Salchi Metalcoat - “Aesthetics and Economic/Environmental Aspects of the Paints for Coil Coating” by ipcm® International Paint&Coating Magazine

ipcm® n. 23, Vol IV, 2013, p. 70 - 76 “Aesthetics and Economic/Environmental Aspects of the Paints for Coil Coating” “Effetti estetici e aspetti economico/ambientali nelle vernici per Coil Coating” Author: Ezio Pedroni, Salchi Metalcoat Srl

AESTHETICS AND ECONOMIC/ENVIRONMENTAL ASPECTS OF THE PAINTS FOR COIL COATING Effetti estetici ed aspetti economico/ambientali nelle vernici per Coil Coating Ezio Pedroni

Preliminary remarks

Introduzione

Salchi Metalcoat Srl, Burago Molgora (MB), Italy

One of the most affected fields by the current economic crisis is that of building and its satellite activities. Also the sector of pre-painted products, whose use in the construction industry reaches a share of over 70% of the volume produced, has been strongly affected. One of the ways in which this sector of the coating industry has tried to give a little boost to the market has been offering solutions adding both some interesting aesthetic effects and an appreciable economic and environmental benefit to the chemical/ physical and mechanical characteristics typical of these products.

Uno dei settori più colpiti dalla presente crisi economica è quello dell’edilizia e del suo indotto. A causa di ciò, anche il preverniciato, il cui impiego è previsto in edilizia per una quota di oltre il 70 % del volume prodotto, ne ha fortemente risentito. Uno dei modi nei quali l’industria delle vernici a esso dedicate ha cercato di dare un po’ di impulso a questo mercato, è consistito nel proporre delle soluzioni che unissero alle caratteristiche chimico-ﬁsiche e meccaniche, tipiche di questi prodotti, sia degli interessanti eﬀetti estetici, sia degli apprezzabili vantaggi economici ed ambientali.

Aesthetic eﬀects

Eﬀetti estetici

Research has led to the development of products with particular aesthetic eﬀects with, in many cases, the addition of some performance improvements. In this sense, undulating surface polyester enamels, better known as “wrinkled”, are

La ricerca ha portato alla realizzazione di prodotti di particolare eﬀetto estetico ai quali, in molti casi, si sono aggiunti anche dei miglioramenti prestazionali. Di particolare interesse in tal senso, sono gli smalti poliestere a morfologia superﬁciale ondulata, meglio cono-

ezio.pedroni@salchirh.it

Opening Photo: A wrinkled brilliant painting system exiting the line at Marcegaglia plant in Ravenna, Italy. Foto d’apertura: Ciclo verniciante wrinkled brilliant in uscita di linea presso lo stabilimento Marcegaglia di Ravenna.

70 N. 23 - 2013 SEPTEMBER/OCTOBER - international PAINT&COATING magazine

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE

1 1

Coarse grained wrinkled enamel.

Medium grained wrinkled enamel.

Fine grained wrinkled enamel.

Wrinkled a struttura grossa.

Wrinkled a struttura media.

Wrinkled a struttura ﬁne.

particularly interesting. They are characterised by a surface traversed by undulations that may have different and controlled frequencies and depths. The undulating surface can be obtained in the presence or absence of other structural components, such as polyamide powders with different particle sizes. This results in fine, medium or coarse grained wrinkled enamels, mainly characterised by a very low level of gloss (typically ≤5 gloss). These products have already been known for several years, but the continuous progress in the formulation has greatly improved its ease of application on the coating lines as well as its mechanical characteristics, such as scratch resistance and printability, which were critical aspects for the first formulations. This has allowed an increasing use in the production of panels for “faux tile” roofs, as its colour variation in the abrasion points is very limited. On the other hand, the variation of gloss in the stretching and compression points (on the folds simulating the overlapping of the tiles) is brought back to acceptable values and comparable to those of the conventional products. The characterisation of these enamels has also revealed that they have a better resistance to solar radiation than the corresponding products with a plain morphology. This is quite understandable if you think that, thanks to the neatly undulating surface morphology, it takes a much lower quantity of matting silica than that

sciuti come “raggrinziti” o “wrinkled”. Essi sono caratterizzati da una superficie percorsa da ondulazioni che possono avere frequenza e profondità diverse e controllate. L’ondulazione superficiale può essere ottenuta in presenza o meno di altri componenti strutturanti quali polveri poliammidiche di diversa granulometria. Si ottengono così i “wrinkled” a struttura fine, media o grossa, caratterizzati principalmente da un livello di brillantezza molto basso (tipicamente ≤ 5 gloss). Questi prodotti sono noti già da diversi anni ma il continuo sviluppo formulativo ne ha migliorato molto la facilità di applicazione sulle linee di verniciatura e le caratteristiche meccaniche, quali la resistenza al graffio e la stampabilità che, nei primi formulati, risultavano critiche. Ciò ne ha permesso un sempre maggiore impiego nella produzione di pannelli per coperture “finto coppo”, in quanto viene molto limitato lo sbiancamento da graffi, che si evidenziava sotto forma di variazione di colore nei punti di abrasione. Viene inoltre riportata a valori del tutto accettabili e paragonabili a quelli dei prodotti tradizionali la variazione di gloss nei punti di stiramento e di compressione, in corrispondenza delle piegature che simulano la sovrapposizione dei coppi. La caratterizzazione di questi smalti ha anche rivelato che essi possiedono una migliore resistenza alla radiazione solare rispetto ai corrispondenti prodotti a morfologia distesa. Questo fatto risulta del tutto comprensibile se si pensa che, grazie alla morfologia superficiale ordinatamente ondulata, l’ottenimento di valori così ridotti di brillantezza richiede un quantitativo di silice opacizzante molto inferiore a quello necessario per un prodotto a superficie distesa.

international PAINT&COATING magazine - SEPTEMBER/OCTOBER 2013 - N. 23

Aesthetics and Economic/Environmental Aspects of the Paints for Coil Coating

4 4

Aged tile eﬀect.

Wrinkled brilliant enamel.

Corten steel eﬀect.

Eﬀetto coppo anticato.

Wrinkled Brilliant.

Eﬀetto Cor-Ten.

required for a product with a plain morphology to obtain such low gloss values. Some particularly large structures may sometimes replace the “embossing” of pre-painted sheet metal, thereby helping to reduce or eliminate the critical element typical of the bending points of an embossed surface. In these points, sometimes, the radius of curvature is highly reduced and can induce cracking, where corrosion may start. In the microscopic photographs (Fig. 1, 2 and 3), you can clearly distinguish the different surface morphologies. In some cases, in order to simulate the presence of mould on the wrinkled surfaces (which, on the old brick tiles, causes the formation of irregular bleached areas, or, in any case, changes in colour), suitably engraved ink rollers are used. Shaded areas of different colours are applied on a well stretched layer in a uniform colour; finally, a transparent wrinkled top coat is applied to ensure protection against solar radiation, while providing the desired surface structure (Fig. 4). The wrinkled enamels line has been recently completed with new brilliant products, in which the uniformity of the surface look (until recently, attained without problems only with very low values) reaches levels up to 15 gloss (Fig. 5). Other aesthetic effects of particular interest to architects, achievable with both the plain and the wrinkled morphologies, are the ones simulating the look of Corten steel (Fig. 6) as well as the two-colour effects, more suitable for interiors, e.g., walls, panels, etc. (Fig. 7). 72 N. 23 - 2013 SEPTEMBER/OCTOBER - international PAINT&COATING magazine

Alcune strutture particolarmente ampie potrebbero talvolta sostituire “l’embossatura” delle lamiere preverniciate, contribuendo in tal modo a ridurre o eliminare la criticità insita nei punti di piega della superficie embossata. In questi punti, talvolta, il raggio di curvatura è molto ridotto e può indurre delle microfessurazioni che possono rappresentare dei punti d’innesco della corrosione superficiale. Nelle fotografie al microscopio (figg. 1, 2 e 3), si possono vedere ben rappresentate le varie morfologie superficiali. In alcuni casi, per simulare sulle coperture in preverniciato “wrinkled” l’effetto della presenza di muffe che provocano, sui coppi in laterizio vecchi, zone irregolari di sbiancamento o comunque di variazione di colore, si utilizzano rulli inchiostratori opportunamente incisi. Questi applicano, su una base ben distesa di colore uniforme, zone sfumate di colore diverso da questa. Un “wrinkled” trasparente finale ne assicura la protezione contro l’irraggiamento solare, garantendo al contempo la voluta struttura superficiale (fig. 4). La famiglia dei “wrinkled” è stata recentemente completata con i nuovi “wrinkled brilliant“, nei quali l’uniformità dell’aspetto ondulato, fino a ieri ottenuta senza problemi solo a brillantezze molto basse, oggi è possibile ottenerla anche a valori intorno ai 15 gloss. (fig. 5) Altri effetti estetici di particolare interesse per gli architetti, realizzabili sia in versione distesa sia in versione “wrinkled”, sono quelli che simulano l’effetto del Cor-Ten (fig. 6), oppure i bicolori, questi ultimi più indicati per interni quali pareti divisorie, pennellature, ecc. (fig. 7).

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE In the search for special effects, some transparent enamels for interiors (colourless or coloured) have been designed that, applied on properly treated substrates, simulate with remarkable accuracy the look of brushed austenitic or ferritic stainless steel, thus allowing the use of less expensive substrates (Fig. 8). Among the products for exteriors, and especially for the roofing industry, there exist systems for aluminium or galvanised steel that simulate the oxidised copper look, even with irregularly scattered oxidised areas (Fig. 9). These systems are available with different levels of quality, from conventional polyester up to polyvinylidene fluoride (also known as PVdF or PVF2). Among the products that are attracting particular interest, there are the iridescent pre-painted ones. The coating presented in figure 10 has been realised in PVdF/Acrylic with a 70/30 ratio, but there exist different versions, from polyester to polyurethane, with or without polyamide powder. These enamels exploit the properties of special pigments that, being dispersed in the paint film, make the surface show a

Nella ricerca di effetti particolari, alcuni trasparenti per interno, incolori o colorati, applicati su supporti opportunamente trattati, simulano con notevole fedeltà l’aspetto dell’acciaio inox austenitico o ferritico spazzolato, permettendo così l’impiego sostitutivo di supporti meno costosi (fig. 8). Ritornando nell’ambito dei prodotti per esterno, in particolare per coperture, sono disponibili cicli su alluminio o acciaio zincato che simulano l’aspetto del rame ossidato, anche con punti di ossidazione sparsi in modo irregolare (fig. 9). Tali cicli sono disponibili con livelli qualitativi diversi: dai poliesteri tradizionali fino ai fluorurati a base di polivinilidenfluoruro (conosciuto anche come PVdF o PVF2). Tra i prodotti che stanno suscitando particolare interesse, ci sono i preverniciati cangianti. Quello rappresentato in figura 10 è stato realizzato in PVdF/Acrilica 70/30 ma potrebbe essere anche ottenuto in versione diversa, da poliestere a poliuretanico, con o senza la presenza di polvere poliammidica. Questi smalti sfruttano la proprietà di particolari pigmenti che, dispersi nel film di vernice, fanno si che la sua superficie, os-

international PAINT&COATING magazine - SEPTEMBER/OCTOBER 2013 - N. 23

Aesthetics and Economic/Environmental Aspects of the Paints for Coil Coating

colour tone and, respectively, its complementary when observed under different angles: for example, a tone that appears bluish when seen under an angle becomes yellowish under a different one, while a reddish tone becomes greenish. This allows to obtain a “flop effect” not only with lights and shades, as the one achieved with aluminium powder based enamels, but also with colours, as is evident in figure 10. The “soft touch” effects are interesting, too. Applied on aluminium, they are particularly suitable to realise, for example, cover plates for switches, casings for mobile phones and other electronics products (iPod, tablet computers, etc.), as well as frames and decorations for indoors (Fig. 11).

Outdoor resistance and energy saving

servata sotto angoli diversi, mostri un tono di colore e, rispettivamente, il suo complementare: ad esempio, un tono che appare bluastro visto sotto un angolo, diventa giallastro sotto un angolo diverso; o un tono rossastro diventa verdastro. Ciò consente di ottenere degli effetti “flop” non solo di chiaro scuro, come si ottengono con smalti a base di polveri di alluminio, ma anche “flop” di colore come appare ben evidente nella figura 10. Sono interessanti anche gli effetti “soft touch” che, applicati su allumino, si prestano particolarmente per realizzare ad esempio piastrine di copertura per interruttori, involucri per telefoni cellulari o altri prodotti dell’elettronica (iPod, tablet, ecc.), cornici e decorazioni di ambienti interni (fig. 11).

Resistenza all’esterno e risparmio energetico

Nowadays, the variety La varietà delle proposte dei of outdoor products, i.e. prodotti per esterno, quindi especially intended for the civil particolarmente rivolte all’ediand industrial construction lizia sia civile sia industriale, è industry, is truly remarkable oggi veramente notevole e in and can meet almost any grado di soddisfare la quasi torequirement. There exist talità delle esigenze: oggi esiproducts with various stono, infatti, prodotti di vario quality/price ratios, usable in rapporto qualità/prezzo, imenvironments ranging from piegabili in ambienti che vanrural to industrial, marine and no dal rurale all’industriale, al industrial marine, operating at marino e al marino industriale, all levels of altitude and with operanti a tutti i livelli di altivarious levels of reliability. tudine s.l.m. con vari livelli di The minimum performance garanzia. Le prestazioni mini7 expectations for these me attese per tali prodotti so© Salchi Metalcoat products are well specified by no ben specificate dalle norme 7 international standards internazionali (EN 10169 per Example of a two-colour paint. (EN 10169 for galvanised steel l’acciaio zincato ed EN 1396 Esempio di verniciatura bicolore. and EN 1396 for aluminium). per l’alluminio). There exist coating systems Sono infatti disponibili cicli ranging from conventional polyester/melamine di verniciatura che spaziano dai poliesteri/melammior high (or very high) durability to polyester/ nici tradizionali o ad alta o altissima durabilità, ai popolyamide, polyurethane, polyurethane polyamide liesteri/poliammidici, ai poliuretanici, ai poliuretanici with various thicknesses of both the primer and poliammidici a vari spessori sia di primer sia di smalto of the enamel layer (up to 30 microns per coat), (fino a 30 micron per mano), ai Plastisol, per giungePlastisol, and polyvinylidene fluoride/acrylic re ai fluorurati a base di polivinilidenfluoruro/acrilica based fluorinated coatings with 70/30 or 80/20 nei rapporti da 70/30 a 80/20 che costituiscono ancoratios, which are still the products with the highest ra oggi i prodotti in assoluto a più elevata resistenza outdoor resistance. all’esterno. The increasing focus on the environment, together La sempre maggiore attenzione all’ambiente, unita74 N. 23 - 2013 SEPTEMBER/OCTOBER - international PAINT&COATING magazine

INNOVATIONS: PRESENT&FUTURE

Brushed stainless steel eﬀect.

Oxidised copper eﬀect.

Eﬀetto inox spazzolato.

Eﬀetto rame ossidato.

with the need to reduce the energy costs, has prompted the manufacturers of paints for coilcoating to seek solutions allowing to reduce the energy consumption during the cross-linking stage. In particular, for the coating systems intended for the construction of façades and roofs, products with a high solar reflectance and a high thermal emissivity (ability to dissipate the heat accumulated during exposure to the sun) have been designed. In the first case, low cross-linking temperature (low PMT) coating systems have been created, for which it is possible to decrease the conventional PMT (Peak Metal Temperatures) even by approx. 40°C without reducing the physical/chemical and mechanical properties of the coating film. In the second case, products for the so-called “cool roofs” have been developed, with which it is possible to considerably reduce the temperature of the interiors below. Significant savings are thus achieved for airconditioning during hot weather, especially in continental and tropical areas. These savings are much greater than the costs for the winter heating. In both cases, in addition to the cost savings, the lower energy consumption also results in a lower production of CO2, a reduction in air pollution and the containment of the “urban heat island” effect, i.e. a phenomenon that causes a temperature rise by 3-4°C in the cities compared to the surrounding countryside.

mente alla necessità di ridurre i costi energetici, ha spinto i produttori di vernici per coil coating a ricercare soluzioni che permettessero di ridurre i consumi energetici nella fase di reticolazione delle vernici. In particolare, per i cicli di verniciatura destinati alla realizzazione di facciate e coperture, sono stati sviluppati prodotti a elevata riflettanza solare ed elevata emissività termica (capacità di dissipare il calore accumulato durante l’esposizione al sole). Sono nati così, nel primo caso, cicli di verniciatura a bassa temperatura di reticolazione (bassa PMT) per i quali si riescono a ridurre le convenzionali PMT (Peak Metal Temperatures) anche di ca. 40°C, senza ridurre le prestazioni chimico fisiche e meccaniche del film di vernice. Nel secondo caso, sono stati realizzati prodotti per i cosiddetti “Tetti Freddi” (Cool Roofs), con i quali si riescono a ridurre considerevolmente le temperature degli ambienti interni sottostanti. Si realizzano così importanti risparmi per il condizionamento nei periodi caldi, specialmente in zone continentali e tropicali. Questi risparmi sono molto superiori alle maggiori spese per il riscaldamento invernale. In entrambi i casi, oltre al risparmio economico, il minor consumo energetico comporta anche una minore produzione di CO2, una riduzione dell’inquinamento atmosferico e il contenimento dell’effetto “isola di calore” nei centri abitati, cioè del fenomeno che provoca nelle città un aumento di temperatura di 3-4°C rispetto a quella delle campagne circostanti.

international PAINT&COATING magazine - SEPTEMBER/OCTOBER 2013 - N. 23

Aesthetics and Economic/Environmental Aspects of the Paints for Coil Coating

Iridescent paint eﬀect (PVdF 70/30). Eﬀetto di verniciatura cangiante in PVdF 70-30.

In the case of products for cold roofs, the lower heating of the coated surface exposed to sunlight also increases its useful life, since the degradation produced by the solar UV radiation is reduced due to the lower incidence of the thermal component.

Conclusions

Examples of soft touch colours. Esempi di colori soft touch.

It is now clear that the technology of painting products for coil coating provides the designers with a variety of aesthetic solutions also able to take account of the now inescapable functional and environmental requirements. The respect for the environment does not only improve the 11 quality of our lives but, with the use of products with significantly lower cross-linking temperatures than the conventional ones and with systems for cool roofs with high solar reflectance and high thermal emissivity, it also allows to obtain substantial economic benefits.

76 N. 23 - 2013 SEPTEMBER/OCTOBER - international PAINT&COATING magazine

Nel caso dei prodotti per tetti freddi, il minor riscaldamento della superﬁcie verniciata esposta ai raggi solari ne aumenta la vita utile perché il degrado prodotto dalla radiazione UV solare risulta ridotto per la minore incidenza della componente termica.

Conclusioni Da quanto sopra descritto si comprende come la tecnologia dei prodotti vernicianti per coil coating oﬀra ai progettisti una molteplicità di soluzioni di carattere estetico, in grado anche di tener conto di ormai ineludibili esigenze funzionali e di rispetto dell’ambiente. Il rispetto dell’ambiente non soltanto migliora la qualità © Salchi Metalcoat della nostra vita ma, con l’introduzione dei prodotti reticolanti a temperature sensibilmente inferiori a quelle tradizionali e con i cicli per tetti freddi a elevata riﬂettanza solare ed elevata emissività termica, permette di realizzare anche consistenti vantaggi economici.