendente dalla superficie specifica, PSD, idrofilicità e porosità);
 L’aggiunta d'olio per riempire gli interstizi (dipendente dall'Aspect Ratio).
Per una dato pigmento, l'assorbimento ad olio aumenta se:
 Si riduce la dimensione delle particelle (aumento dell'area superficiale);
 Aumenta l'Aspect Ratio (aumento degli interstizi);
 Si restringe la PSD (aumento degli interstizi).

28. Esempio di calcolo teorico
Pigmenti % OAI
Caolino calcinato 30.0 45
Talco 9.5 30
Calcio carbonato 43.0 19
Biossido di titanio 17.5 25
Totale 100.0
Pittura
OAI exp. 28.3
OAI the. 28.9
CPVC exp. 54.5
CPVC the. 52.4
E% OAI = 2,1 %
E% CPVC = 3,8 %

29. Uso del dato teorico in formulazione
Formulazione di una pittura alchidica.
CPVC teorico: 52,4 %
0,80 < Λ < 0,85
Λ < 1 sistemi non porosi
Λ > 1 sistemi poroso
42 % < PVC < 44,5 %

30. Difetti di superficie
Pinhole, dovuto ad un gradiente di
tensione superficiale
Flottazione, dovuto ad un gradiente di
composizione di pigmenti
Craterizzazione,
dovuto a bolle d’aria
Cracking,
diverse
possibilità
Flocculazione, dovuto ad
una non corretta
stabilizzazione dei pigmenti

31. Prodotti vernicianti: quali regolamenti si devono
rispettare?
REACH
CLP BIOCIDI
VOC
RESTRIZIONI
SDSECOLABEL
ADR

32. Paste Coloranti

33. Cos’è il colore?
• Per l’uomo della strada è la proprietà intrinseca degli
oggetti o delle luci
• Per il fisico è un aspetto dell’energia radiante
• Per il pittore è un mezzo per esprimere la propria
arte, il proprio messaggio
• Per lo psicologo è un fenomeno percettivo
• Per il fisiologo è una risposta del sistema nervoso

34. Coloranti
• I coloranti, si possono definire come soluzioni
concentrate di PIGMENTO
• I pigmenti possono essere:
• Organici
• Inorganici

35. Classificazione dei pigmenti

36. Mappa colore CIELab dei pigmenti

37. Coloranti Organici
• Eccellente brillantezza / saturazione colore
• Elevata concentrazione del pigmento e conseguente potere
colorante
• Spazio colore realizzabile notevolmente ampio
• Buona resistenza alla luce, anche se NON applicabili in esterno
• Potere coprente sufficiente
• Scarsa solidità agli agenti atmosferici

38. Coloranti Inorganici
• Ottima resistenza alla luce del sole
• Ottima solidità agli agenti atmosferici
• Ottimo potere coprente
• Ottima stabilità in ambienti alcalini e ambienti acidi
• Estrema stabilità nel tempo
• Spazio colore realizzabile, limitato

39. Solidità o resistenza alla luce
• La solidità alla luce indica la stabilità alle variazioni cromatiche nel
tono e nell’intensità, ovvero la resistenza opposta all’energia fornita
dalla luce.
• Viene determinata con l’ausilio di Xeno Test o UV Test, strumenti che
accelerano l’invecchiamento solare.

40. Solidità o resistenza alla luce
Performance sul degrado atmosferico di verde organico a tempo zero (a) e dopo sei
mesi di esposizione agli agenti (c), e del verde cromo inorganico a tempo zero (b) e
dopo sei mesi di esposizione agli agenti (d).

41. Solidità agli agenti atmosferici
• La solidità agli agenti atmosferici indica la resistenza alle intemperie,
al potere del prodotto applicato di resistere a pioggia, neve,
nebbia.
• I test vengono effettuati con l’ausilio di Nebbia Salina, con test
specifici per determinare l’idrofobicità, la permeabilità al vapore,
l’assorbimento di acqua.

42. Copertura o rapporto di contrasto
• La copertura è l’espressione numerica del potere «mascherante»
del prodotto applicato.
• Maggiore è la copertura minore sono le «mani» di prodotto da
dover applicare.

43. Paste pigmentate per sistemi acqua e universali
• Cost savings
• Riduzione della complessità
• Risparmio di Tempo
Miglioramento
del processo
• APEO-free
• VOC-free
• Emission-free
Amiche
dell'ambiente
• Compatibilità
(base acqua, base solvente)
• Resa del Colore
• Rub-out
Performance

44. Composizione generale dei coloranti a base acqua
Acqua
Pigmenti, cariche (10 – 65%)
Bagnanti (0 – 10%)
Disperdenti (1 – 10%)
Antischiuma < 1%
Reologici < 1%
Biocidi < 1%

45. Formulazione di partenza per sistemi all’acqua
Ingrediente P.Y. 42 P.B. 15:3
Acqua 14,5 31
PEG 15 15
Pigmento 58 35
Disperdente 6 10
Bagnante 6,2 8,5
Biocida 0,1 0,2
Antischiuma 0,2 0,3
Totale 100 100

46. Paste Coloranti

47. Controllo Qualità
• Densità
• Parametri colorimetrici (DL*. Da*, Db*, DE*)
• Viscosità
• Accettazione colore
• Grindometro

48. Paste coloranti gialle
P.Y.184 P.Y. 154 P.Y.74
P.Y.184
P.Y.154
P.Y.74

49. Paste coloranti nere
P.Bk.11 blend P.Bk 7
P.Bk. 11 – Ossido di Ferro (Fe3O4)
P.Bk. 7 – Carbon Black

50. Paste colorante: forza colorante e sviluppo colore
Produttore
A
Produttore
B
Produttore
A
Produttore
B
Il termine «sviluppo colore»
descrive il grado qualitativo
del colore e l’uniformità della
tinta di una pittura
pigmentata.

51. Color Acceptance
La totale compatibilità tra i componenti principali è un requisito
fondamentale per creare la tinta desiderata e riprodurre quella stessa
tinta durante la realizzazione di ogni formulazione.
Fra le principali cause dello scarso sviluppo colore vi è la scarsa
compatibilità fra colorante e pittura, da cui deriva la separazione del
pigmento e la sua flocculazione durante il processo filmogeno e di
miscelazione.

52. Color Acceptance
• Deriva dei colori (immediatamente dopo il tinteggio e dopo lo stoccaggio della
vernice)
• Flottazione dipendenti dalle forze di taglio applicate (p.es. durante la
miscelazione, applicazione).
Causate da
• Incompatibilità tra pasta e converter
• Insufficiente stabilizzazione del pigmento colorato o del pigmento bianco nel
converter
• Flocculazione del pigmento colorato e/o del pigmento bianco nel converter.
Area strofinata
Area integra
Test di Rub-Out

53. Celle di Bénard
Separazione orizzontatale
dei pigmenti

54. Diagramma di Energia – Teoria DLVO

55. Meccanismo di flocculazione
Polifosfato
Tensioattivo
Resina

56. Meccanismo di flocculazione
Additivo disperdente
Polifosfato
Tensioattivo
Resina

57. Dispersione dei pigmenti e flocculazione

58. Caso Studio: Additivo 4025
Caratteristiche Chimico-fisiche
Struttura chimica Additivo polimerico ad alto peso molecolare
Contenuto attivo 100%
Densità (20°C) 1,00 g/ml
Viscosità: 12000-15000 mPa.s
Solvente NO-VOC
pH (all’origine) 5,0
Uso Universale

59. Miglioramento della Color Acceptance
Senza
Additivo 4025
Con
Additivo 4025

60. Miglioramento della Color Acceptance

61. Smalto al solvente
Control
dE = 36.27
0.3% Additivo 4025
dE = 9.86
0.7% Additivo 4025
dE = 0.68
Area
Strofinata
Areanon
Strofinata

62. Protocollo di analisi

63. Paste coloranti a base di pigmenti IR riflettenti
Il 45% dell’energia solare totale è infrarossa (IR).
Total Solar Reflectance (TSR), misura la capacità di una superficie di riflettere la radiazione solare.
Viene tipicamente espressa come percentuale.
Il surriscaldamento esterno degli edifici è
causato dall’esposizione alle
radiazioni IR.
Le paste coloranti a base di pigmenti IR
riflettenti (ES) sono in grado di
riflettere la componente IR
diminuendo la temperatura esterna.

64. Total Solar Reflectance (TSR)
Misura: spettrofotometro UV-VIS/NIR

65. Total Solar Reflectance (TSR)
Curva di riflettanza da 280 a 2500 nm
Determinazione del valore di TSR

66. Paste coloranti IR riflettenti (ES)
Light fastness
Weathering
fastness
Chemical
resistance
Colour Index
Full shade
(min 1 max 8)
Full shade
(min 1 max 5)
Alkali
(min 1 max 5)
PBr 29 8 5 5
PB 28 8 5 5
PG 50 8 5 5
PV 23 8 5 5
PY 53 8 5 5
PBr 24 8 5 5

67. Cartella colori
87 tinte in grado di riflettere la radiazione IR

68. P.Br. 29
Performance: +25,83%
TSR black ES: 30.02%
TSR black ox: 4.19%

69. P.B. 28
Performance: +18.71%TSR blue ES: 46.78%
TSR blue CO: 28.07%

70. NCS S 2570-Y90R
Performance: +24,11%
TSR black ES: 66,55%
TSR black ox: 42,4%

71. Test su rivestimento al quarzo
Performance: -17°C

72. Test su rivestimento al plaster a cappotto
Performance: -15°C

73. Sistemi Tintometrici

74. Sistemi Tintometrici
Il concetto base di un sistema tintometrico è che la tonalità cromatica
selezionata può essere formulata aggiungendo i coloranti nel barattolo
con una pittura base predefinita in condizioni date e secondo rapporti
prestabiliti, in base alla formulazione specifica.

75. Sistemi Tintometrici
1985 – 1992 Le preoccupazioni ambientali influenzano il mondo
delle vernici e dei coloranti
1993 Introduzione di sistemi esenti da solventi
1995 Alchil fenolo etossilati non più utilizzati
2002 Sistemi coloranti a Basso / Zero VOC
2007 – 2011 Percorso REACH
2010 – 2015 Percorso Ecolabel, CLP, Emissioni

76. Sistemi Tintometrici
Converter base
Bianco
Pittura
Finale
+ max.10-15% coloranti
Colorante

77. Sistemi Tintometrici
Converter Base
Trasparente
Pittura
Finale
+ Bianco e Paste Pigmentate
Concentrate
Preparazione
di Paste Pigmentate
Concentrate

78. Cartelle Colori

79. Elementi di un sistema tintometrico
Coloranti
Pitture
Formulazione
Software gestione
Tintometro

80. Logiche di sviluppo del sistema tintometrico
Costo Formula
Proprietà
chimico-fisiche
• Resistenza acqua
• Resistenza pH
• Resistenza UV
• …
Proprietà
colorimetriche
• DE
• Copertura
• Resa
• …

81. Sviluppo del Database
 Caratterizzazione delle pitture con le
paste coloranti.
 Formulazione del Color Database per
tutti i prodotti di interesse.
 Ottimizzazione delle formule colori in
termini di costi, criteri di qualità,
applicazione (interno, esterno).
 Elevato controllo del Color Management.

82. Colorimetria

83. Colorimetria

84. Modello Kubelka-Munk
K = Coefficiente di assorbimento
S = Coefficiente di diffusione
R = Riflettanza

85. Colorimetria

86. Color File

87. Software gestione color file

88. Macchine Tintometriche

89. Macchine Tintometriche

90. Concludendo…
Per realizzare un sistema tintometrico, sono quindi necessari:
• Sistema verniciante
• Paste coloranti
• Formulazione del color file
• Software di gestione del color file
• Macchina tintometrica

91. Dr. Filippo Busolo
filippo.busolo@chimici.it