ITMI940945A1

ITMI940945A1 - Procedimento per il rivestimento multistrato di nastri di lamiera metallica in rotolo o in fogli e prodotto cosi' ottenuto

Info

Publication number: ITMI940945A1
Application number: IT000945A
Authority: IT
Inventors: Mario Beranger
Original assignee: Siquam Spa
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-05-12
Publication date: 1995-11-12
Also published as: ATE186875T1; ITMI940945A0; DE69513445T2; DE69513445D1; IT1269757B; EP0686501B1; EP0686501A1

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

"Procedimento per il rivestimento multistrato di nastri di lamiera metallica in rotolo o in fogli e prodotto così ottenuto".

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento di rivestimento multistrato, misto, vernice più film, particolarmente adatto per il rivestimento di nastri di lamiera metallica in rotolo, generalmente noto con il termine anglosassone "coil coating", o lastre di lamiera (sheet coating). E' noto ai tecnici del ramo che questo procedimento rappresenta uno dei metodi più moderni e tecnologicamente più avanzati per la produzione in continuo di laminati metallici preverniciati.

Sono già noti e in uso da tempo diversi procedimenti coil coating. Per esempio, nel caso di verniciatura vera e propria, la bobina di lamiera viene srotolata man mano che viene avviata alla linea di verniciatura. Dopo essere stato sottoposto alle opportune operazioni di pretrattamento, il nastro di metallo passa attraverso la testa verniciante in cui viene applicata una prima mano di vernice su un lato solo o su entrambi i lati. L'operazione di verniciatura consiste nell'applicare, normalmente a rullo, o a racla, a velo e talvolta (specialmente nel caso di vernici in polvere) a spruzzo, una composizione verniciante termoindurente o termoplastica, sia in forma liquida che in polvere. Normalmente, questo primo strato funziona da strato ancorante o "primer". Quindi, la lamiera così trattata passa in un forno dove avviene la polimerizzazione della resina; successivamente, all'uscita dal forno il nastro viene raffreddato, prima con aria, poi con acqua. Quindi, esso viene fatto passare attraverso una seconda testa verniciante per l’applicazione della mano di finitura, entra in un secondo forno per la polimerizzazione del secondo strato di vernice e, all'uscita, si raffredda come sopra. Poi, dopo essere passato nell'accumulatore di uscita, il nastro vernicato viene controllato e riavvolto in bobina.

Secondo un altro metodo di coil coating, anziché mediante un procedimento di verniciatura del tipo precedentemente descritto per sommi capi, i laminati metallici possono essere rivestitti con delle pellicole o film di materiale plastico colorati legati permanentemente al supporto metallico tramite un opportuno adesivo. Questo legame permanente è ottenuto grazie all'azione combinata del calore e della pressione di laminazione.

Anche in questo caso, si parte da una bobina di lamiera che viene srotolata e sottoposta alle opportune operazioni di pretrattamento, quindi si applica uno strato di adesivo, successivamente la lamiera sulla quale si è spalmato l'adesivo passa in forno a una temperatura (P.T.M.)compresa tra 160° e 220°C ; all'uscita del forno in modo continuo viene accoppiato il film plastico e successivamente laminato mediante calandra a pressione.

A seconda del tipo di lamiera metallica (per esempio lastra di acciaio laminato a freddo o zincato, o alluminio) al fine di ottenere una maggiore resistenza alla corrosione o migliorare l'ancoraggio dell'adesivo viene applicato un primo strato di "primer" che prima di ricevere l'adesivo viene anch'esso essicato in forno.

Nel settore del coil coating, a causa dei tempi ristretti di permanenza in forno del materiale sotto trattamento (normalmente 10-60 secondi) al fine di essere sicuri che detto materiale raggiunga i valori di temperatura richiesti, la temperatura misurata non è quella dell'ambiente interno al forno bensì quella di picco del metallo (peak metal temperature: P.M.T.) rilevata mediante pirometri ottici nelle zone terminali del forno. I film colorati generalmente utilizzati allo scopo sono a base di fluoruro di polivinile (PVF), vinilici, in particolare di cloruro di polivinile (PVC) e~ acrilici (termoplastici). I film a base di PVC sono i più utilizzati in quanto sono disponibili in vasta gamma di formulazioni, colori e aspetti superficiali tra cui poter scegliere quelli più adatti all'uso finale.

E', inoltre, nota una metodologia che prevede il rivestimento multistrato "misto" (vernice film di plastica trasparente) effettuato in due stadi. Nel primo stadio, si applicano, secondo uno dei metodi esemplificati sopra, uno o più strati di vernice. Il nastro, dopo polimerizzazione in forno, e successivo raffreddamento viene inviato ad una ulteriore stazione di verniciatura, ove si provvede all'applicazione di un apposito adesivo sul quale, dopo passaggio in forno, viene applicato a pressione un film trasparente.

I rivestimenti ottenuti con uno dei procedimenti di verniciatura descritti per primi, presentano normalmente buonei caratteristiche meccaniche, di durabilità e di resistenza chimica. Tuttavia, essi non sono particolarmente indicati quando si richiede elevata flessibilità abbinata ad un elevato grado di durezza. Inoltre, la resistenza alla macchiabilità non è delle migliori e la brillantezza finale, normalmente, non raggiunge valori superiori a 90-92 gloss, determinata a 60°, secondo il metodo A.I.C.C. n.7. (Associazione Italiana Coil Coating). Questo metodo equivale ai metodi A.S.T.M.D523 e ECCA T2.

D'altro canto, i rivestimenti del secondo tipo, quelli cosiddetti a film laminato, presentano limitazioni estetiche e di durezza; inoltre, i rivestimenti a base di film di PVC potrebbero, in un prossimo futuro, essere banditi per motivi ecologici e di riciclabilità.

Infine, il procedimento misto, descritto per ultimo, permette di ottenere laminati metallici prerivestiti nettamente migliori di quelli ottenibili con gli altri due procedimenti, ma poiché comporta una doppia lavorazione (per l'applicazione della vernice prima e dell'adesivo successivamente) ha lo svantaggio di essere sensibilmente più costoso.

Vi era quindi l'esigenza di trovare un procedimento per produrre laminati metallici prerivestiti, multistrato, che permettesse di ottenere un prodotto con caratteristiche complessive uguali o migliori di quelle ottenibili con il suddetto procedimento misto, ad un costo decisamente inferiore.

E' pertanto compito della presente invenzione di mettere a disposizione un procedimento economico, per il rivestimento multistrato, vernice/film di rivestimento, di nastri o di lastre di lamiera metallica, in un unico passaggio, su una comune linea per coil coating a due forni.

Detto compito è assolto, secondo la presente invenzione, mediante un procedimento come definito nella rivendicazione principale.

Più precisamente il procedimento dell'invenzione consiste nell’impiego di una particolare vernice pigmentata, o trasparente, (liquida o in polvere) avente proprietà adesive nei confronti del film finale. In questo modo è possibile, in un unico passaggio, ottenere un rivestimento multistrato composto da una vernice pigmentata o no e da un film trasparente di rivestimento .

Con questo procedimento, la vernice di cui sopra assolve a due compiti ben distinti:

(a) dare le caratteristiche di base e il colore (funzioni tipiche di una vernice tradizionale);

(b) svolgere la funzione di ancorante permanente nei confronti del film di rivestimento finale.

Non è quindi più necessaria una successiva operazione di applicazione dell'adesivo. Questo è il cuore dell'invenzione.

I rivestimenti multistrato ottenuti con il procedimento dell'invenzione presentano ottime caratteristiche; in particolare, essi presentano: (a) un aspetto estetico molto attraente come profondità di immagine e specularità;

(b) brilantezza molto elevata, generalmente superiore a 100 gloss, misurata col metodo A.I.C.C. n. 7 (equivalente a A.S.T.M. D523 e ECCA T2);

(c) superficie finale' estremamente dura, oltre 2H, misurata col metodo A.I.C.C. n. 11 (equivalente a A.S.T.M. D3363 e ECCA T4);

(d) superficie resistente alle macchie e idonea a venire a contatto anche con prodotti alimentari;

(e) ottima pulibilità; macchie di qualsiasi tipo (anche vernice) possono essere asportate mediante pulitura con solventi (alcooli o chetoni) senza lasciare nessuna traccia o alone sul film di rivestimento. Questi laminati possono quindi essere usati come superficie anti "graffiti";

(f) completa assenza di microfessurazioni quando il supporto metallico è sottoposto a piegatura e deformazioni molto severe;

(g) resistenza molto elevata agli agenti chimici, sia per la natura stessa del sistema, sia per l'assenza di microfessurazioni dopo la lavorazione;

(h) ottima resistenza agli agenti atmosferici, in caso dell'impiego di film particolari o dell'impiego del ciclo a strati invertiti (v. esempio 3).

Il procedimento dell'invenzione è risultato molto versatile anche per quanto concerne il modo di applicare il rivestimento multistrato. Infatti, il rivestimento può essere applicato con il metodo coil coating, sheet coating, preverniciatura con polveri e con qualsiasi altro metodo in cui dopo l'applicazione della vernice e successiva cottura è possibile applicare direttamente su di essa un film mediante calandratura. Secondo un modo di operare preferito, dopo aver effettuato le normali operazioni di pretrattamento della superficie metallica da rivestire, si applica in una normale linea per coil coating, avente due cabine di applicazione e due forni di essicazione - una mano di fondo (o primer) sul nastro che, successivamente, viene fatta essiccare nel primo forno, dopo di che si applica la vernice pigmentata con proprietà adesive già descritta, che viene attivata nel secondo forno, infine si applica su di essa il film trasparente di rivestimento, mediante calandratura.

Secondo un altro metodo preferito, della presente invenzione, si può applicare la vernice pigmentata con proprietà adesive direttamente sul nastro metallico, sènza mano di fondo ( primer) , quindi si attiva detta vernice mediante riscaldamento in forno e sulla stessa così attivata si applica il film di rivestimento trasparente, mediante calandratura e, successivamente, detto film viene rivestito con uno strato di smalto pigmentato e essicato nel secondo forno.

Secondo la presente invenzione, si può impiegare qualsiasi film trasparente del tipo normalmente usato per la preparazione di laminati metallici, tuttavia, preferibilmente, si segnalano i film poliestere quale poiietilentereftalato (PET) o polietilennaftenato, film acrilici, film polivinilfluoruro (PVF) e film poiiammidici, aventi uno spessore compreso tra 10 e 50 pm.

La vernice adesiva utile per il procedimento secondo l'invenzione, contiene un legante costituito da una resina poliestere "oil-free", da una resina melaminica e/o da un isocianato bloccato, con presenza di gruppi funzionali ossidrilici in grado di reagire, almeno in parte, con i gruppi isocianici del poliisocianato o con la resina melaminica. Oltre che da resina poliestere, il legante con gruppi funzionali ossidrilici può essere costituito anche da altre resine quali per esempio polioli, polietsri, ooliacrilati, poliglicoli e da altri polimeri filmogeni con gruppi ossidrilici.

Di preferenza, il legante con gruppi funzionali ossidrilici έ costituito da un poliestere saturo, di alto peso molecolare, in combinazione con minori quantità di resine melaminiche e/o di isocianati bloccati. Tra questi, sono preferiti i poliesteri saturi, lineari di peso molecolare compreso tra 10.000 e 25.000, con una temperatura di transizione vetrosa compresa tra 40°C e 70°C, e un numero di ossidrile tra 5 e 10, espresso in mg/.KOH.

Gli isocianati bloccati utili per le vernici con proprietà adesive possono essere sia di tipo alifatico, cicloalifatico o aromatico. Particolarmente utili sono i poliisocianati cicloalifatici ed alifatico .

Gli isocianati bloccati, comunemente reperiti, li in commercio hanno attualmente una base cicloalifatica o alifatica, come per esempio il VESTANAT B 1481, il VESTANAT B 1370, il vestanat B 1358 A,tutti della HULS AG ed il DESMODUR BL 3175 della BAYER AG di Leverkusen (Germania).

Con il termine "poliisocianato"usato per designare i suddetti prodotti si intende indicare resine con struttura di triisocianato come l'isoforondiisocianato (IPDI) e di esametilendiisocianato,per gli agenti bloccanti.attualmente preferiti sono le ossime o il caprolattame.

In alternativa ai poliisocianati bloccaci, o in combinazione con essi,si possono usare delle resine esametossimetilmelaminiche. Una resina di questo tipo attualmente preferita è la CYMEL 303 della DYNO CYTEC di Rotterdam (Paesi Bassi).

Come detto nella domanda N. M l SL/À 000 il termine poliisocianato designa innanzittutto dei diisoclanati, anche se la molecola di poliisocianato OLIÒ contenere anche più di due gruppi di isocianato, come per esempio nel caso dei triisocianati e dei tecraisocianati. Com' è noto ai tecnici del ramo, i poliisocianati bloccati sono prodotti facilmente reperibili in commercio, i cui gruppi isocianato sono stati fatti reagire, per esempio, con un alcool, un fenolo, un glicole o anche con caprolattame.

Un poliisocianato bloccato attualmente preferito per la preparazione delle vernici adesive utili per il procedimento dell'invenzione è costituito da un addotto dell'isoforondiisocianato bloccato con caprolattame. In alternativa all'isocianato bloccato o in combinazione con esso si possono impiegare per esempio delle resine esametossimetiImelaminiche.

I solventi utili per la preparazione della vernice adesiva sono quelli comunemente usati nel settore appartenenti, per esempio, alla classe degli idrocarburi aromatici, degli esteri, degli eteri, dei chetoni. Naturalmente, i solventi devono essere in grado di sciogliere tutti i componenti organici della vernice. Particolarmente preferiti sono i solventi appartenenti alla classe degli idrocarburi aromatici ad elevato punto di ebollizione, gli esteri e i glicoli. ·

Oltre ai componenti sopra esposti la vernice adesiva può contenere pigmenti inorganici od organici, coloranti di pigmentazione e tutti quelli ausiliari e/o additivi comunemente usati nella tecnica per la preparazione di vernici per coil coating.

Ovviamente, la vernice può anche non contenere alcun tipo di pigmento o materia colorante quando si voglia un rivestimento trasparente per mettere in evidenza l'aspetto del metallo sottostante.

La presente invenzione verrà ora meglio illustrata mediante alcuni esempi applicativi.

Esempio 1

Operando su una comune linea di verniciatura coil coating, la bobina di lamiera d'acciaio 'viene srotolata e il nastro piano è quindi sottoposto a un normale procedimento di pretrattamento che comprende le seguenti operazioni: sgrassatura, spazzolatura e conversione chimica (fosfatazione e cromatazione). Quindi, il nastro d'acciaio viene risciacquato e sottoposto a passivazione.

Dopo asciugatura, il nastro viene ricoperto a rullo di una mano di fondo, o primer, dello spessore a secco, compreso tra 5 e 20 pm, a seconda della composizione del primer e dell'aspetto finale che si desidera ottenere. Quindi si essica in forno a una temperatura (P.M.T.) compresa tra 210 e 240°C. Dopo raffreddamento e asciugatura, si applica, a rullo, la vernice adesiva liquida in quantità tale da ottenere uno spessore a secco della pellicola di vernice di circa 20 μm . Quindi, si attiva la vernice in forno a una temperatura (P.M.T.) compresa tra 200 e 230°C.

All'uscita dal forno, al nastro di lamiera così verniciato viene applicato, mediante calandratura, un film di poliestere (PET) e polivinilidencloruro (PVdC) coestrusi, trasparente, dello spessore di circa 15 μm . Lo strato, interno, di PVdC facilita il legame permanente tra il film stesso e la vernice adesiva. Il laminato così ottenuto viene raffreddato a temperatura ambiente mediante aria e pioggia d'acqua.

Con la stessa metodologia, oltre a laminati d'acciaio, si possono preparare laminati d'alluminio, d'acciaio zincato, Galfan, ecc.

Inoltre, l'applicazione della vernice liquida può essere effettuata con qualsiasi altro metodo di verniciatura quale, per esempio, l'applicazione a racla, a spruzzo, o mediante un metodo di verniciatura a velo.

Esempio 2

In questo esempio si descrive la produzione di laminati metallici in foglio con vernice adesiva in polvere (sheet coating). Dei fogli di lamiera d'acciaio zincato vengono sottoposti a un normale Grattamento·di conversione chimica. Successivamente, si applica mediante spruzzatura elettrostatica la vernice adesiva, in polvere, in una o più riprese fino ad ottenere uno spessore secco della pellicola di vernice compreso tra 30 e 50 μm. Dopo adeguato appassimento della vernice, si passa in forno per l'essicazione a 200-220°C (P.M.T.). All’uscita dal forno, ai fogli cosi verniciati si applica; mediante calandratura un film trasparente di poliestere (ΡΞΤ) coestruso, analogo a quello usato nell'Esempio 1, avente uno spessore di circa 15 μm. Il laminato così ottenuto viene portato a temperatura ambiente mediante aria e pioggia di acqua.

Allo stesso modo si possono laminare lastre d'alluminio o d'acciaio. Ovviamente, particolarmente in quest'ultimo caso, prima della conversione chimica, potrà esser necessario un pretrattamento per la sgrassatura e/o spazzolatura della lamiera metallica.

Esempio 3 (ciclo a strati invertiti)

Operando come negli esempi precedenti, la lamiera viene sottoposta alle comuni operazioni di pretrattamento. Successivamente, si applica uno strato di vernice adesiva alla quale, preventivamente, erano stati aggiunti dei pigmenti aventi caratteristiche anticorrosive, quali ad esempio pigmenti a base di cromato di stronzio, fosfato di zinco, e simili. Lo spessore a secco dello strato di vernice è di circa 20 μm. La vernice viene quindi attivata in forno a una temperatura (P.M.T.) compresa tra 200 e 230°C.

All'uscita dal forno, al nastro di lamiera cosi verniciato viene applicato, per calandatura, un film di poliestere (PET)coestruso analogo a quello dell'esempio 1 dello spessore di circa 15 /am. Dopo raffreddamento, sui lato esterno del film poliestere, si applica quindi uno strato di vernice pigmentata avente particolari caratteristiche di resistenza agli agenti atmosferici. Lo spessore, a secco di questo strato di vernice è di circa 15-20 /arri. Quindi si passa in forno per l'essiccazione a una temperatura (P.M.T.) di circa 220-240°C.

Vernici adesive utili per l'attuazione del procedimento della presente invenzione sono descritte nella domanda di brevetto M. WlQU 4 000946 depositata in pari data a nome della richiedente della presente domanda di brevetto, e il cui

contenuto è da intendersi qui integralmente trascritto.

Qui di seguito sono messe a confronto in forma sinottica, le principali caratteristiche dei rivestimenti tradizionali con quelle dei rivestimenti multistrato del procedimento della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per il rivestimento multistrato, vernice più film trasparente di materiale plastico, particolarmente adatto per il rivestimento di lamiera metallica, caratterizzato dal fatto che detta lamiera metallica dopo essere stata sottoposta alle usuali operazioni di pretrattamento, viene ricoperta con uno strato di vernice con proprietà adesive, così da originare uno spessore a secco di 15-40 pm, quindi si attiva la vernice in forno a una temperatura (P.M.T.) di 200-230°C e, all'uscita dal forno, sulla lamiera metallica verniciata si applica, a pressione un film trasparente di polietilenteref talato coestruso, dello spessore di 10-50 pm.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che sulla lamiera pretrattata si applica una mano di fondo (primer) dello spessore a secco di 5-50 μm, si scalda in forno a una temperatura (P.M.T.) di 210-240°C, successivamente si raffredda e si applica, su detto strato di fondo, uno strato di vernice con proprietà adesive, per uno spessore a secco di 15-40 pm, si attiva la vernice in forno a una temperatura (P.T.M.) di 200-230°C e, all'uscita dal forno, sulla lamiera metallica verniciata si applica, a pressione, un film trasparente di polietilentereftalato coestruso dello spessore di 10-50 pm.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la vernice con proprietà adesive è in forma liquida.
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la vernice con proprietà adesive è in forma di polvere e lo spessore dello strato di vernice è compreso tra 20 e 60 μm.
5. Procedimento per il rivestimento multistrato, vernice più film trasparente di materiale plastico, particolarmente adatto per il rivestimento di lamiera metallica per uso esterno, caratterizzato dal fatto che detta lamiera metallica dopo essere stata sottoposta alle usuali operazioni di pretrattamento, viene ricoperta con uno strato di vernice con proprietà adesive contenente pigmenti anticorrosione, per uno spessore a secco di 10-30 pm, quindi si attiva la vernice in forno a una temperatura (P.M.T.) di 200-230°C, dopo di che sulla lamiera metallica verniciata si applica a pressione un film trasparente di polietilentereftalato coestruso dello spessore di 10-50 μm e, dopo raffreddamento, sopra il film di poliestere si applica uno strato di vernice pigmentata, resistente agli agenti atmosferici, per uno spessore a secco di 10-30 μm e si essica in forno a una temperatura (P.M.T.) di 220-240°C. In alternativa ai poliisocianati bloccanti, o in combinazione con essi/si possono usare delle resine esametossimetilmelaminiciie. Una resina di questo tipo attualmente preferita è la CYMEL 303 della DYNO CYTEC di Rotterdam (Paesi Bassi)."