Autori: Flavio Sartor: Ricercatore presso il Centro Ricerche Breton e Gnesotto Moreno, Responsabile commerciale Breton
Perché si resina
Moltissimi marmi e graniti presentano naturali linee di frattura interna (fessurazioni) e porosità.
Questi materiali devono essere assoggettati ad un processo di risanamento con retinatura di rinforzo sulla faccia grezza della lastra e resinatura sulla faccia a vista per la sigillatura di eventuali fratture, fori e piccole porosità. In particolare la retinatura è necessaria solo per i materiali molto fragili e con evidenti linee di frattura e/o fessurazioni.
La resinatura della faccia a vista (spesso denominata anche “abbellimento”) invece, è diventato un processo oramai diffuso alla quasi la totalità dei materiali in quanto ne esalta le caratteristiche estetiche e coloristiche, riducendo la porosità e la macchiabilità, rinsaldando eventuali fratture nello spessore del manufatto. Per questi processi si impiegano resine strutturali; principalmente i sistemi epossidici e secondariamente le resine poliesteri insature.
Il processo di resinatura
Precondizione ad una buona resinatura è che la lastra sia perfettamente asciutta, in modo che la resina possa aggrapparsi in modo indissolubile alle superfici asciutte del materiale.
Quindi nella scelta dell’impianto particolare attenzione dovrà essere riservata alla sezione di asciugatura (normalmente effettuata con circolazione d’aria calda ed asciutta) ed alle modalità di essiccazione (tempo di permanenza della lastra nella stazione di asciugatura, temperatura dell’aria, velocità dell’aria, angolo di incidenza aria/materiale, ecc.).
I ricercatori Breton presso il proprio Centro Ricerche hanno sperimentato innumerevoli formulazioni di resina ed analizzato tutti i parametri di processo.
In particolare sono stati analizzati vari sistemi di resinatura (in atmosfera, sottovuoto, ad immersione), e vari tipi di resine quali epossidiche, acriliche e poliesteri, opportunamente modificate in funzione delle caratteristiche finali cercate: fluidità e grado di penetrazione, forza di adesione, viraggio del colore, mantenimento delle caratteristiche nel tempo, resistenza agli agenti atmosferici, resistenza ai raggi UV, ecc. Inoltre sono stati analizzati i vari sistemi di indurimento delle resine: infrarosso, aria calda, raggi UV, radiofrequenza e recentemente microonde.
L’attenzione è stata riservata all’analisi dei vantaggi e svantaggi delle diverse tecniche, sia in termini di rendimento che di risultato e di costi di esercizio.
Perché si resina
Moltissimi marmi e graniti presentano naturali linee di frattura interna (fessurazioni) e porosità.
Questi materiali devono essere assoggettati ad un processo di risanamento con retinatura di rinforzo sulla faccia grezza della lastra e resinatura sulla faccia a vista per la sigillatura di eventuali fratture, fori e piccole porosità. In particolare la retinatura è necessaria solo per i materiali molto fragili e con evidenti linee di frattura e/o fessurazioni.
Il processo di resinatura
Precondizione ad una buona resinatura è che la lastra sia perfettamente asciutta, in modo che la resina possa aggrapparsi in modo indissolubile alle superfici asciutte del materiale.
Quindi nella scelta dell’impianto particolare attenzione dovrà essere riservata alla sezione di asciugatura (normalmente effettuata con circolazione d’aria calda ed asciutta) ed alle modalità di essiccazione (tempo di permanenza della lastra nella stazione di asciugatura, temperatura dell’aria, velocità dell’aria, angolo di incidenza aria/materiale, ecc.).
I ricercatori Breton presso il proprio Centro Ricerche hanno sperimentato innumerevoli formulazioni di resina ed analizzato tutti i parametri di processo.
In particolare sono stati analizzati vari sistemi di resinatura (in atmosfera, sottovuoto, ad immersione), e vari tipi di resine quali epossidiche, acriliche e poliesteri, opportunamente modificate in funzione delle caratteristiche finali cercate: fluidità e grado di penetrazione, forza di adesione, viraggio del colore, mantenimento delle caratteristiche nel tempo, resistenza agli agenti atmosferici, resistenza ai raggi UV, ecc. Inoltre sono stati analizzati i vari sistemi di indurimento delle resine: infrarosso, aria calda, raggi UV, radiofrequenza e recentemente microonde.
L’attenzione è stata riservata all’analisi dei vantaggi e svantaggi delle diverse tecniche, sia in termini di rendimento che di risultato e di costi di esercizio.
Essiccazione della lastra
È noto che più aumenta la velocità di circolazione e la temperatura dell’aria, più rapida sarà l’essiccazione del materiale. L’esperienza insegna però che temperature troppo elevate provocano tensioni e rotture delle lastre lavorate.
Sono state pertanto analizzate le varie tecniche per l’essiccazione delle lastre (essiccazione statica a circolazione forzata di aria calda con deumidificazione dell’aria, essiccazione a passaggio con irraggiamento, essiccazione statica con radiofrequenza, ecc.) rilevandone vantaggi e svantaggi sia in termini di rendimento sia di costi di esercizio.In funzione del materiale da trattare devono essere pertanto adottate le tecniche di essiccazione più adatte.
A titolo esemplificativo, nella tabella seguente è riportato il risultato dell’essiccazione di un granito bagnato in un forno statico a circolazione forzata di aria calda a 50°C, da cui si evince che dopo una permanenza di 80 minuti la lastra può considerarsi ottimamente asciutta e resinabile.
Retinatura della superficie grezza della lastra
Terminata l’essiccazione, possiamo avere l’eventuale fase di retinatura: applicazione mediante incollaggio di una rete di fibra di vetro sul retro della lastra con resina epossidica, che garantisce un’adesione ottimale. Tale operazione è necessaria quando le fessurazioni presenti sulla lastra limitano la manipolazione e le successive lavorazioni del materiale.
Resinatura della faccia a vista della lastra
L’operazione in questo caso deve essere eseguita su superficie levigata e pulita. La levigatura a grana fine consente di ridurre al minimo la quantità di resina da applicare e successivamente diminuisce lo spessore di materiale da asportare evitando il riaffiorare di nuove porosità. Il lavaggio è necessario per alcuni materiali al fine di ripulire le porosità e le fessure, e prepararle per la penetrazione e adesione della resina.
L’operazione in questo caso deve essere eseguita su superficie levigata e pulita. La levigatura a grana fine consente di ridurre al minimo la quantità di resina da applicare e successivamente diminuisce lo spessore di materiale da asportare evitando il riaffiorare di nuove porosità. Il lavaggio è necessario per alcuni materiali al fine di ripulire le porosità e le fessure, e prepararle per la penetrazione e adesione della resina.
Le resine
Le resine epossidiche sono generalmente formate da due componenti quali: la resina (parte A) è ottenuta dalla reazione di bisfenolo A ed epicloridrina, mentre l’indurente (parte B) è normalmente una miscela di ammine.
La reazione di indurimento avviene per poliaddizione fra le molecole dei due componenti per formare il prodotto finale. Le resine epossidiche sono caratterizzate da una elevata capacità adesiva, ottima bagnabilità, bassi ritiri in fase di indurimento, buona trasparenza e discreta resistenza agli agenti atmosferici.
La trasparenza e l’aspetto incolore dipendono dal tipo di indurente che viene utilizzato. In particolare gli indurenti che permettono di avere resine incolori e maggiormente resistenti agli agenti atmosferici sono più costosi ed il processo di indurimento è più lento. Le resine epossidiche hanno normalmente un costo più elevato delle resine poliesteri.
Le resine poliesteri attualmente utilizzate sono generalmente dei copolimeri esterificati con catene insature disciolti in un monomero vinilico (generalmente stirene). Quando la resina viene additivata dell’iniziatore, con l’apertura dei doppi legami, attraverso la reazione di cross-linking si ottiene l’indurimento.
Queste resine sono caratterizzate dal fatto di poter avere un ampio intervallo di viscosità e, in funzione del tipo d’iniziatore, di un rapido indurimento alla temperatura prescelta. Le resine poliesteri sono inoltre caratterizzate da un più basso costo, facilità di manipolazione, una buona trasparenza e una buona resistenza agli agenti atmosferici.
La scelta del tipo di resina da utilizzare è principalmente funzione del tipo di pietra da risanare, anche se oramai universalmente si tende a preferire l’impiego delle resine epossidiche che assicurano una migliore adesione della resina al materiale.
Modalità di indurimento delle resine
Entrambe le tipologie di resine induriscono senza apporto d’energia quando sono attivate. Le attuali esigenze impiantistiche richiedono però un indurimento il più possibile rapido, compatibile con il processo di risanamento. Per questo motivo, al fine di accelerare la reazione di indurimento, è necessario fornire una certa quantità di energia.
Tale energia può essere fornita in vari modi: per irraggiamento (infrarosso, ultravioletto, microonde, ecc.) oppure per somministrazione di calore mediante convezione/contatto (aria calda).
I sistemi più utilizzati si avvalgono di forni verticali statici con ventilazione forzata ad aria calda per l’indurimento delle resine epossidiche e di forni a raggi infrarossi o a raggi ultravioletti per l’indurimento delle resine poliesteri.
In funzione del tipo di resina impiegata, del materiale da resinare (marmo o granito) e della capacità produttiva, va sempre studiato e proposto il sistema di indurimento più adatto.
Per tutti i tipi di resina, dopo l’indurimento, è comunque necessaria una fase successiva di maturazione a temperatura ambiente, più o meno lunga, per ottenere una più completa catalisi/indurimento della resina prima di passare alle fasi di lucidatura delle lastre.
Entrambe le tipologie di resine induriscono senza apporto d’energia quando sono attivate. Le attuali esigenze impiantistiche richiedono però un indurimento il più possibile rapido, compatibile con il processo di risanamento. Per questo motivo, al fine di accelerare la reazione di indurimento, è necessario fornire una certa quantità di energia.
Tale energia può essere fornita in vari modi: per irraggiamento (infrarosso, ultravioletto, microonde, ecc.) oppure per somministrazione di calore mediante convezione/contatto (aria calda).
I sistemi più utilizzati si avvalgono di forni verticali statici con ventilazione forzata ad aria calda per l’indurimento delle resine epossidiche e di forni a raggi infrarossi o a raggi ultravioletti per l’indurimento delle resine poliesteri.
In funzione del tipo di resina impiegata, del materiale da resinare (marmo o granito) e della capacità produttiva, va sempre studiato e proposto il sistema di indurimento più adatto.
Per tutti i tipi di resina, dopo l’indurimento, è comunque necessaria una fase successiva di maturazione a temperatura ambiente, più o meno lunga, per ottenere una più completa catalisi/indurimento della resina prima di passare alle fasi di lucidatura delle lastre.
Attualmente, per la resinatura con sistemi epossidici, l’indurimento avviene in forni statici a piani e circolazione forzata di aria calda (circa 50°C), con una permanenza della lastra all’interno del forno di circa 80 minuti. Poi in genere si attendono le canoniche 24 ore prima di passare alla fase di lucidatura delle lastre.
Recentemente l’evoluzione tecnologica ha permesso di considerare favorevolmente anche l’impiego di sistemi di indurimento con le microonde.
Per questo motivo presso il Centro Ricerche Breton sono stati condotti approfonditi studi per valutare le potenzialità e l’effettiva efficacia dell’impiego delle microonde per l’indurimento della resina.
Bisogna comunque sottolineare che i forni di indurimento a microonde sono dei sistemi complessi appositamente studiati e calibrati che abbinano l’irraggiamento a microonde con il riscaldamento per convezione ad aria calda.
Nel progetto di ricerca sono state utilizzate varie tipologie di resine di uso commerciale: normali sistemi epossidici e sistemi epossidici definiti “specifici” per l’indurimento con le microonde.
Dai risultati delle prove sperimentali è stato possibile osservare che le resine epossidiche per microonde sono resine molto reattive che evidenziano una ricettività maggiore verso l’irraggiamento con microonde. Per cui il sistema combinato microonde/aria calda effettivamente accelera il riscaldamento e successivo indurimento della resina.
Il grafico allegato riporta l’andamento della curva di esotermia di reazione durante l’indurimento di due resine epossidiche a 50°C delle quali una normale e una per microonde.
Recentemente l’evoluzione tecnologica ha permesso di considerare favorevolmente anche l’impiego di sistemi di indurimento con le microonde.
Per questo motivo presso il Centro Ricerche Breton sono stati condotti approfonditi studi per valutare le potenzialità e l’effettiva efficacia dell’impiego delle microonde per l’indurimento della resina.
Bisogna comunque sottolineare che i forni di indurimento a microonde sono dei sistemi complessi appositamente studiati e calibrati che abbinano l’irraggiamento a microonde con il riscaldamento per convezione ad aria calda.
Nel progetto di ricerca sono state utilizzate varie tipologie di resine di uso commerciale: normali sistemi epossidici e sistemi epossidici definiti “specifici” per l’indurimento con le microonde.
Dai risultati delle prove sperimentali è stato possibile osservare che le resine epossidiche per microonde sono resine molto reattive che evidenziano una ricettività maggiore verso l’irraggiamento con microonde. Per cui il sistema combinato microonde/aria calda effettivamente accelera il riscaldamento e successivo indurimento della resina.
Il grafico allegato riporta l’andamento della curva di esotermia di reazione durante l’indurimento di due resine epossidiche a 50°C delle quali una normale e una per microonde.
Va detto che le resine epossidiche per microonde sono prevalentemente resine con colorazione leggermente più giallognola di altri tipi di resine utilizzate nella normale resinatura delle lastre di granito, e ciò va considerato opportunamente. Condizione necessaria per assicurare il completo indurimento in tempi rapidi con le microonde è il raggiungimento di una temperatura superiore ai 60/70°C della resina. Questo comporta ovviamente l’innalzamento della temperatura anche del materiale.
Anche questo fattore va opportunamente considerato, in quanto è noto che l’innalzamento della temperatura del materiale può essere deleterio in alcuni casi, per i conseguenti effetti di dilatazione termica e “allargamento” delle fessure del materiale.
Va pure considerato il più ridotto pot-life (tempo che intercorre tra il momento in cui alla resina viene aggiunto l’indurente e il momento in cui inizia ad addensarsi) delle resine epossidiche per microonde, che può influire sulla viscosità e sul tempo disponibile per la penetrazione della resina nelle fessure/porosità.
Anche questo fattore va opportunamente considerato, in quanto è noto che l’innalzamento della temperatura del materiale può essere deleterio in alcuni casi, per i conseguenti effetti di dilatazione termica e “allargamento” delle fessure del materiale.
Va pure considerato il più ridotto pot-life (tempo che intercorre tra il momento in cui alla resina viene aggiunto l’indurente e il momento in cui inizia ad addensarsi) delle resine epossidiche per microonde, che può influire sulla viscosità e sul tempo disponibile per la penetrazione della resina nelle fessure/porosità.
Le prove d’indurimento delle resine con differenti sistemi di riscaldamento hanno evidenziato la possibilità di lucidare dopo minor tempo i materiali trattati con resine epossidiche per microonde ed induriti con sistema a microonde combinato con aria calda. Il grafico seguente evidenzia la durezza superficiale di diversi tipi di resina dopo l’indurimento (misurata con durometro Shore D).
E’ noto che la durezza è una caratteristica fondamentale ai fini della lucidabilità.
E’ noto che la durezza è una caratteristica fondamentale ai fini della lucidabilità.
Conclusioni sull’indurimento delle resine epossidiche con sistema a microonde
L’impiego del sistema a microonde (rammentiamo che i forni di indurimento a microonde non sono dei banali forni, ma dei sistemi complessi appositamente studiati e calibrati che abbinano l’irraggiamento a microonde con il riscaldamento per convezione ad aria calda) per l’indurimento delle resine è sicuramente all’avanguardia e valido sia per la retinatura del sottofondo, dato l’indurimento in tempi molto brevi, sia per la resinatura della faccia a vista (c.d. “abbellimento”) per i materiali non sensibili all’eccessivo riscaldamento, non sensibili all’uso di una resina leggermente più giallognola, e quando si necessita di passare rapidamente alla fase di lucidatura senza dover attendere le usuali 24 ore proprie delle resine epossidiche ad indurimento classico in forni a sola aria calda.
A prescindere dal trattamento, dal tipo di resina e dalla modalità di indurimento, sempre, per ottenere una adesione ed una penetrazione ottimale della resina, è necessario garantire la completa asciugatura delle pareti delle fessure.
Come evidenziato nel grafico relativo, la fase di essiccazione è molto delicata ed essenziale ad una buona riuscita dell’intero processo, e fisicamente richiede un grafico ben definito di temperatura aria calda/permanenza in forno per ottenere una adeguata asciugatura del materiale.
L’ufficio Commerciale ed il Centro Ricerche della Breton sono a disposizione dei signori operatori che fossero interessati ad approfondire la valutazione del sistema di resinatura più appropriato alle proprie esigenze e ai propri materiali.
L’impiego del sistema a microonde (rammentiamo che i forni di indurimento a microonde non sono dei banali forni, ma dei sistemi complessi appositamente studiati e calibrati che abbinano l’irraggiamento a microonde con il riscaldamento per convezione ad aria calda) per l’indurimento delle resine è sicuramente all’avanguardia e valido sia per la retinatura del sottofondo, dato l’indurimento in tempi molto brevi, sia per la resinatura della faccia a vista (c.d. “abbellimento”) per i materiali non sensibili all’eccessivo riscaldamento, non sensibili all’uso di una resina leggermente più giallognola, e quando si necessita di passare rapidamente alla fase di lucidatura senza dover attendere le usuali 24 ore proprie delle resine epossidiche ad indurimento classico in forni a sola aria calda.
A prescindere dal trattamento, dal tipo di resina e dalla modalità di indurimento, sempre, per ottenere una adesione ed una penetrazione ottimale della resina, è necessario garantire la completa asciugatura delle pareti delle fessure.
Come evidenziato nel grafico relativo, la fase di essiccazione è molto delicata ed essenziale ad una buona riuscita dell’intero processo, e fisicamente richiede un grafico ben definito di temperatura aria calda/permanenza in forno per ottenere una adeguata asciugatura del materiale.
L’ufficio Commerciale ed il Centro Ricerche della Breton sono a disposizione dei signori operatori che fossero interessati ad approfondire la valutazione del sistema di resinatura più appropriato alle proprie esigenze e ai propri materiali.
Breton ha venduto il primo impianto industriale di retinatura e resinatura con tecnologia a microonde ad una primaria azienda del veronese, CERESER MARMI, ed entrerà in funzione nel mese di ottobre di quest’anno.
Non per nulla il motto di Breton è :
“Driven by innovation”
Flavio Sartor & Gnesotto Moreno
Non per nulla il motto di Breton è :
“Driven by innovation”
Flavio Sartor & Gnesotto Moreno
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