La vernice svolge un ruolo fondamentale in molteplici settori industriali. Il mercato globale delle vernici e dei rivestimenti è stato valutato a $206,56 miliardi nel 2023, con una crescita ad un CAGR di circa 4,5% previsto nel periodo tra il 2021 e il 2027. Questa crescita indica l'importanza delle vernici per settori come l'edilizia e i trasporti. La produzione di vernici coinvolge diversi componenti, tra cui i pigmenti che forniscono colore e copertura; i leganti che tengono insieme le particelle di pigmento e le attaccano alle superfici; i liquidi che trasportano i pigmenti e i leganti; gli additivi che migliorano le proprietà o le caratteristiche specifiche delle vernici. Conoscere questi aspetti aiuta a capire perché la produzione di vernici è così intricata e precisa.
Materie prime e ingredienti
Pigmenti
Tipi di pigmenti
I pigmenti conferiscono alla pittura il colore e l'opacità. Esistono due tipi principali di pigmenti: quelli organici, composti da molecole a base di carbonio (come i rossi brillanti); quelli inorganici, derivati da composti minerali (come il biossido di titanio bianco). I pigmenti organici offrono tinte vivaci, mentre i loro omologhi garantiscono un eccellente potere coprente o durata, soprattutto se esposti alla luce nel tempo.
Fonti di pigmenti
I produttori ottengono i pigmenti da molte fonti, tra cui minerali, piante, eccetera - sia da sostanze presenti in natura che da sostanze chimiche prodotte sinteticamente attraverso vari processi volti a ottenere i colori particolari desiderati dagli utenti finali. Ad esempio, il biossido di titanio, molto utilizzato, proviene dall'ilmenite, un minerale tra gli altri, mentre l'ossido di zinco, un altro comune, proviene da minerali contenenti questo metallo, mentre alcuni pigmenti organici possono essere ottenuti da materiali derivati dal petrolio.
Raccoglitori
Tipi di raccoglitori
I leganti sono utilizzati per tenere insieme le particelle di pigmento e fissarle alla superficie da dipingere. Gli acrilici offrono una buona flessibilità di adesione; gli alchidici offrono una brillantezza di durata; gli epossidici offrono una forte adesione e resistenza chimica; i poliuretani offrono un'eccellente resistenza all'abrasione, eccetera.
Funzioni dei raccoglitori
La funzione dei leganti nelle prestazioni della vernice non può essere enfatizzata. Assicurano che il pigmento si attacchi o aderisca alla superficie verniciata; influiscono anche sulla sua durezza, che influisce sulla durata dopo l'essiccazione, nonché su altri fattori come la resistenza all'acqua, eccetera. Gli acrilici, ad esempio, hanno una flessibilità in cui ci si aspetta che si verifichino delle crepe, mentre gli alchidici migliorano la lucentezza e la durezza della pellicola pittorica, tra le altre cose.
Solventi
Tipi di solventi
I solventi sciolgono i leganti e aiutano l'applicazione della vernice. Esistono due tipi principali: i solventi a base d'acqua (o vernici a base d'acqua) che utilizzano l'acqua come solvente primario; i solventi a base di solventi (che utilizzano composti organici come l'acquaragia minerale o la trementina). Ogni tipo ha i suoi vantaggi, a seconda di ciò che si vuole ottenere con il lavoro di verniciatura.
Ruolo dei solventi nella produzione di vernici
Il solvente controlla la viscosità, facilitando l'applicazione della vernice; inoltre, evapora dopo l'applicazione, accelerando il tempo di asciugatura. Quelli a base d'acqua hanno bassi livelli di VOC, quindi sono considerati ecologici, mentre offrono buone proprietà di fluidità e livellamento, necessarie per i rivestimenti ad alte prestazioni, a differenza di quelli a base di solventi.
Additivi
Tipi di additivi
- Addensanti: Addensano la consistenza della vernice.
- Disperdenti: Aiutano a distribuire i pigmenti in modo uniforme.
- Antischiuma: Riducono la schiuma durante la miscelazione.
- Biocidi: Impediscono la crescita microbica.
- Stabilizzatori UV: Proteggono dai danni della luce ultravioletta.
Scopo degli additivi
Gli addensanti migliorano la consistenza, garantendo la scorrevolezza durante l'applicazione; i disperdenti impediscono la formazione di grumi e portano a una colorazione uniforme; gli antischiuma eliminano le bolle, dando una finitura impeccabile; i biocidi prolungano la durata di conservazione, inibendo la crescita dei batteri delle muffe; gli stabilizzatori UV migliorano la durata contro i raggi solari nocivi.
Gli additivi sono necessari per ottenere una buona vernice. Ogni tipo di additivo affronta un aspetto diverso delle prestazioni della vernice.
Processo di produzione della vernice
Apparecchiature di pre-miscelazione utilizzate
Per la premiscelazione vengono utilizzate diverse apparecchiature. I dispersori ad alta velocità mescolano i pigmenti con i leganti e i solventi. I miscelatori assicurano una distribuzione uniforme di tutti gli ingredienti. I serbatoi conservano il materiale premiscelato prima che avvenga la macinazione. Le pompe trasferiscono la miscela tra le diverse fasi.
Le fasi della premiscelazione
Il processo di premiscelazione inizia con la misurazione delle materie prime. I pigmenti, i leganti e i solventi vengono aggiunti al miscelatore dagli operatori. Il dispersore ad alta velocità mescola questi componenti fino a renderli omogenei. Dopo questa fase, il materiale premiscelato viene spostato in serbatoi di stoccaggio dove rimane per qualche tempo prima di passare alla fase di macinazione, se necessario, per non perdere la sua qualità durante il trasporto o per qualsiasi altro motivo.
Rettifica
Scopo della rettifica
La macinazione viene eseguita per ridurre le dimensioni delle particelle di pigmento, che conferiscono una migliore forza e copertura del colore e una maggiore scorrevolezza della superficie pittorica. Una macinazione adeguata assicura una dispersione uniforme dei pigmenti all'interno di un mezzo come il sistema di leganti in emulsione a base di olio o acqua utilizzato per la produzione di vernici.
Tecniche di macinazione
I mulini a sfere utilizzano cilindri rotanti riempiti di media di macinazione (sfere d'acciaio) che schiacciano le particelle grandi grazie alle forze d'impatto dovute al loro peso quando cadono dall'alto su quelle più piccole che si trovano nella parte inferiore all'interno del tamburo del mulino). I mulini a perle impiegano piccole perle (media) di vetro o ceramica al posto delle sfere d'acciaio, perché questi materiali hanno una densità inferiore rispetto ai metalli e quindi richiedono meno energia durante l'operazione di macinazione, in quanto le particelle più leggere vengono sollevate più in alto rispetto a quelle pesanti, che vengono spinte verso il basso l'una contro l'altra dalla forza di gravità, ottenendo così un tasso di riduzione più rapido, ma fornendo comunque una distribuzione granulometrica fine pari all'efficienza del processo di macinazione a sfere. Gli attritori utilizzano un'azione di agitazione ad alta velocità fornita da bracci agitatori verticali montati orizzontalmente sulla parte superiore all'interno di una camera cilindrica chiusa contenente solidi umidi mescolati con un mezzo liquido come acqua o solvente organico. Ciò si ottiene ruotando le giranti (pale) ad alto numero di giri, che creano un intenso modello di flusso turbolento in prossimità della regione della punta, dove si svolge la maggior parte dell'azione di macinazione tra le particelle del mezzo e contro le pareti del contenitore durante ogni ciclo di rivoluzione.
Miscelazione
Miscelazione ad alta velocità
L'ulteriore omogeneizzazione della vernice viene effettuata mediante una miscelazione ad alta velocità. Questo assicura che ogni componente al suo interno venga distribuito in modo uniforme in tutto il suo volume e sull'intera superficie disponibile per il contatto con l'aria durante il processo di essiccazione. I miscelatori ad alta velocità operano a velocità elevate, creando una miscela uniforme e stabile.
Agenti disperdenti
Importanza nella miscelazione
Si tratta di sostanze chimiche utilizzate per evitare che i pigmenti si agglomerino tra loro durante la fase di miscelazione, in modo che possano disperdersi uniformemente nel sistema legante, garantendo così un buon sviluppo del colore e una buona brillantezza quando si forma il film secco dopo l'applicazione sulla superficie del substrato. Inoltre, aiutano a ottenere una finitura liscia, senza striature o macchie visibili dovute a un deposito non uniforme di particelle solide all'interno del mezzo liquido utilizzato per la produzione di vernici.
Diradamento e regolazione
Controllo della viscosità
È importante controllare la viscosità della vernice, in modo che possa scorrere senza problemi durante l'applicazione su diverse superfici. I produttori aggiungono solventi per regolare questo parametro di conseguenza, a seconda delle caratteristiche prestazionali del prodotto finale desiderato, come la facilità di pennellare, rullare, spruzzare, eccetera. Ad esempio, le vernici ad alta viscosità possono necessitare di agenti diluenti, mentre quelle a bassa viscosità possono richiedere agenti addensanti, ma tutto ciò deve essere fatto in modo corretto, altrimenti possono verificarsi risultati scadenti come strisciamenti, cedimenti, colature, gocciolamenti, eccetera, che influiscono sulla qualità generale dell'aspetto degli oggetti rivestiti, causando quindi l'insoddisfazione del cliente nei confronti dell'articolo acquistato o del servizio fornito dal fornitore.
Coerenza da lotto a lotto
Controllo della temperatura
La vernice di qualità si conserva regolando la temperatura. I produttori suggeriscono di conservare le vernici a temperature comprese tra 50°F e 80°F. Le temperature troppo alte o troppo basse possono influire rispettivamente sul loro spessore e sulla loro stabilità, oltre a far separare i componenti quando fa caldo, mentre potrebbero addensarsi con il freddo, il che comporterebbe una scarsa durata di conservazione.
Considerazioni sulla durata di conservazione
Diversi fattori determinano la durata di un prodotto sugli scaffali prima che si rovini; tra questi ci sono le date di scadenza fornite dai produttori stessi o indicate attraverso le etichette attaccate sui contenitori al momento dell'acquisto, che indicano una durata di conservazione fino a cinque anni se conservati correttamente, ma l'esposizione all'aria e all'umidità accorcia notevolmente questo periodo; per questo motivo, durante l'ispezione si dovrebbe sempre annusare se ci sono cattivi odori o sentire se ci sono grumi, per evitare di trovare segni come questi che dimostrano il contrario; pertanto, seguire le istruzioni su dove conservare gli articoli assicura sempre il miglior risultato.
Considerazioni sull'ambiente e sulla sicurezza
Gestione dei rifiuti
Smaltimento di materiali pericolosi
La produzione di vernici comporta la produzione di rifiuti pericolosi. Questo rende necessario osservare metodi corretti di smaltimento, per non danneggiare l'ambiente che ci circonda. Le strutture devono essere consapevoli che esistono diverse regole che disciplinano il modo in cui devono liberarsi di tali sostanze, a seconda del tipo di sostanze con cui hanno a che fare; alcune aziende sono specializzate nella raccolta e nel trattamento di questo tipo di materiale, mentre altre le bruciano con il fuoco o applicano sostanze chimiche che neutralizzano i loro effetti nocivi, in ogni caso il rispetto di pratiche di rimozione sicure garantisce l'eco-compatibilità.
Pratiche di riciclaggio
Al giorno d'oggi, molte industrie cercano di ridurre la produzione di rifiuti, conservando le risorse naturali attraverso i programmi di riciclaggio proposti dalle aziende che producono vernici, tra le altre cose, come i materiali di imballaggio, eccetera; anche quelle porzioni inutilizzate possono ancora servire a un altro scopo, se ritrattate in nuovi articoli, così come i solventi e i contenitori utilizzati durante i processi produttivi possono essere sottoposti a determinati trattamenti, seguiti da procedure di pulizia di separazione all'interno delle strutture in cui sono stati prodotti, portando così a una riduzione dei rifiuti nelle discariche, oltre a ridurre i costi di produzione e a promuovere lo sviluppo sostenibile attraverso sistemi efficienti di conversione dei rifiuti in prodotti utili.
Misure di sicurezza
Dispositivi di protezione personale (DPI)
I lavoratori coinvolti nella verniciatura devono indossare i DPI adeguati per la loro sicurezza. Ciò include guanti, maschere e occhiali che li proteggono dalle sostanze chimiche e dalle lesioni fisiche che possono verificarsi durante le ore di lavoro; alcuni lavori richiedono che i dipendenti indossino i respiratori quando hanno a che fare con sostanze volatili, mentre altri richiedono di indossare indumenti speciali per non entrare in contatto diretto con materiali pericolosi; è quindi importante formare continuamente il personale su questi argomenti, fino a quando non diventino una pratica di routine seguita rigorosamente da tutte le parti interessate, altrimenti l'inosservanza delle linee guida può causare incidenti sul posto di lavoro, mettendo in pericolo vite umane o causando danni anche dopo la fine delle ore.
Protocolli di sicurezza negli impianti di produzione
Le unità produttive sono sempre state molto rigorose nell'osservare le regole di sicurezza all'interno dei loro locali. Ad esempio, vengono effettuati controlli regolari per individuare potenziali pericoli, mentre i sistemi di ventilazione aiutano a controllare le particelle sospese nell'aria che potrebbero causare problemi di salute ai lavoratori che respirano l'aria contaminata; devono essere delineate procedure di emergenza adeguate nel caso in cui si verifichino fuoriuscite in qualsiasi punto della fabbrica, compresi gli incendi, per i quali gli estintori e gli allarmi devono essere posizionati strategicamente in punti facilmente accessibili all'interno degli edifici, oltre a disporre di attrezzature antincendio standard, come le autopompe che possono rispondere rapidamente alle chiamate provenienti da diverse parti dell'organizzazione; ancora una volta, il rispetto degli standard industriali e delle leggi in materia assicura che gli stabilimenti rimangano sicuri per tutti gli interessati, pertanto è necessario effettuare un monitoraggio continuo nel caso in cui qualcuno dimentichi di seguire uno o due aspetti legati ai "do's" o ai "don'ts", poiché l'implementazione di tutte queste misure salvaguarda i dipendenti da eventuali infortuni e protegge l'ambiente circostante dall'inquinamento causato dai processi di produzione delle vernici.
Il processo di produzione delle vernici prevede diverse fasi critiche, tra cui la selezione delle materie prime, la premiscelazione, la macinazione, la miscelazione, la diluizione e il controllo di qualità. Ogni fase assicura che il prodotto finale soddisfi gli standard industriali di prestazione e sicurezza.
La garanzia di qualità e le precauzioni di sicurezza sono componenti essenziali per mantenere vernici di alta qualità. Queste misure garantiscono la durata della vernice attraverso procedure di test rigorose, conformi alle linee guida stabilite, per accertarne la compatibilità ambientale e la capacità di resistere a diverse condizioni; inoltre, l'uso di dispositivi di protezione individuale (DPI) e il rispetto di pratiche di lavoro sicure proteggono i lavoratori dai rischi associati alla manipolazione delle vernici.
Le tendenze future nella produzione di vernici si concentrano sulla sostenibilità e sull'innovazione. Vengono sviluppati materiali eco-compatibili e tecniche di riciclaggio per ridurre l'impatto di queste attività sull'ambiente circostante; sono stati apportati ulteriori miglioramenti per aumentare l'efficienza durante le varie fasi di produzione, ottenendo così livelli di produttività più elevati e standard di qualità superiori in ogni momento.