Vernici e pitture

Le vernici e le pitture sono prodotti di rivestimento fluidi e semifluidi che, applicati su una superficie in strato sottile, si trasformano, dopo un certo tempo, in una pellicola ricoprente solida. La trasformazione da fluido a solido può aver luogo per evaporazione del solvente, per reazione chimica o per entrambi questi processi. Questi prodotti sono applicati a pennello, rullo o a spruzzo e sono utilizzati quali elementi estetici e contro l’azione di degrado degli agenti atmosferici.
Per garantire un massimo di protezione e di durabilità è necessario applicare la pittura in più strati (mani) successivi. Il primo, o mano di fondo, garantisce l’adesione tra substrato e gli strati successivi. Viene poi il sottosmalto, che serve a coprire quello che si trova al di sotto e consente di ottenere una superficie opportuna per l’applicazione della mano finale, o di finitura. Questa conferisce l’aspetto richiesto per quanto riguarda colore e brillantezza. Sono disponibili pitture in grado di fornire alla superficie trattata una finitura da molto brillante, capace di riflettere oltre il 70% della luce incidente, a semibrillante (70-30%), a guscio di uovo (30-6%), a intermedia tra guscio di uovo e opaca (6-2%), a opaca (è riflessa meno del 2% della luce incidente).

Terminologia

Numerosi sono i tipi di pitture oggi disponibili in commercio. Per la loro classificazione ci si può basare sull’utilizzo al quale sono destinate o alla natura del veicolo impiegato, poiché è soprattutto il veicolo che condiziona l’aspetto della pittura e le sue caratteristiche tecnologiche.
Sino all’inizio del ‘900 tutte le pitture erano del tipo a olio. Consistevano in una miscela di olio siccativo – in genere olio di lino cotto – di pigmento, di solvente per la diluizione – in genere essenza di trementina – e di additivi per favorire l’essiccamento.
Lo sviluppo delle resine sintetiche ha permesso, in seguito, di realizzare pitture dotate di elevata brillantezza e di tempi di essiccamento molto ridotti.
Dal punto di vista terminologico si definisce pittura il prodotto pigmentato coprente e colorato che consente di rivestire una superficie conferendole un colore. La pittura è costituita da “veicolo” e “pigmento”. Il veicolo è costituito da sostanze filmogene, solvente, diluente, additivi, plastificanti.
È definito vernice il prodotto non pigmentato, in pratica trasparente. In altri termini si può definire “pittura” la vernice con aggiunta di sostanze pigmentanti.
Sono chiamati smalti, le pitture a olio o sintetiche o le vernici pigmentate capaci di conferire alla superficie del prodotto verniciato un aspetto brillante e speculare analogo a quello degli smalti ceramici.

Costituenti

I principali costituenti che entrano nella preparazione delle diverse classi di prodotti vernicianti, sono elencati di seguito.

  • Sostanze filmogene: hanno il compito di formare, dopo che la vernice è stata messa in opera, una pellicola, dura, flessibile, elastica, insolubile, impermeabile e aderente alla superficie del materiale sulla quale sono state applicate. Si usano all’uopo oli grassi, essiccativi, resine naturali e sintetiche, derivati cellulosici, bitumi. Queste sostanze possono dare origine al film protettivo in modi diversi. Per gli oli siccativi il film protettivo si forma per polimerizzazione auto-ossidativa operata dall’ossigeno atmosferico. Per le resine naturali, solubili in un solvente volatile, il film si forma per evaporazione del liquido. Per molte resine sintetiche, usate in uno stato di polimerizzazione o di policondensazione parziale, il film prende origine dal procedere di questo processo di polimerizzazione che si effettua o a temperatura ambiente, o a caldo, in presenza di catalizzatori. Il film può formarsi da resine sintetiche, in emulsione, per deposizione delle singole particelle che si saldano le une alle altre per fusione, provocata da riscaldamento, oppure a temperatura ambiente a seguito della rottura dell’emulsione e all’evaporazione dell’acqua.
  • Pigmenti: sostanze che sono aggiunte per impartire ai prodotti vernicianti un potere coprente atto a mascherare l’aspetto della superficie sulla quale il prodotto è applicato. Conferiscono alla pellicola formata la colorazione desiderata. A volte assolvono anche altri compiti quale quello di una maggiore durezza e adesione della pellicola e, talvolta, anche azione anticorrosiva nei riguardi del metallo da ricoprire. Inoltre, modificano la consistenza delle pitture dando loro più corpo.
    I pigmenti secondo la natura si possono distinguere in: inorganici o minerali costituiti da ossidi, solfuri, carbonati, silicati ecc.; metallici, costituiti da polveri di metalli o loro leghe (fra le più usate sono le polveri di alluminio, di zinco, di bronzo); organici naturali o sintetici costituiti da coloranti insolubili o da coloranti solubili precipitati o adsorbiti sul supporto inorganico di allumina idrata, solfato di bario ecc.
    Per lungo tempo i principali pigmenti bianchi sono stati la biacca (carbonato basico di piombo), il bianco di zinco (ossido di zinco) e il litopone (miscela di solfuro di zinco e solfato di bario). Oggi sono stati sostituiti sul piano dell’opacità, del potere ricoprente e della tossicità, dal biossido di titanio. Di questo si impiega la forma cristallina nota come rutilo, esente dal difetto proprio invece della forma cristallina anatasio, che è causa dello “sfarinamento” delle vernici (perdita di lucentezza e formazione di una superficie polverulenta). Per quanto attiene i pigmenti colorati, di particolare interesse sono i composti organici capaci di formare chelati con i metalli (chelato è un composto nel quale uno ione metallico è legato a una molecola o a uno ione, in genere organici, con due legami di tipo complesso o l’uno complesso e l’altro ionico).
  • Solventi: liquidi che hanno il compito di sciogliere o disperdere le sostanze filmogene e gli altri componenti, dando al prodotto una buona fluidità. Una volta che le vernici o le pitture sono state applicate, tali solventi devono evaporare e vanno perduti. Nel caso di solventi costosi si cerca di sostituirli in parte con diluenti, liquidi che non sono solventi ma che aggiunti al prodotto ne riducono la viscosità senza far precipitare i composti già disciolti. La capacità solvente si misura oltre che dalla quantità di sostanza portata in soluzione, anche dalla viscosità presentata dalle soluzioni.
    Altri requisiti dei solventi sono un’elevata velocità di vaporizzazione – per ottenere una facile eliminazione del solvente dalle vernici dopo applicazione – e una bassa viscosità – per assicurare una facile scorrevolezza al prodotto -. Inoltre, i solventi non devono essere tossici, irritanti, o infiammabili o formare miscele esplosive.
    I solventi, al momento dell’essiccazione, possono essere causa di ritiro del film con conseguenti difetti in superficie. Per questo motivo si ha interesse, quando possibile, a realizzare pitture senza solvente.
  • Additivi vari: sostanze con compiti particolari: siccativi (accelerano la formazione della pellicola), plastificanti (conferiscono maggiore flessibilità alle pellicole), disperdenti (impediscono o rallentano il depositarsi dei pigmenti).
  • Riempitivi, cariche: prodotti che hanno funzioni diverse come rendere il prodotto più economico, dare maggiore corpo al prodotto, migliorare l’aderenza, conferire resistenza all’abrasione. I più comuni sono: la barite (solfato di bario) che rinforza il film; il caolino che dà finiture semibrillanti; la mica, che impedisce le spellature.
  • Diluenti: la funzione è stata già illustrata. Per l’importanza che assume questo prodotto, le pitture si possono classificare in base al diluente che si impiega. Si hanno così le pitture al solvente e all’acqua.
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    Pitture al solvente

    Si tratta di vernici costituite, in genere, da resine polimeriche, da solventi (soprattutto toluolo e xiluolo, in misura inferiore solventi aromatici, esteri e acetati), da pigmenti, da cariche ed eventuali additivi. Le sostanze che evaporano (solventi volatili) costituiscono circa dal 10 a150% della vernice.
    In queste pitture il meccanismo predominante per la formazione del film può consistere nell’evaporazione del solvente, nell’ossidazione, nella polimerizzazione o in altra reazione chimica.
    Come esposto in precedenza, le vernici più antiche sono a base di oli siccativi. Gli oli siccativi sono costituiti da acidi grassi. I più usati sono gli oli di lino, di ricino, di legno di Tung. L’indurimento di questi prodotti è dovuto a ossidazione. Al procedere di questa, si ha solidificazione con formazione di un film. Questa reazione è molto lenta e può essere accelerata aggiungendo sali di metalli pesanti con acidi grassi, chiamati “essiccativi”. L’aggiunta di resina naturale, per esempio le copali, all’olio di lino migliora le proprietà di stendibilità, la velocità di essiccazione e la brillantezza. Queste vernici presentano, in ogni caso, una lenta essiccazione, sono poco resistenti all’umidità e si infragiliscono.
    Un’evoluzione degli oli siccativi si è avuta con l’introduzione delle resine alchidiche e delle resine poliestere. Queste ultime possono essere considerate un particolare tipo di resine alchidiche. La differenza tra le due è che le poliestere sono costituite da catene lineari, mentre le alchidiche da catene ramificate. Ambedue le vernici sono addizionate di oli siccativi, perciò sono soggette ai medesimi meccanismi di ossidazione e indurimento di questi oli. Queste vernici sono definite in base al rapporto resina:olio, rapporto chiamato lunghezza di olio. Un rapporto di 1:2 dà una vernice a corto di olio, uno di 1:3 una vernice a medio di olio e uno di 1:4 una vernice a lungo di olio. Le vernici a corto di olio sono caratterizzate da pellicole dure a rapida essiccazione, di elevata brillantezza ma scarsa flessibilità, mentre quelle a lungo di olio essiccano più lentamente, ma presentano elevata flessibilità e buona durabilità, proprietà che le rendono utilizzabili per pitture a utilizzato esterno.
    Le resine alchidiche e poliestere sono ancora le più usate per essiccamento all’aria. Sono efficaci per la protezione contro la corrosione e non richiedono particolare preparazione delle superfici. Inoltre, sono a basso costo. Devono essere messe in opera a temperature non inferiore a 10 °C e umidità ambiente non troppo elevata.
    Le resine alchidiche e poliestere possono essere modificate con altri polimeri per migliorare alcune proprietà come il tempo di essiccazione, la resistenza chimica e all’umidità.
    La modifica più appariscente è quella che si ottiene per aggiunta di particolari poliammidi. Il prodotto che si ottiene risulta tixotropico. Tali sono i prodotti che in quiete mostrano un’elevata viscosità con assenza di scorrimento. Applicando sforzi meccanici come l’azione di un pennello, il prodotto diminuisce la propria viscosità e fluisce, ritornando nella situazione iniziale al cessare dello sforzo applicato.
    Importanti sono le resine alchidiche modificate con le resine epossidiche. Si ottengono vernici con ottima adesione ai metalli e maggiore resistenza agli agenti chimici e all’umidità.
    Le vernici con resine acriliche possono essere formulate sia come termoplastiche sia come termoindurenti. Quelle a base di polimeri termoplastici, in genere metacrilati, non subiscono reazioni chimiche durante e dopo l’applicazione. Essendo i pesi molecolari piuttosto elevati, richiedono notevoli quantità di solvente per ridurre la viscosità. Queste vernici essiccano all’aria per semplice evaporazione del solvente. Spesso sono impiegati riscaldamenti in stufe per ridurre il tempo di evaporazione del solvente. A caldo, inoltre, il polimero rammollisce e, in conseguenza, si ha un miglioramento dell’aspetto finale per effetto di un autolivellamento, che elimina imperfezioni di applicazione. Il maggior impiego si ha nel campo industriale per le caratteristiche di durezza, brillantezza e resistenza agli agenti UV. Il punto debole è nella necessità di utilizzare per l’applicazione notevoli quantità di solventi inquinanti. Le vernici acriliche a base di polimeri termoindurenti sono costituite da polimeri con pesi molecolari inferiori a quelli precedenti e polimerizzati solo dopo la loro applicazione. Il basso peso molecolare fa sì che presentino una minore viscosità: ciò comporta un minore uutilizzo di solvente. La successiva reticolazione porta a film con elevata durezza e brillantezza e ottima resistenza alle alte temperature e agli agenti chimici.
    Vernici con resine epossidiche. Un sistema epossidico reticolante consta di due componenti che sono mescolati immediatamente prima dell’applicazione. Il primo componente contiene la resina, il solvente e, se del caso, il pigmento, mentre il secondo è costituito dall’agente reticolante o dal catalizzatore. Le proprietà delle vernici epossidiche dipendono dal tipo e dal peso molecolare della resina epossidica utilizzata e dalla natura dell’agente reticolante.
    Le resine epossidiche, nelle diverse formulazioni, portano a prodotti con ottima flessibilità e con particolare resistenza all’acqua. Alcune, polimerizzate ad alta temperatura (superiore almeno a 120 °C) formano rivestimenti molto resistenti agli acidi e agli alcali. Sono, quindi, molto utilizzate per il rivestimento interno di cisterne, serbatoi ecc.
    Vernici a base poliuretani. Si ottengono per polimerizzazione di componenti contenenti gruppi isocianici (-NCO) con polioli. I componenti sono conservati in recipienti separati fino al momento dell’uso. Le principali proprietà del rivestimento poliuretanico derivano dal poliolo. Sono questi costituiti da lunghe catene che danno come risultato finale resine flessibili e tenaci. Catene corte portano a film duri e poco flessibili. Sono presenti sul mercato anche altri prodotti a base poliuretanica combinati con resine acriliche, epossidiche, viniliche, alchidiche. Vernici poliuretaniche traspiranti si utilizzano per impermeabilizzare lastrici solari e pavimentazioni calpestabili. Oltre ai sistemi bicomponenti, esistono anche sistemi monocomponenti, reticolabili nell’atmosfera, dopo l’applicazione, per reazione con l’umidità ambiente.
    Vernici con resine viniliche. Sono sistemi a base di copolimeri di cloruro di vinile e acetato di vinile, che però richiedono per la loro applicazione alte percentuali di solvente.
    Lo stesso problema riguarda le vernici cellulosiche, la più nota delle quali è la nitrocellulosa usata per le caratteristiche di rapido essiccamento ed elevata durezza. I ricoprimenti a base di nitrocellulosa o di altri derivati della cellulosa sono, talvolta, indicati come lacche.
    Per il rivestimento di piscine o in ambiente marino si utilizzano anche vernici al clorocaucciù, prodotto questo ottenuto clorurando la gomma naturale.

    Pitture all’acqua

    Si distinguono a seconda che il veicolo è disperso o emulsionato in acqua. Le pitture in dispersione sono le pitture a calce. Queste sono formate da calce spenta dispersa in acqua. Sono di basso costo, di facile preparazione e interessanti per particolari applicazioni (su superfici di laterizi, cemento, to, gesso) e possono essere applicate anche su superfici umide, perché l’umidità del sottofondo può affiorare in un secondo tempo senza produrre alterazioni. Esse non hanno un elevato potere coprente e devono essere applicate in diverse mani successive. La calce si trasforma in carbonato, dando un prodotto inalterabile ma che spolvera, non è lavabile e neppure dotata di buona aderenza. Si può variare la viscosità e, quindi, la lavorabilità di tali sospensioni aggiungendo eteri di cellulosa. Un notevole miglioramento delle proprietà di queste pitture si è ottenuto incorporando in esse caseina (proteina che si ricava dal latte) o colla animale o destrina. Le pitture di questo tipo (pitture a colla) lasciano, con l’evaporazione del solvente, una pellicola dura che in molti casi è resa più flessibile incorporando nel prodotto olii – per esempio di ricino – che si emulsionano con facilità e agiscono da plastificanti. Queste pitture prendono anche il nome di tempere, e sono prodotte in forma di polvere asciutta o anche in pasta.
    Un altro tipo di pittura ad acqua è quella al cemento che trova impiego su murature sia in cemento sia in laterizio. È formata da una dispersione in acqua di cemento bianco e calce. Esse devono essere applicate in più mani e occorre mantenere la superficie umida per assicurare, dopo l’applicazione, l’idratazione del cemento.
    L’altra classe delle pitture ad acqua è quella delle pitture in emulsione, nelle quali si usa una resina polimerica, insolubile in acqua, ma dispersa in essa sotto forma di goccioline o di minute particelle. Con l’evaporazione dell’acqua, le particelle del polimero si riuniscono e si saldano le une alle altre formando una pellicola continua. Queste pitture possono essere diluite con acqua e presentano bassa viscosità. Con l’essiccazione non si perde solvente. La pellicola è elastica, impermeabile, ma piuttosto tenera. Essa può essere indurita per aggiunta di quantità anche piuttosto elevate di pigmento.
    Si hanno diversi tipi di pitture a emulsione secondo il polimero adoperato. Quelli più utilizzati appartengono al gruppo delle resine viniliche, stiroliche e acriliche.
    Queste pitture a emulsione vengono anche chiamate al lattice. Infatti, per la loro preparazione, non si disperde in acqua il polimero, ma si parte dai monomeri che sono polimerizzati, al giusto grado, in emulsione acquosa. Si ottiene un lattice abbastanza stabile al quale si aggiungono poi i pigmenti e gli additivi vari. Esse sono usate per pareti all’interno o all’esterno di edifici, per manufatti di legno e anche di metallo. Quelle usate per esterni contengono una maggiore percentuale di polimero.
    Queste pitture sono porose e consentono all’umidità, rimasta al disotto della pellicola, di essere eliminata senza causare la formazione di bollicine o il distacco di pellicola. Per contro, i polimeri che partecipano all’emulsione non possiedono un’elevata adesione e si notano inconvenienti quando le condizioni del substrato non sono particolarmente adatte. Oggi si è esteso l’uso di tali pitture a ricoprimenti, di elevata lucentezza, per legno e metallo.

    Pitture di fondo (sottofondi)

    Sono impiegate come primo strato di pittura. Hanno lo scopo di favorire l’adesione del sistema ricoprente al substrato e di proteggere il substrato dall’acqua e da eventuali altre sostanze. Non hanno il compito di contribuire alla durata o all’aspetto finale.
    Le pitture di fondo per legno presentano massima adesione e sufficiente flessibilità a compensare le variazioni dimensionali che hanno luogo quando il legno si rigonfia o si restringe a causa di variazioni di umidità. Le pitture destinate a legno posto all’esterno devono resistere anche alla penetrazione dell’umidità e alla conseguente tendenza di questa a ridurre l’adesione.

    Primer anticorrosivi

    I sottofondi per metalli devono aderire in modo perfetto al substrato e impedirne la corrosione. A questo scopo si incorporano pigmenti anticorrosivi, capaci di ritardare le reazioni che causano la corrosione. I più comuni fra questi pigmenti sono il minio, il cromato di zinco, il fosfato di zinco.

    • Minio di piombo. E il pigmento più conosciuto. Usato con olio di lino dà un ottimo primer, in modo particolare per il ferro. Ciò è dovuto alla formazione di complessi di piombo che evitano la corrosione dell’acciaio. Questi complessi non si formano in assenza di olio di lino. Pertanto il minio a rapida essiccazione basato su caucciù, resine viniliche o epossidiche è molto meno efficace nella protezione del ferro.
    • Cromato di zinco. Rilascia ioni cromato che passivano l’acciaio. Sono usati con una varietà di veicoli. L’asserita tossicità, la possibile cancerogenità, e l’accertata azione allergenica ne limitano sempre di più l’impiego.
    • Fosfato di zinco. Questo è un pigmento anticorrosivo molto usato. Può essere incorporato in quasi tutti i veicoli e, poiché è trasparente, permette di ottenere pitture di ogni colore. Effetti tampone e passivazione dell’acciaio sono alla base dell’azione anticorrosiva.
    • Zinco. Lo zinco metallico è molto usato come pigmento nei primer per la sua ottima resistenza alla corrosione atmosferica.

    Pitture ignifughe

    Prodotti di tipo normale resistono per un tempo più o meno breve a temperature fino a circa 150 °C. Per temperature superiori si deve ricorrere ad accorgimenti particolari. Un metodo è, per esempio, di incorporare un pigmento di alluminio in un veicolo che si elimina poi per combustione. Si otiene così la fusione dell’alluminio sulla superficie del substrato con un conseguente grado di protezione.

    Normativa UNI

    La UNI 8681 classifica i numerosi prodotti in base a diversi criteri che riguardano:

    • la costituzione generica (distinguendo tra vernici, pitture, pitture a spessore, stucchi, tinte e altri prodotti);
    • lo stato fisico (in soluzione, in emulsione acquosa, in dispersione acquosa, senza solventi, altro);
    • il tipo di essiccamento e d’indurimento (ad essiccamento fisico, a indurimento chimico ossidativo, a indurimento chimico reattivo, altro);
    • la brillantezza dopo l’applicazione ed essiccamento (in base alla ISO 2813: lucido, semilucido, opaco).