Delaminazione vernice: cause e rimedi del difetto di adesione nella verniciatura industriale

Dal punto di vista tecnico, il fenomeno può manifestarsi in due forme principali:

• distacco dal substrato, quando il film di vernice si separa completamente dal supporto (adhesion failure);
• distacco tra strati applicati in sequenza, quando la perdita di adesione avviene tra primer, base e finitura in sistemi multistrato (intercoat delamination).

La delaminazione viene quindi identificata come “vernice che si stacca”, “vernice che si sfoglia dal ferro” o “vernice che salta”. In alcuni casi può essere assimilata o confusa con fenomeni di criccatura o crepe nella verniciatura, che tuttavia hanno origine differente e non sempre implicano una perdita di adesione all’interfaccia.

Nel linguaggio operativo, la delaminazione può essere quindi associata a difetti superficiali che presentano manifestazioni simili ma meccanismi di base differenti, di seguito alcuni esempi.

Per comprendere il difetto della delaminazione, individuare in maniera certa il fenomeno, definire le procedure di intervento e risolvere così le cause alla radice del problema, è bene assumere tre concetti chiave della verniciatura industriale.

• Adesione: forza che lega il film al substrato.
• Coesione: resistenza interna del film di vernice.
• Interfaccia: zona di contatto tra due materiali (substrato-vernice o vernice-vernice).

La delaminazione della vernice si verifica infatti quando le forze di adesione all’interfaccia sono inferiori alle sollecitazioni meccaniche, agli stress ambientali o alle tensioni interne generate nel film per incoerenza o instabilità dei parametri di processo. Nei sistemi a più mani o verniciatura con cicli multistrato, la delaminazione assume una dimensione ancora più complessa, multifattoriale, generalmente riconducibile a errori di processo quali:

• applicazione fuori finestra temporale (overcoating time);
• utilizzo di prodotti non idonei;
• scarsa compatibilità chimica tra prodotti;
• contaminazioni tra strati applicati;
• mancata attivazione superficiale del film precedente.

L’adesione della vernice al substrato è pertanto il risultato di una serie di condizioni costruite a monte. Per questo motivo, la delaminazione deve essere affrontata come un problema sistemico, in quanto espressione di un’interfaccia non correttamente preparata e scarsamente controllata lungo l’intero processo di verniciatura.

Questo fenomeno può manifestarsi anche sotto forma di crepe nella verniciatura o distacchi localizzati, spesso interpretati erroneamente come difetti superficiali.

La fase di pretrattamento svolge un ruolo cruciale nella prevenzione dei principali difetti di verniciatura – come visto finora per: fori di spillo o pinholes, colature, puntinatura, buccia d’arancia

Il pretrattamento ha infatti il compito di trasformare un supporto materico grezzo in una superficie funzionale, idonea all’adesione del rivestimento. Ciò si verifica attraverso i due principi o passaggi chiave della preparazione del substrato, ovvero la rimozione dei contaminanti superficiali e la conseguente stabilizzazione chimica della superficie.

Indipendentemente dalla tipologia di verniciatura, a polvere o a liquido, i fattori di rischio da monitorare nell’esecuzione del processo riguardano:

Nella verniciatura a liquido, la delaminazione si costruisce a livello microscopico, in quanto strettamente legata alla chimica dei pretrattamenti e alla corretta gestione delle fasi di evaporazione, applicazione e reticolazione del film.

In sintesi, il difetto è legato a:

• gestione del ciclo, dunque fasi e tempistiche di processo, sequenza e tipologia delle applicazioni;
• chimica del sistema, ovvero utilizzo di solventi e compatibilità tra prodotti.

Nella verniciatura a polvere, i pretrattamenti possono essere sia chimici che meccanici (sabbiatura o granigliatura), in funzione del materiale e delle prestazioni richieste. La formazione del film avviene per fusione e polimerizzazione termica; massa, geometria e materia prima influenzano in modo determinante il processo.

Il difetto di delaminazione è pertanto legato a:

• condizioni del substrato, ovvero qualità ed efficacia del pretrattamento meccanico;
• ciclo termico, dunque temperatura dei forni di polimerizzazione e parametri di cottura.

Dal punto di vista ingegneristico, la distinzione tra delaminazione, criccatura e sfogliamento richiede un’analisi puntuale del punto di rottura del film (interfaccia vs coesione interna), supportata da test meccanici e osservazioni microscopiche.

La corretta identificazione del meccanismo alla base della vernice che si sfoglia e si stacca, è il primo passo per una prevenzione strutturale del difetto. Per evitare la delaminazione, è buona prassi procedere inoltre alla misurazione dell’adesione del rivestimento mediante i test di adesione.

Tra questi:

• test di quadrettatura (cross-cut test);
• test di distacco (pull-off test);
• test di urto (impact test);
• test di piegatura (bend test).

La prevenzione passa quindi dal controllo coordinato delle seguenti variabili:

Evaporazione dei solventi e stabilità chimica della superficie

Solventi intrappolati o evaporazione non controllata impediscono la formazione di un’interfaccia stabile tra film e substrato o tra più strati in applicazioni a più mani. Per fare in modo che il film si stabilizzi prima delle fasi successivi occorre:

• definire correttamente i tempi di flash-off;
• garantire adeguata ventilazione in cabina.

Sequenza di applicazione e overcoating

Nei cicli multistrato, l’adesione è una costruzione progressiva ed è fondamentale la gestione corretta delle tempistiche di processo. Oltre a rispettare le specifiche di applicazione della vernice (finestre di verniciatura) occorre:

• evitare contaminazioni tra una mano e l’altra;
• prevedere, se necessario, attivazioni intermedie della superficie.

Controllo della miscelazione e parametri di applicazione nei sistemi 2K

Per evitare reticolazione incompleta e perdita di coesione e adesione del rivestimento nei sistemi bicomponente, si raccomanda di:

• utilizzare sistemi di dosaggio automatico e controllato;
• verificare regolarmente i rapporti di miscelazione;
• evitare l’utilizzo di prodotto fuori specifica.

Compatibilità tra cicli vernicianti in applicazioni multistrato

Utilizzare prodotti non compatibili o cicli non progettati come sistema, può causare distacchi tra primer e finitura. Tra le strategie di prevenzione, suggeriamo:

• validare i cicli come sistemi integrati;
• evitare combinazioni non certificate;
• testare l’adesione in fase di industrializzazione del processo.

Le variabili da tenere in controllo e le procedure di intervento riguardano:

Conducibilità elettrica e stato superficiale del substrato

Il controllo della conducibilità e dello stato della superficie rende conto dell’efficienza di trasferimento della vernice al substrato e rappresenta la condizione preliminare per prevenire fenomeni di delaminazione. Per favorire la deposizione elettrostatica delle particelle di polvere occorre:

• garantire superfici perfettamente pulite con pretrattamenti efficaci;
• ottimizzare i parametri di applicazione elettrostatica.

Curva termica e polimerizzazione

La gestione non corretta di temperatura e tempo può generare fenomeni di: sottocottura, con produzione di film deboli; sovracottura, con stress termico della superficie; mancato degassaggio, con rilascio violento e improvviso di gas. I parametri in controllo sono:

• curva termica del forno, da validare sulla produzione reale;
• uniformità termica della camera di cottura;
• tempo di permanenza del pezzo alla temperatura target.

Affrontare il problema in modo efficace richiede dunque un approccio sistemico, che include: analisi dei materiali, progettazione dei pretrattamenti, controllo dei parametri applicativi e validazione delle curve di processo.

In questo scenario, la progettazione dell’impianto gioca un ruolo determinante. Solo sistemi integrati, in grado di garantire stabilità, ripetibilità e tracciabilità dei parametri critici, permettono di prevenire in modo strutturale i difetti di adesione. È in questa capacità di governare il processo nel suo insieme che si misura il vantaggio competitivo della produzione..