Smart Coatings: cosa sono i rivestimenti intelligenti?

Nell’ultimo decennio il settore della verniciatura industriale ha assistito ad un importante sviluppo dei prodotti vernicianti sulla scia della sostenibilità e della domanda di prestazioni sempre maggiori nonché di finiture sempre più accattivanti e di qualità. Questi prodotti vernicianti ad alto valore aggiunto e tecnologico sono definiti smart – dall’inglese intelligenti.

Cosa sono le smart coatings

Alla conferenza Smart Coatings III, svoltasi nel febbraio 2011, Jamil Baghdachi, professore con oltre 30 anni di esperienza nel settore dei rivestimenti presso la Eastern Michigan University's School of Engineers, ha affermato che: “i materiali che sono in grado di adattare dinamicamente le loro proprietà a uno stimolo esterno sono chiamati reattivi o intelligenti”. Con l’espressione “smart coatings” si intendono dunque tutti quei rivestimenti funzionali, o appunto intelligenti, in grado di rispondere agli stimoli ambientali o ad altre sollecitazioni provenienti dall’esterno.

I rivestimenti intelligenti sono realizzati con materiali avanzati e vantano una serie di proprietà fisiche, chimiche, elettriche e meccaniche che consentono loro di rispondere ai cambiamenti di luce, temperatura, ecc.

Le smart coatings sono progettate per rimanere passive sino a quando la superficie non sia stimolata da un agente esterno che fa sì che le proprietà del rivestimento si attivino.

Infine, i rivestimenti intelligenti combinano funzionalità avanzate al design offrendo dunque non solo protezione e vantaggi prestazionali, ma anche finiture estetiche accattivanti. Per questo motivo sono utilizzati in moltissimi settori industriali tra cui automotive, navale e architettura.

Tipologie di Smart Coatings

Vernici auto-rigeneranti

I rivestimenti con proprietà auto-rigeneranti hanno la capacità di riparare eventuali danni superficiali e recuperare le proprie prestazioni funzionali senza alcun intervento esterno. Spesso le proprietà auto-rigeneranti sono fornite da polimeri auto-riparanti (SHPs - Self-healing polymers) o inibitori di corrosione che vengono aggiunti durante la fase di formulazione della vernice.

Gli stimoli esterni, tra cui temperatura o luce, innescano le reazioni chimiche e fisiche necessarie ad attivare tali agenti auto-riparanti.

Sulla base di questo meccanismo, è stato recentemente scoperto da un team di scienziati e ricercatori del Korea Research Institute of Chemical Technology un rivestimento autoriparante in grado di eliminare i graffi presenti sulle nostre auto in soli 30 minuti.

Vernici auto-raffreddanti

I rivestimenti auto-raffreddanti sono sviluppati con l’obiettivo di riflettere la quasi totalità della luce del sole e, di conseguenza, raffreddare case, uffici, automobili o aerei senza l’utilizzo dell’aria condizionata, contribuendo a limitare il riscaldamento globale.

Nel 2020, gli ingegneri della Purdue University hanno sviluppato una vernice bianca a base di carbonato di calcio in grado di mantenere le superfici fino a 18 gradi Fahrenheit (-10° C) più fredde rispetto all'ambiente circostante, senza consumare energia. Questa vernice non è solo in grado di inviare calore lontano da una superficie, ma anche dalla Terra nello spazio profondo dove il calore viaggia indefinitamente alla velocità della luce. Questo impedisce al calore di rimanere intrappolato nell'atmosfera e non contribuisce al riscaldamento globale.

Normalmente, le vernici presenti sul mercato sono in grado di riflettere solo l'80% -90% della luce solare e non possono raggiungere temperature inferiori a quelle dell’ambiente circostante. Invece, la vernice bianca creata dai ricercatori della Purdue University riflette il 95.5% di luce solare e disperde efficientemente il calore a infrarossi.

Vernici fotoluminescenti

Queste vernici hanno un particolare effetto fotoluminescente che le rende adatte ad essere applicate su tutte quelle superfici che necessitano di essere luminose e visibili anche in condizioni di scarsa luce o buio. I rivestimenti fotoluminescenti contengono particolari pigmenti in grado di assorbire e immagazzinare la luce di giorno per restituirla poi al buio per un periodo di tempo prolungato.

Questa tipologia di vernice è principalmente utilizzata per verniciare biciclette, componenti per automobili e moto ma anche segnali stradali e d’emergenza.

Vernici anti-proliferazione microbica

Si tratta di rivestimenti resistenti ai microrganismi e che ne limitano la proliferazione. Il 99.99% dei batteri che vengono a contatto con le superfici trattate con queste specifiche vernici non riescono a svilupparsi e vengono distrutti.

Poiché sono in grado di limitare la presenza di microbi, germi e batteri, questa tipologia di rivestimenti è prevalentemente utilizzata nei luoghi – come ospedali e altri ambienti ad alta frequentazione - e sulle superfici – come arredo urbano, maniglie, tasti dell’ascensore - dove vi è la necessità di garantire un elevato livello di igiene.

Vernici fotocatalitiche

Le vernici fotocatalitiche sono state sviluppate per pulire l’aria dagli inquinanti atmosferici. Chiamate anche "vernici mangia-smog", esse sfruttano il processo fotocatalitico delle nanoparticelle di biossido di titanio - un catalizzatore sensibile ai raggi UV solari – in esse contenute per agire sugli ossidi di azoto, protagonisti delle reazioni chimiche nell’atmosfera che producono ozono. I fotocatalizzatori presenti in queste vernici scatenano una serie di reazioni fotochimiche che vanno a decomporre le sostanze inquinanti presenti nell’aria. Le vernici fotocatalitiche possono anche avere un effetto autopulente.

Vernici repellenti agli insetti

Zanzare, mosche e zecche spesso rappresentano un pericolo per la salute degli esseri umani in quanto sono importanti vettori di malattie infettive. Per questo motivo, negli ultimi anni sono state sviluppate vernici con azione repellente nei confronti degli insetti. Attraverso il rilascio controllato di sostanze repellenti (ma non nocive per l’uomo), il rivestimento allontana l’insetto, impedendogli di camminare o stazionare sulla superficie protetta, riducendo dunque il rischio di trasmissione di malattie.

Vernici antigraffiti

Il vandalismo da graffiti è ormai un fenomeno molto diffuso in tantissime città. Esistono ancora pochi mezzi in grado di combattere questo fenomeno, ma il settore delle vernici ce ne offre uno: i rivestimenti con proprietà antigraffiti.

Si tratta di speciali rivestimenti progettati per proteggere manufatti pubblici ed edifici dai graffiti, facilitando la pulizia della superficie senza dover ricorrere a una riverniciatura. Le vernici antigraffiti sono normalmente disponibili in un’ampia gamma di colori e finiture, inclusi i trasparenti e i metallizzati. Possono essere liquide o in polvere. Si dividono principalmente in due tipologie:

• Vernici antigraffiti sacrificali, chiamate così proprio perché sono applicate e poi “sacrificate”, quindi rimosse insieme al graffito.
• Vernici antigraffiti permanenti, che non degradano al momento della rimozione del graffito.

Il settore dei rivestimenti e delle vernici, così come la scienza e l’ingegneria dei materiali, sono in costante innovazione e alla continua ricerca di nuovi supporti, pigmenti e finiture che consentano di ottimizzare le prestazioni estetiche e funzionali.

Negli anni, ipcm_International Paint&Coating Magazine ha pubblicato numerosi articoli sulle smart coatings, sia liquide sia in polvere, illustrandone le caratteristiche, gli effetti e i campi di applicazione. Per rimanere sempre aggiornato su tutte le novità, abbonati qui!