Eva Tejada – COVESTRO
INTRODUZIONE
I requisiti legislativi sempre più severi in materia di prodotti chimici, emissioni e igiene del posto di lavoro; la pressione della concorrenza per ridurre al minimo i costi di produzione pur conservandosi innovativa, le richieste degli ecologisti alimentate dalla crescente consapevolezza fra gli utilizzatori finali delle tematiche ambientali, in particolare in Europa e negli Stati Uniti sono le tendenze dominanti del mercato globale dei rivestimenti per legno che lanciano nuove sfide ai produttori di rivestimenti e di mobili in legno. Di conseguenza, i produttori OEM e di mobili d’arredo sono alla ricerca di soluzioni di rivestimento più sostenibili che mantengano i tassi di produzione alti. Le tecnologie di reticolazione a UV rappresentano un’alternativa possibile giustificando alti investimenti. D’altra parte, i sistemi a base acquosa possono essere applicati facilmente nelle linee di verniciatura esistenti.
I prodotti di rivestimento monocomponenti a base acquosa (1K WB) presentano tempi di essiccazione soddisfacenti ma offrono una prestazione inferiore rispetto alle controparti a solvente. Per quanto riguarda i sistemi bicomponenti a base acquosa (2K WB), i produttori di rivestimenti per legno li considerano una soluzione a basse emissioni VOC con una prestazione simile a quella delle controparti a solvente, ma non si ritengono soddisfatti della loro lenta essiccazione.
Un nuovo indurente poliisocianato idrofilico a reticolazione veloce, recentemente sviluppato da Covestro, denominato Bayhydur® quix ultra 306-70, risolve in modo definitivo questo problema dell’essiccazione lenta conservando le proprietà di alta prestazione richieste e in particolare, riducendo le emissioni VOC a meno di 100 gr a litro.
TENDENZE DOMINANTI
Circa il 32% del mercato globale dei rivestimenti per legno d’uso industriale è dominato dalla tecnologia dei poliuretani a base solvente bicomponenti. Finora, la forte presenza della tecnologia dei prodotti a base solvente è stata determinata dalle considerevoli proprietà meccaniche e chimiche di questi rivestimenti, di bilanciamento di flessibilità e durezza e di essiccazione molto veloce. Quest’ultima, ovviamente, è importantissima ai fini degli alti tassi di produttività, in particolare nel segmento dell’arredamento.
Sebbene siano stati sviluppati in origine per proteggere e valorizzare le proprietà estetiche delle superfici in legno, i rivestimenti per legno sono sempre più richiesti per le loro qualità tattili e per le funzionalità smart. Nelle applicazioni del settore dell’arredamento, la superficie di un articolo è ormai il principale elemento estetico trainante e vi sono prove evidenti dell’importanza di un look naturale e tattile del design di interni, tendenza legata all’interesse del consumatore per il comfort, per il benessere e per soluzioni più ecocompatibili.
LA TEMATICA DELL’ESSICAZIONE LENTA
A differenza di altre applicazioni, i rivestimenti per legno a base di poliuretaniche e a solvente si affidano spesso principalmente a reticolanti aromatici poliisocianati per accelerare il processo diessiccazione. La tendenza all’ingiallimento causata dalle aromati-che poliisocianate non costituisce un problema per le vernici trasparenti per legno, in quanto il legno stesso tende ad ingiallire in misura superiore rispetto all’ingiallimento causato dalle poliisocianate aromatiche del rivestimento. Per quanto riguarda i sistemi pigmentati di bianco le poliisocianate alifatiche o le miscele con poliisocianate aromatiche vengono utilizzate in combinazione con i polioli per raggiungere bassi livelli di ingiallimento. Non sorprende scoprire che i produttori di rivestimenti per legno che adottano la tecnologia dei prodotti poliuretanici 2K a base solvente sono scettici circa la transizione ai sistemi a base acquosa 2K di alta prestazione a causa della problematica dell’essiccazione lenta. I produttori di rivestimenti per legno che utilizzano già la tecnologia dei prodotti poliuretanici 2K a base acquosa sono ora alla ricerca di modalità per incrementare la produttività. Per entrambi i gruppi di clienti, Covestro ha ideato una soluzione al problema dell’essiccazione lenta che colma la lacuna esistente fra la sostenibilità e la produttività. Bayhydur® quix ultra è un nuovo indurente idrofilo che consente un’essiccazione dei sistemi 2K poliuretanici a base acquosa veloce tanto quanto quella dei prodotti per legno aromatici a base solvente, ma con una differenza significativa: l’80% di riduzione delle emissioni VOC, da >500 gr per litro di un sistema a base solvente standard a <100 gr per litro per un sistema a base acquosa.
I NUOVI PROCESSI CHIMICI APRONO NUOVI ORIZZONTI
Dal momento che l’indurente determina la velocità di reticolazione del sistema di rivestimento per legno, tutti gli sforzi si sono concentrati nel superare gli ostacoli creati dalla messa a punto dei reticolanti che agiscono nei rivestimenti a base acquosa. Sono stati compiuti vari tentativi per ridurre i tempi di essiccazione dei rivestimenti 2K acquosi a base di poliuretaniche idrofilizzando i poliisocianati ad alto tasso di reattività con i gruppi di isocianati aromatici quali il toluene diisocianato (TDI). Tuttavia, i sistemi a base acquosa formulati con l’ausilio delle poliisocianate aromatiche pure non forniscono rivestimenti con qualità estetiche sufficienti. La combinazione dell’esametilen diisocianata (HDI) e TDI non è riuscita a risolvere il problema. Inoltre, i reticolanti aromatci puri e gli alfatici-aromatici misti non ionici idrofilizzati contengono un’alta quantità di alcoli polieteri idrofilici. Questi sono richiesti ai fini di un’emulsione adeguata, ma ciò produce un’idrofilicità permanentemente alta e una durezza ridotta.
Di conseguenza, Covestro ha dovuto investire moltissimo nella ricerca finalizzata alla selezione dei monomeri adeguati ottimizzando il grado e la tipologia di idrofilizzazione. Per mettere a punto il nuovo reticolante sono stati poi analizzati differenti sistemi di idrofilizzazione interni e i risultati migliori sono stati raggiunti grazie all’idrofilizzazione anionica nei polimeri. In questo modo si è ottenuta un’essiccazione rapida associata a una brillantezza soddisfacente, alla trasparenza del film e a una resistenza chimica sorprendente di uno standard comparabile a quello delle migliori soluzioni attualmente disponibili. Sono state analizzate anche differenti quantità di TDI nel polimero prima di trovare il rapporto ottimale di TDI/HDI. Il risultato è consistito infine nello sviluppo del primo poliisocianato aromatico-alifatico in miscela mai ottenuto prima a base di HDI e TDI, adatto come componente reticolante per sistemi di rivestimento poliuretanici 2K a base acquosa. Questo nuovo reticolante aromatico-alifatico rende possibile la formulazione di rivestimenti 2K a base acquosa di alta prestazione che essiccano velocemente come i sistemi a base solvente, ma con una riduzione significativa delle emissioni VOC.
Il nuovo indurente, ricavato da una tecnologia brevettata e commercializzato come Bayhydur® quix ultra 306-70, permette di formulare rivestimenti per legno 2K a base acquosa e a reticolazione veloce di qualità poliuretanica, dotati di elevata resistenza chimico-meccanica, soddisfacenti qualità estetiche del film e pot-life prolungata fino a sette ore. Il nuovo indurente è stato sottoposto al test dopo che i chimici di Covestro hanno raggiunto questa fase dello sviluppo del prodotto.
Il nuovo prodotto è stato analizzato in differenti sistemi per determinare quali fossero i vantaggi arrecati nelle applicazioni di rivestimenti su legno. I risultati hanno evidenziato un risparmio dei tempi di essiccazione del 60% rispetto ai sistemi standard 2K a base acquosa, eguagliando i tempi di essiccazione dei sistemi aromatici a base solvente. Con una lavorabilità di 7 ore, una durata che soddisfa i requisiti dell’industria, il rivestimento a base acquosa, a base di questo nuovo indurente, può essere formulato in modo da presentare una pot life simile a quella dei prodotti a base solvente. Infine, ma ugualmente importante, in entrambi i sistemi pigmentato e trasparente Bayhydur® quix ultra 306-70 ha mostrato una alta resistenza a sostanze aggressive quali il caffè, il vino, la senape e l’etanolo. Un vantaggio aggiuntivo è rappresentato dal fatto che nonostante la natura aromatica specifica dell’indurente idrofilo, la risposta all’ingiallimento è molto simile a quella del prodotto alifatico ed è quindi adatto anche a formulazioni pigmentate bianche.
L’essiccazione veloce arreca un altro vantaggio e cioè che il prodotto consente di ridurre la brillantezza, rendendo così possibile la riduzione della quantità di agente opacizzante nelle formulazioni opache. Esempio: formulazione contenente Bayhydrol® A 2651 e UH 2593/1 con 1,3% di Acematt TS100 determina livelli di brillantezza inferiori utilizzando Bayhydur® quix ultra come indurente.
LA SOSTENIBILITÀ NELLA PRATICA QUOTIDIANA
Attualmente, la sostenibilità è un termine molto ‘gettonato’ che spesso nasconde una moltitudine di peccati di ‘ecologismo di facciata’. È pur vero però che la tecnologia dei rivestimenti 2K a base acquosa di alta prestazione, basata sul prodotto Bayhydur® quix ultra 306-70 determina un miglioramento effettivo della sostenibilità dei rivestimenti per legno rispetto ai sistemi poliuretanici 2K tradizionali a base solvente.
Una tematica ‘anti-ecologismo di facciata’ è il contributo positivo dato da questo nuovo indurente al raggiungimento degli Obiettivi dello Sviluppo Sostenibile UN:
– riduzione sostanziale dell’inquinamento dell’aria durante la fase di applicazione per i livelli inferiori di emissioni (Obiettivo 3.9);
– miglioramento della sicurezza e del benessere del personale, del produttore e degli applicatori del prodotto finale nel loro ambiente di lavoro utilizzando materiali chimici dotati di etichette più rassicuranti e riducendo la loro esposizione ai solventi (Obiettivo 8.8);
– migliore gestione dei prodotti chimici grazie ad una riduzione significativa della formazione di inquinanti dell’aria (cioè VOC) per tutto il ciclo di vita (Obiettivi 12.4 e 12.5).
Il prodotto contribuisce all’obiettivo 3 dei Sustainable Development Goals per un contenuto di monomero residuo al di sotto dello 0,1%. La riduzione dei tempi di essiccazione produce un effetto sull’impronta di C durante la fase di essiccazione, dimostrato da uno studio sul ciclo di vita effettuato da Hesse, in cui è stata valutata l’impronta C di un sistema PU a base solvente standard rispetto ad un corrispettivo a base acquosa e a un sistema PU a base acquosa contenente questo indurente. Tracciando l’impronta durante il ciclo di vita dalla produzione all’applicazione, includendo l’applicazione e l’essiccazione, i sistemi poliuretanici 2K a base acquosa standard (2K WB PU) hanno dimostrato un leggero miglioramento pari a circa il 10% in quanto a emissioni di CO2 rispetto alle controparti poliuretaniche 2K a base solvente (2K SB PU).
Questa miglioria può essere intensificata fino al 25% utilizzando semplicemente Bayhydur® quix ultra, il nuovo indurente brevettato a base acquosa e a basse missioni VOC che essicca velocemente come i reticolanti aromatici a base solvente.
Lo studio della valutazione del ciclo di vita ha dimostrato che grazie a questo indurente come alternativa immediata ai rivestimenti a base solvente, l’impronta di carbonio può essere notevolmente migliorata.
CONCLUSIONI
Il nuovo sviluppo di Covestro faciliterà e velocizzerà la transizione dalla consolidata tecnologia dei prodotti a base solvente 2K ai sistemi di rivestimento per legno 2K più ecocompatibili a base acquosa di alta prestazione. La differenza evidenziata da Bayhydur® quix ultra 306-70 potrebbe risultare invisibile in termini di qualità estetiche e tattili, ma è sostanziale per i produttori e utilizzatori finali di rivestimenti per legno. I produttori di rivestimenti per legno possono ormai offrire prodotti di qualità eccellente e con un’alta prestazione ecologica ed economica rassicurante. Gli utilizzatori finali del settore dell’arredamento, carpenteria e parquet possono ben sperare in un prodotto ad essiccazione veloce e di alta prestazione, che è sicuro e facile da gestire.
