Il degrado dei manufatti metallici

La verniciatura dei metalli è uno dei processi essenziali in uso a tutti i settori della produzione industriale manifatturiera. Il trattamento si prefigge due scopi prioritari: da un lato la caratterizzazione estetica dei manufatti stessi, dall’altro il miglioramento funzionale dei prodotti poiché la funzione protettiva della verniciatura permette la realizzazione di manufatti più resistenti all’usura.
La verniciatura dei supporti metallici richiede particolare attenzione perché occorre prevenire tutti i fenomeni di corrosione che possono verificarsi nei manufatti. La corrosione e il conseguente degrado dei materiali avviene soprattutto in base all’ambiente a cui sono sottoposti i supporti, in particolare riconducibili all’esposizione all’esterno in ambiente urbano, dove sono concentrati molti agenti inquinanti. In caso di esposizione all’esterno in ambiente marino il cloruro di sodio di-sciolto nell’acqua crea anch’esso un ambiente altamente predisposto alla corrosione. Infine, quando si cita il caso in cui il materiale metallico viene esposto all’azione di particolari agenti fisici, come ad esempio le elevate temperature. I fenomeni di degrado interessano però anche tutte quelle superfici metalliche esposte ad ambienti interni, seppur in forma e modalità differenti.

La natura del supporto e manufatti metallici

Quando si dice metallo si sottintende tutta una categoria di materiali che in base alla loro compo-sizione possono essere distinti in diverse tipologie. Un primo tipo è rappresentato dalla ghisa-acciaio, strutturalmente composto da leghe ferro-carbonio e si dice ghisa o acciaio a seconda del contenuto di carbonio. Si tratta di metalli utilizzati in molti manufatti industriali per diversi settori. Sempre più presente sul mercato per le sue particolari doti di inalterabilità e resistenza è, invece, l’acciaio inossidabile. L’acciaio zincato è molto utilizzato per la fabbricazione di gronde, gocciolatoi, lamiere e nelle costruzioni come strutture di sostegno o coperture. Lo zinco protegge l’acciaio perché si consuma impedendo l’ossidazione del ferro e ci sono vari processi per ottenere la zincatura. Per quanto riguarda l’alluminio e le sue leghe, si tratta di un metallo usato dall’industria da molti anni, per le doti di leggerezza e le caratteristiche meccaniche che ne fanno un materiale insostituibile. Il rame è largamente impiegato in edilizia, soprattutto per la realizzazione di gronde, canalizzazioni e condotte dell’acqua di fabbricati civili e nelle costruzioni in generale. Citiamo, infine, gli ottoni che comprendono una vasta serie di leghe binarie di rame e zinco.
I materiali da utilizzare sono molti e nel settore edile e industriale I manufatti metallici sono davvero tanti. Si parte dall’acciaio utilizzato per la realizzazione di elementi strutturali portanti grazie alle sue proprietà meccaniche (durezza e resilienza) e per la spiccata resistenza, il cui limite risiede nella facilità con cui avviene il processo di corrosione. L’acciaio viene utilizzato anche per realizzare molti macchinari e attrezzature del settore edile, come quelli per la movimentazione delle materie prime e dei semilavorati. Dato che sono molto soggetti all’usura, è opportuno prevedere interventi di manutenzione periodici, con brevi cicli di verniciatura.
Altri elementi tecnologici appartenenti al settore edile che possono essere realizzati con diversi metalli sono i sistemi di canalizzazione per la raccolta delle acque. Gronde e pluviali possono essere fatti con acciaio inox, con il limite del costo elevato ma il pregio della possibile esposizione agli agenti atmosferici o in acciaio zincato a caldo, messi in opera prima della verniciatura che ha quasi sempre scopi decorativi. Un’altra soluzione è la realizzazione di questi manufatti in rame, anch’esso costoso, ma che garantisce durabilità nel tempo in quanto si ossida con relativa velocità, con al formazione di Sali di reazione superficiali di ossidi e carbonati che fanno da scudo ai processi di corrosione verso l’interno del metallo.
Infine, per la produzione di infissi, si usa molto l’alluminio. I prodotti sono pronti per l’installazione, verniciati con polveri poliesteri termoindurenti su supporto fosfocromatato. Una soluzione per la protezione dell’alluminio e delle sue leghe è l’anodizzazione, che non prevede si-stemi di verniciatura se non a scopo decorativo.

Il degrado del metallo: analisi e studio dell’intervento
La verniciatura dei metalli si pone come obbiettivo prioritario la protezione del supporto dagli ef-fetti della corrosione, con la finalità di garantire al prodotto una maggior durata nel tempo e di conferire al manufatto definite caratteristiche estetiche e decorative.
Gli interventi da realizzare possono interessare la verniciatura di supporti nuovi oppure possono riguardare il trattamento di supporti già verniciati in precedenza, sia per dar seguito a prefissate operazioni di manutenzione periodica, sia per ripristinare i rivestimenti di superfici che si trovino in uno stato di degrado avanzato.
In tutti i casi, prima di intervenire, sarà buona regola analizzare attentamente le situazioni ambientali in cui si deve operare (interno / esterno), considerando la destinazione d’uso finale dei manufatti e le relative condizioni di esposizione (atmosfera marina o industriale), allo scopo di definire correttamente il grado di preparazione superficiale da adottare, di determinare accuratamente il ciclo di verniciatura più idoneo (in relazione alle prestazioni e ai requisiti richiesti) e di stabilire le procedure di applicazione più adeguate (in riferimento al ciclo di verniciatura da posare in opera). Le condizioni climatiche, spesso sottovalutate in fase di applicazione dei prodotti vernicianti, possono rivelarsi fonte di perdita dei requisiti prestazionali del ciclo di verniciatura realizzato. La presenza di condizioni climatiche avverse in corso di verniciatura dei manufatti rappresenta la causa principale del verificarsi di numerosi difetti superficiali del film di pittura depositato e, nei casi più gravi, potrebbero determinarsi seri impedimenti al regolare meccanismo di formazione del film, determinando significative carenze nelle prestazioni del rivestimento finale. L’applicazione del film vernicianti è quindi una fase delicata, che deve essere svolta nelle modalità corrette.

Problematiche e degrado
La corrosione rappresenta la causa principale di degrado dei metalli e si origina essenzialmente in due modi:
• ossidazione chimica: è quella che avviene direttamente fra metallo ed ossigeno con formazione di ossido. Generalmente viene causata dalle temperature elevate alle quali viene sottoposto il manufatto (a temperatura ambiente questo fenomeno è quasi trascurabile);
• corrosione elettrochimica: è quella provocata dagli agenti atmosferici.
La corrosione interessa dapprima lo strato superficiale del supporto e coinvolge successivamente gli strati più profondi del metallo, ed è all’origine di qualunque problematica di degrado dei manufatti metallici, fino a provocare (nei casi più estremi) ingenti danni strutturali.
Altri fattori di degrado dei materiali metallici possono essere causati da un’inadeguata preparazione del supporto, poiché la scelta dei trattamenti preliminari è fondamentale per la durabilità dell’intero ciclo applicativo di verniciatura. Può causare degrado delle superfici un eventuale difetto nel film di pittura, derivante da applicazioni non adeguate; così come può esserne responsabile la mancata manutenzione dei supporti in condizione di esercizio sia che siano esposti all’esterno che all’interno. E’ infatti necessario un intervento periodico, secondo un piano di manutenzione preciso che permette di rilevare preventivamente l’insorgere di danni dovuti ad urti o sollecitazioni meccaniche o chimico-fisiche.
Tra le problematiche più ricorrenti c’è quindi la presenza di ruggine e la corrosione del supporto, cui sono soggette tutte le strutture metalliche. Quando si analizza il problema, per effettuare le corrette valutazioni rispetto l’ambiente circostanza si può fare riferimento alla norma UNI EN ISO 12944, che definisce anche delle classi di corrosività. Per risolvere il problema si parte da un siste-ma di protezione a base di un valido antiruggine dell’adeguato spessore, fino a prodotti ad elevata protezione con intervalli brevi per la manutenzione.
Un’altra problematica riguarda la presenza di calamina, uno strato di ossido, e di scaglie di laminazione. Prima di procedere con l’applicazione dei cicli di verniciatura è sempre buona pratica ricorrere ad una adeguata preparazione del supporto, attraverso un’energica pulizia molto spesso meccanica.
Nel caso in cui vi sia, invece, la presenza di inquinanti organici ed inorganici, prima di effettuare qualsiasi operazione di verniciatura, occorre prevedere la rimozione totale di tutti gli inquinanti che potrebbero impedire l’adesione del rivestimento al supporto o compromettere la perfetta riu-scita del film.
Un altro caso di degrado può presentarsi in quei supporti in cui vi è la presenza di vecchi film ap-parentemente ben coesi. Soprattutto per i manufatti posti all’esterno, si deve andare oltre il pri-mo impatto superficiale. Nel caso in cui la superficie del rivestimento applicato risulti in buono stato sarà sufficiente carteggiare leggermente la superficie, spolverare e quindi applicare direttamente lo smalto di finitura richiesto.
Se, invece, la superficie già verniciata appare in cattivo stato di conservazione sarà necessario eliminare accuratamente tutte le particelle incoerenti con l’ausilio di una spazzola di ferro, quindi carteggiare la superficie con una carta abrasiva a grana media, spolverare a fondo per rimuovere i residui, ritoccare le parti compromesse con adeguato fondo antiruggine e, infine, applicare un nuovo strato della finitura protettiva richiesta.
Nel caso in cui un supporto presenti forme di distacco del prodotto verniciante, con la formazione di ruggine in prossimità di alcuni punti critici, è necessario asportare gli strati non coesi mediante pulizia con solventi appositi, spazzolatura, carteggiata o sabbiatura.
Altro caso ancora riguarda la presenza di micro bolle o difetti nei vecchi film, per i quali è sconsigliato applicare i prodotti vernicianti nelle ore più calde della giornata e la soluzione prevede, anche in questo caso la carteggiatura e la pulizia dei supporti.
Un ulteriore problema legato ai vecchi smalti, riguarda il loro ingiallimento, spesso dovuto a una scorretta essiccazione del prodotto verniciante che compromette la sua durabilità. In questo caso è opportuno limitare le operazioni di verniciatura nelle ore più calde della giornata ed evitare di operare in presenza di nebbia, umidità relativa elevata o temperature prossime al punto di rugia-da.
Se i supporti presentano film fragili o sfarinati, a causa degli agenti atmosferici, si valuta l’entità del degrado e dopo aver eliminato le eventuali tracce di corrosione e pulito adeguatamente il sup-porto, si applica una prima mano di antiruggine. Prima di applicare i prodotti selezionati per il ri-pristino, verificare sempre l’uniformità della superficie da trattare operando, se necessario, una leggera carteggiatura per eliminare lo sfarinamento superficiale ed asportare completamente gli eventuali strati di vernice in fase di distacco.
Un caso particolare riguarda le superfici zincate, che tendenzialmente non vengono verniciate quando sono nuove, perché le si lascia esposte agli agenti atmosferici per almeno un mese. Nel momento in cui è necessario intervenire, si deve innanzitutto lavare il supporto con appositi sol-venti, eliminare eventuale ruggine e trattare le lamiere o con uno specifico primer ancorante mo-no o bi-componente e inseguito applicare la finitura, oppure applicare direttamente specifici pro-dotti vernicianti per superfici zincate.
Se il supporto zincato presenta già un vecchio film in distacco, devono essere esportate tutte le zone interessate dal fenomeno di degrado prima di procedere il procedimento di verniciatura pri-ma descritto.
Ultima possibile procedura di verniciatura riguarda i supporti in acciaio lucido, alluminio anodizzato o rame, che non richiedono normalmente alcuna verniciatura protettiva, ma solo estetica. In questi casi è opportuno prevedere una pagliettatura preliminare del supporto per migliorare l’adesione della successiva applicazione. I supporti andranno puliti e sgrassati con appositi solventi. Prima di procedere con l’applicazione delle finiture è consigliabile trattare questi supporti con specifici primer mono o bi componenti per favorire l’adesione dei sistemi di finitura.

Prodotti e sistemi di verniciatura

Il termine più frequentemente usato per descrivere l’intero processo di trattamento delle superfici metalliche è “ciclo”. L’espressione comprende sia le operazioni preliminari di preparazione della superficie da trattare sia le operazioni di posa in opera dei vari prodotti vernicianti che vengono impiegati in sequenza nel ciclo stesso di verniciatura. Il ciclo di verniciatura, che comprende anche le sistematiche operazioni di preparazione del supporto, comporta l’applicazione di uno o più prodotti vernicianti in strati successivi in relazione alle proprietà chimiche e fisiche e alle caratteristiche estetiche che si vogliono impartire al manufatto da trattare.
Pretrattamenti: hanno la funzione di predisporre il supporto metallico a “ricevere” al meglio le successive operazioni di verniciatura. Le modalità di preparazione e di pretrattamento delle superfici da proteggere sono legate essenzialmente alla tipologia del supporto da trattare e alle condizioni operative a cui il manufatto è destinato. I pretrattamenti comprendono le operazioni di pulizia del supporto (sabbiatura, levigatura, spazzolatura, etc.) ed eventuali operazioni di protezione in attesa della verniciatura.
Trattamenti anticorrosivi: hanno la funzione di proteggere il substrato dagli effetti della corrosio-ne. Le caratteristiche dei prodotti da applicare dipendono dalle prestazioni richieste e devono te-nere conto delle condizioni ambientali a cui il manufatto in questione sarà sottoposto.
L’applicazione dell’antiruggine deve essere fatta direttamente sulla superficie metallica e si carat-terizza per la presenza di specifici pigmenti attivi, ossia sostanze atte a svolgere la funzione prima-ria di bloccare il processo corrosivo. Sono classificati secondo il loro meccanismo di reazione e possono essere prodotti a protezione catodica, a base polvere di zinco metallico, sfruttano il po-tenziale di riduzione dello zinco per fornire un’ottima protezione elettrochimica nei confronti di numerosi substrati metallici. Vi sono poi quelli ad azione passivante, con pigmenti a base di fosfati metallici (generalmente fosfato di zinco), che forniscono ioni capaci di reagire con il ferro, ridu-cendo la tendenza del substrato alla corrosione e quelli ad azione ossidante. Questi ultimi sono li-quidi di natura organica che reagiscono con gli ossidi di ferro instabili (la ruggine) presenti sulla superficie del metallo, dando luogo a composti più stabili alle condizioni atmosferiche.
Intermedi di verniciatura: hanno la funzione di creare un vero e proprio “ponte” di collegamento fra uno strato di verniciatura e lo strato successivo, con la finalità di migliorare l’adesione e la compatibilità chimica fra i vari strati dell’intero ciclo di verniciatura.
Trattamenti di finitura: comprendono sia l’applicazione di smalti puramente decorativi, sia i trat-tamenti con opportuni rivestimenti protettivi aventi funzionalità specifiche, in relazione a partico-lari prestazioni tecniche prestabilite. Agli smalti di finitura e ai rivestimenti protettivi, infatti, è de-mandato in larga misura il soddisfacimento dei vari requisiti prestazionali richiesti all’intero ciclo di verniciatura applicato.
I prodotti utilizzati possono essere vernicianti all’acqua o al solvente, che si differenziano fra loro in base alla tipologia del legante che li costituisce e al loro processo di filmazione. Le proprietà e le caratteristiche principali del prodotto finale sono determinate principalmente dal legante, mentre opacità e potere coprente della pittura dipendono dalla presenza nel verniciante di pigmenti, sostanze naturali colorate.
Contribuiscono al conferimento di caratteristiche fisiche e meccaniche come flessibilità, aderenza, durezza, resistenza alle abrasioni gli inerti, che sottintendono una vasta gamma di materiali natu-rali, artificiali o materie prime secondarie ottenute da differenti processi di lavorazione. Inoltre, i prodotti vernicianti contengono sempre un certo numero di additivi. Ne esistono di vario tipo, differenti per natura chimica e per funzione. I solventi, invece, assolvono sostanzialmente tre compiti ben definiti: solubilizzare o tenere in dispersione i leganti; ridurre la viscosità dei prodotti vernicianti rendendoli pronti ad una facile applicazione; facilitare la formazione del film in modo omogeneo, ben disteso, privo di difetti, grazie ad una evaporazione ben controllata.

Meccanismo di formazione della ruggine
La ruggine si forma, attraverso un processo elettrochimico, per la presenza di ossigeno, umidità o acqua, che mettono a disposizione i componenti necessari alle reazioni chimiche coinvolte; il fenomeno della corrosione si innesca rapidamente ed in modo generalizzato su metalli, quali il ferro non passivato, o in corrispondenza di punti in cui la superficie di leghe metalliche, quali l’acciaio, presentano difetti e/o disomogeneità. La ruggine è un composto spontaneo costituito da vari ossidi di ferro idrati e carbonati basici di Fe(III), di colore bruno-rossiccio. La formula chimica complessiva della reazione che vede coinvolti ferro e acqua è la seguente: 3Fe + 4H2O →Fe3O4 + 4H2
La ruggine si presenta come un prodotto spugnoso con labile adesione. Anche se l’acqua è purissi-ma presenta una piccola ma misurabile conducibilità elettrica che aumenta nella comune acqua corrente; in presenza di sali, infatti, il processo di corrosione è accelerato. Per questa ragione il problema della corrosione è particolarmente accentuato in atmosfera marina.

© Copyright 2017. Edilizia in Rete - Privacy policy