Nataša Čuk, Miha Steinbücher, Nejc Vidmar, Martin Ocepek,
Peter Venturini – HELIOS RESINS
Nell’azienda Helios Resins sono in corso diverse attività per la produzione di resine più sostenibili. La società produce alchidiche di origine naturale, resine alto solido, resine a base acquosa e resine esenti da BPA per l’imballaggio alimentare. Utilizzando materie prime bio nuove e riciclate, Helios Resins partecipa in qualità di partner professionale a diverse iniziative in Europa.
In questo articolo è presentato un nuovo sviluppo di una resina poliestere esente da solvente e 100% bio, che può essere utilizzata come sostituzione immediata di una delle poliestere in commercio. La nuova resina è destinata all’utilizzo nei rivestimenti poliuretanici bicomponenti per superfici metalliche. Questa resina presenta proprietà quali alta brillantezza e resistenza ai raggi UV, al calore e agli agenti atmosferici e può essere utilizzata in quanto tale oppure in combinazione con le resine acriliche idrossiliche per aumentare il contenuto solido nelle finiture d’uso industriale, nei rivestimenti protettivi e per plastica.
Esistono due principali modalità di presentazione di una materia prima bio: a) una sostanza convenzionale viene sostituita con una controparte bio, ad esempio l’acido tereftalico può essere sostituito con l’acido furandicarbossilico 2,5, e b) con il cosiddetto metodo drop-in in base al quale la materia prima di origine fossile viene sostituita con la sostanza che ha una composizione chimica identica derivata dalla biomassa, ad esempio l’acido adipico di origine fossile sostituito con l’acido adipico derivato dalla biomassa. Inoltre, è possibile adottare la tecnica del bilancio di biomassa, secondo la certificazione ISCC PLUS (International Sustainability and Carbon Certification). Dal 2021 Helios Resins è certificata ISCC PLUS e la tecnica del bilancio di massa viene utilizzata per materie prime quali i glicoli, i (met)acrilati e gli isocianati.
In questa attività di ricerca, è stata sintetizzata con successo una variante interamente bio del poliolo poliestere fossile, da utilizzare in combinazione con il poliolo acrilico per rivestimenti protettivi poliuretanici bicomponenti alto solido per superfici metalliche. 
Tab. 1 – Proprietà dei polioli poliesteri di origine fossile (Domopol 6046) e naturale (Domopol 7046)
Domopol 6046 è il prodotto commerciale dell’azienda utilizzato come campione di riferimento e confrontato con il poliolo poliestere bio recentemente sviluppato e denominato Domopol 7046, in cui le materie prime sintetiche sono state sostituite con le controparti bio. Le materie prime bio utilizzate in questo lavoro di ricerca vengono già prodotte su scala industriale e sono state ricavate da fonti disponibili in commercio.
Fig. 1 – Aspetto dei polioli poliesteri di origine fossile
(Domopol 6046) e naturale (Domopol 7046)
Sono state poi determinate e misurate le proprietà dei polioli poliesteri, in seguito caratterizzate dall’attribuzione di un numero acido, dal numero idrossile e dalla temperatura di transizione vetrosa, oltre alla misura della viscosità, del colore e del peso molecolare. I risultati sono rappresentati in Tabella 1 insieme ai requisiti standard di Domopol 6046. Le qualità estetiche dei materiali sono presentate in Figura 1 e risulta evidente dai dati presentati che i materiali si avvicinano molto a soddisfare le stesse specifiche.
Dal momento che i polioli poliesteri trattati sono principalmente destinati all’uso come modificatori dei polioli acrilici sono state analizzate le loro proprietà basilari meccaniche e ottiche nelle finiture poliuretaniche bicomponenti alto solido, destinate al segmento ACE. Le formulazioni erano a base di Domacryl 5845 e di Domopol 6046 o Domopol 7046, senza utilizzare HALS e/o adsorbitori UV. I rivestimenti sono stati prodotti nella tonalità RAL 7005 con contenuto solido totale di 72,6% (w/w).
Tab. 2 – Proprietà del film essiccato e bagnato delle finiture a base di
Domacryl 5485 e Domopol 6046 o Domopol 7046
La differenza fra la viscosità dei rivestimenti si è collocata entro il margine di errore della misura. Entrambi i materiali sono stati applicati mediante spruzzatura ad aria su pannelli CRS fosfatati di zinco, con primer e-coat Electron LB-400 epossidico catodico (Kansai Helios) e analizzati con metodi standard per i rivestimenti ACE.
I risultati dei test di base di entrambi, delle proprietà del film essiccato e bagnato di entrambi i rivestimenti sono presentati in Tabella 2. L’analisi comparata non mostra differenze significative fra i rivestimenti. Una delle proprietà più importanti, per non dire la più importante di una finitura è la resistenza agli agenti atmosferici.
I rivestimenti sono stati esposti al test artificiale dell’invecchiamento atmosferico con lampada ad Arco Xeno, secondo ISO 16474-2, Metodo A, ciclo n. 1. I risultati sono presentati in Tabella 3.
Tab. 3 – Ritenzione della brillantezza e variazione del colore dopo l’esposizione a lampada xeno di 504, 1008, 1512 e 2016 ore, in base a ISO 16474-2, Metodo A, ciclo n. 1 delle finiture a base di Domacryl 5485 e Domopol 6046 o Domopol 7046
I dati mostrano chiaramente l’assenza di differenze pratiche fra i rivestimenti analizzati e la loro notevole resistenza agli agenti atmosferici, anche senza utilizzare HALS e adsorbitori UV. Sebbene la finitura non sia lo strato che determina la resistenza primaria al processo corrosivo nel sistema, sono stati eseguiti il test della nebbia salina neutro e i test della condensazione dell’acqua. Non sono stati osservati difetti dopo 1008 ore, durante le quali sono stati condotti i test della condensazione dell’acqua. Dopo i test della nebbia salina della durata di 1008 ore, entrambi i rivestimenti presentano una delaminazione di 1 mm e corrosione di 0,5 mm lungo il segno dell’incisione, e nessun altro difetto.
La resistenza chimica dei materiali è stata verificata con il metodo del punto e con i tempi di esposizione espressi fra parantesi. Sono stati utilizzati i seguenti veicoli: benzina senza piombo (6 ore), diesel (6 ore), 50% di soluzione acquosa di un prodotto antigelo (6 ore), 2-propanolo (1 ora), lubrificante (24 ore) e l’olio per motore 10W30 (24 ore). I risultati sono stati calcolati subito dopo l’esposizione e non è stata osservata degradazione in nessun caso.
La società può quindi concludere con sicurezza che il prodotto interamente bio recentemete sviluppato Domopol 7046 è un sostituto immediato di Domopol 6046 di origine oleosa. Entrambi i polioli poliesteri consentono di produrre rivestimenti poliuretanici alto solido di alta prestazione. Domopol 7046 consente di ridurre in modo significativo l’impronta di carbonio dei rivestimenti.
