Perché le aziende produttrici di vernici, rivestimenti e adesivi aggiungono l’ossido di zinco ai loro prodotti
L’ossido di zinco, o ZnO come viene più comunemente chiamato, è oggi un insidioso motore delle tecnologie di superficie. I formulatori lo incorporano in vernici, rivestimenti e adesivi perché una singola qualità ben selezionata può fornire protezione dai raggi ultravioletti, resistenza alla corrosione, durata antimicrobica, rafforzamento meccanico, stabilità ottica, controllo reologico e
Schermatura UV e fotostabilità
La struttura cristallina wurtzite dell’ossido di zinco ha un’ampia banda passante che interagisce fortemente con la radiazione ultravioletta nella regione di lunghezza d’onda compresa tra 280 e 400 nanometri. Quando sono disperse in una pellicola, le sue particelle assorbono e disperdono l’energia prima che i fotoni interagiscano con il legante organico. I rivestimenti architettonici per esterni si screpolano più lentamente; i rivestimenti trasparenti per il legno trattengono la lignina; i rivestimenti marini e automobilistici sono resistenti all’ingiallimento e alle crepe.
Prestazioni anticorrosione e barriera
In presenza di metalli, l’ossido di zinco fornisce una seconda linea di difesa. Dal punto di vista fisico, l’ossido di zinco addensa i rivestimenti e aumenta la tortuosità, ampliando il percorso pratico per acqua, ossigeno e ioni. Dal punto di vista chimico, può reagire con l’acqua per formare sali di zinco basici; i precipitati sigillano i microdifetti e rafforzano la barriera. Nei primer epossidici e poliuretanici, la superficie polare dello ZnO favorisce la bagnatura e l’adesione su substrati in acciaio e galvanizzati e riduce la corrosione sottopelle nei test in nebbia salina e umidità. Non è un pigmento sacrificale come la polvere di zinco metallico, ma fornisce tempo prezioso alla ruggine rossa e riduce le bolle di corrosione dopo la scalfittura.
Resistenza agli antimicrobici e alle muffe
Parte dello zinco rilasciato sulla superficie del rivestimento interferisce con le membrane e i processi metabolici dei microrganismi.
Questo meccanismo d’azione inorganico e di lunga durata rende lo ZnO efficace nei bagni, nelle cucine, negli ospedali, negli stabilimenti alimentari e negli scantinati umidi, dove la muffa e gli odori sono un problema costante. Gli adesivi e i sigillanti a base d’acqua migliorano anche nello stoccaggio; una bassa dose di ZnO previene la formazione di melma e mantiene puliti i serbatoi e i tubi senza affidarsi esclusivamente a conservanti volatili.
Rinforzo meccanico e tenacità
L’ossido di zinco è un riempitivo attivo. La sua superficie polare ad alta energia interagisce con la funzionalità epossidica, acrilica, poliuretanica, nitrilica e cloroprenica, aumentando la forza coesiva. I film sono più duri, più resistenti all’abrasione e più resistenti ai blocchi. Gli adesivi strutturali e sensibili alla pressione presentano un aumento del modulo e della resistenza al creep, che mantiene la geometria della linea di giunzione sotto temperatura e carico. Poiché lo ZnO può essere utilizzato in particelle di piccole dimensioni, questi vantaggi si ottengono senza eccessiva fragilità o opacità.
Controllo e applicazione della reologia
Lo ZnO correttamente disperso garantisce una delicata tissotropia. Durante la spazzolatura, la laminazione o la spruzzatura, la viscosità si abbassa per favorire il livellamento; dopo l’applicazione, rimbalza, resistendo all’abbassamento dei bordi e alla sedimentazione dei pigmenti. I gradi trattati in superficie – silani, stearati o rivestimenti polimerici – permettono ai chimici di regolare la compatibilità con i leganti e i tensioattivi, riducendo la flocculazione con il biossido di titanio e i coloranti organici. Il risultato è un’applicazione più fluida, un taglio più netto e un film omogeneo in verticale.
Gestione ottica e stabilità della tinta
Non ha eguali in termini di luminosità, anche se il TiO₂ può causare difetti di colore e fotocatalisi. Miscelando una miscela di ZnO si compensano i sottotoni, si migliora la coprenza nel vicino UV e si prolunga la longevità dei colori chiari quando vengono esposti ai raggi UV. La protezione UV “invisibile” è offerta dalle particelle di ossido di zinco su scala nanometrica utilizzate nelle vernici trasparenti, che non causano né opacità né perdita di nitidezza dell’immagine; inoltre proteggono il legno, la plastica e le immagini stampate dalla degradazione dei raggi UV sotto le superfici verniciate in modo brillante.
Durata termica e chimica
Grazie al suo punto di fusione intorno ai 1975°C e alle sue proprietà anfotere, l’ossido di zinco è resistente alle condizioni di polimerizzazione e limita l’azione di acidi o basi che possono incrinare altri film. I prodotti rivestiti in bobina, resistenti al calore, utilizzano lo ZnO per mantenere la lucentezza e la flessibilità durante i ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento. Gli ambienti aggressivi delle raffinerie, degli impianti di fertilizzazione e delle operazioni di trattamento delle acque reflue consentono allo ZnO di mantenere le sue proprietà barriera nonostante l’esposizione a detergenti, carburanti e residui di sale che cercano di distruggerlo.
Promozione dell’adesione e cinetica di polimerizzazione
I centri di zinco forniscono una funzionalità acida di Lewis che si coordina bene con un donatore di ossigeno o di azoto, catalizzando così la reticolazione interfacciale. La gelificazione più rapida in prossimità del substrato si tradurrà in tempi di produzione più brevi nelle linee di produzione, oltre a migliorare la resistenza al taglio e l’
Tabella 1: Promozione dell’adesione e cinetica di polimerizzazione dello ZnO in rivestimenti e adesivi
| Caratteristiche/Benefici | Meccanismo | Risultato |
| Catalisi della reticolazione interfacciale | Zn²⁺ agisce come un acido di Lewis; si coordina con donatori di ossigeno o azoto | Gelificazione più rapida in prossimità del substrato; maggiore produttività |
| Adesione migliorata | Interazione chimica tra ZnO e matrice polimerica | Aumento della resistenza al taglio e al distacco |
| Supporta la chimica di polimerizzazione dell’umidità | Partecipa alla condensazione dei sistemi a base di silano o di poliuretano | Migliora la durata del film, soprattutto in condizioni di umidità |
| Mantiene l’integrità del film sotto stress da polimerizzazione | Stabilizza le interazioni di incollaggio in tutti gli intervalli di temperatura | Migliore ritenzione della geometria dell’incollaggio e affidabilità meccanica |
Vantaggi in termini di sostenibilità e conformità
Il composto migliora la qualità dell’aria interna riducendo i VOC, poiché è un agente a bassa emissione e a basso odore. La maggiore durata porta anche a tassi di riverniciatura più bassi, con conseguenti minori emissioni nel corso della vita utile. L’uso di zinco riciclato ha ottenuto le dichiarazioni ambientali di prodotto da parte di diversi fornitori, che ne hanno garantito il supporto ai requisiti di sostenibilità dell’azienda. Il processo di sostituzione dei conservanti, degli stabilizzatori UV o degli assorbitori UV migliora anche le relazioni sulla salute e la sicurezza, semplificando i requisiti chimici.
Specifiche, lavorazione e controllo qualità
I vantaggi risiedono nei dettagli. La distribuzione dimensionale delle particelle influisce sulle proprietà ottiche e sul rinforzo; le particelle submicroniche offrono la massima protezione dai raggi UV e la massima scorrevolezza, mentre le particelle di dimensioni leggermente superiori consentono di ottenere una migliore viscosità e un miglior rapporto qualità-prezzo. La superficie specifica influisce sui requisiti della tixotripsina e dei disperdenti. La chimica di superficie distingue le formulazioni a base acquosa da quelle a base solvente, garantendo che lo ZnO non reagisca negativamente con i componenti essiccanti o catalitici. L’assenza di impurità, in particolare di piombo, cadmio e cloruro, rimane essenziale per la conformità e non catalizza la colorazione. Per quanto riguarda la produzione, i premiscelati che utilizzano un’elevata forza di taglio consentono di bagnare le particelle di ZnO, mentre i disperdenti specifici prevengono gli agglomerati controllando la velocità di aggiunta e la temperatura.
Economia e prova
Nonostante il costo potenzialmente più elevato rispetto agli additivi passivi, il risparmio effettivo ottenuto con l’uso dello ZnO è solitamente compensato dai suoi vantaggi, come la maggiore durata, la riduzione dei richiami, la riduzione dei conservanti, il miglioramento del tasso di produzione e i tempi di polimerizzazione più rapidi. Anche i test standard, come QUV, xenon, nebbia salina, umidità, abrasione, impatto, piegatura e taglio a giro, possono esprimere i benefici.
Conclusione
Il motivo per cui i fornitori di formulazioni ‘ aggiungono l’ossido di zinco è la sua multifunzionalità. Protegge dai raggi solari, inibisce la corrosione, riduce la crescita microbica, aumenta la resistenza dei film sottili, migliora la facilità di applicazione, regola i colori, protegge dal calore e dagli agenti chimici, migliora l’adesione e, se necessario, supporta contemporaneamente gli obiettivi di sostenibilità. L’ossido di zinco può svolgere molteplici funzioni quando le sue caratteristiche, come la dimensione delle particelle, i trattamenti superficiali e la purezza, sono ottimizzate.
