Polymer Academy Seminars

La reologia è la scienza che misura le proprietà di flusso dei materiali, come la viscosità, lo sforzo di taglio e la viscoelasticità. Questo metodo analitico è diffuso nei laboratori sia per lo sviluppo, sia per il controllo qualità delle vernici.

In questa presentazione, discuteremo in dettaglio alcune analisi condotte su resine e su dispersioni, per finalità di controllo qualità e analisi dei difetti.
L'obiettivo è spiegare come la reologia rotazionale consenta di indagare la stabilità e le proprietà di flusso di un prodotto nelle sue condizioni applicative reali, per comprendere, ad esempio, la sua capacità di stendersi, di livellarsi e di aderire alle superfici.

Several industrial polymers are made by emulsion polymerization. They can be used as binders for several applications including waterborne coatings and adhesives. The emulsion polymerization process requires the use of surfactants to allow the formation of stabilized polymer particles in an aqueous medium (latex). Nowadays, the surfactants commonly used are conventional surfactants, which can be very efficient in the polymerization process. However, their ability to migrate to the surface tends to reduce the water resistance of the film when the final formulation is applied. An innovative approach to overcome this phenomenon is to use polymerizable surfactants, which are efficient in the polymerization process at the same time that they are covalently bonded to the polymer backbone while the polymerization reaction takes place. This presentation describes the use of a polymerizable surfactant and demonstrates its advantages versus conventional emulsifiers in waterborne resins for adhesives and coatings.

Further enhancement of the water resistance of the final waterborne formulation can be achieved by using additives such as the one described in this presentation. This specific molecule plays as dispersant, wetting or compatibilizer agent, stabilizing TiO₂ with no free excess of product. It enables an optimized anchoring and strong steric and electrostatic repulsion.

Diversi polimeri industriali sono prodotti mediante polimerizzazione in emulsione. Loro possono essere utilizzati come leganti per diverse applicazioni, inclusi rivestimenti e adesivi a base acquosa. Il processo di polimerizzazione in emulsione richiede l'uso di tensioattivi per consentire la formazione di particelle polimeriche stabilizzate in un mezzo acquoso (lattice). Attualmente, i tensioattivi comunemente usati sono tensioattivi convenzionali, che possono essere molto efficaci nel processo di polimerizzazione. Tuttavia, la loro capacità di migrare verso la superficie tende a ridurre la resistenza all'acqua del film quando viene applicata la formulazione finale. Un approccio innovativo per superare questo fenomeno consiste nell'utilizzare tensioattivi polimerizzabili, che sono efficienti nel processo di polimerizzazione mentre sono legati covalentemente allo scheletro del polimero durante la reazione di polimerizzazione. Questa presentazione descrive l'uso di un tensioattivo polimerizzabile e ne dimostra i vantaggi rispetto agli emulsionanti convenzionali nelle resine a base acquosa per adesivi e rivestimenti.

Un ulteriore miglioramento della resistenza all'acqua della formulazione finale a base acquosa può essere ottenuto utilizzando additivi come quello descritto in questa presentazione. Questa specifica molecola svolge la funzione di agente disperdente, bagnante o compatibilizzante, stabilizzando il TiO₂ senza eccesso libero di prodotto. Consente un ancoraggio ottimizzato e una forte repulsione sterica ed elettrostatica.

Vinavil fornirà un'ampia panoramica sul tema della sostenibilità, includendo un quadro dell'attività legislativa in corso a livello europeo e delle normative aggiornate.

Vinavil presenterà il suo approccio verso l'innovazione e prodotti più sostenibili, concentrandosi principalmente su diverse attività svolte nell'ambito della ricerca e sviluppo.

Trai temi trattati saranno illustrate le nuove soluzioni nell’ambito dei progetti che prevedono l’impiego di sostanze provenienti da fonti rinnovabili.

The growth of the world economy and the rising global population (9 billion by 2050) mean that the Earth’s natural resources are being used up fast. Resources need to be managed more efficiently throughout their life cycle, from extraction, transport, transformation and consumption, to the disposal of waste. Several companies, and research entities have developed biobased polymer resins nevertheless further improvements are needed to provide cost effective solutions with high bio-based content and suitable performances to meet for example the target of the newly enforced laws that requires some disposable items such as tableware to be home compostable from 2017 with a minimum bio-sourced content of 30% (increasing progressively in subsequent years to 60% in 2025). The combined cellulose, plastic and food, health care sector form an important part of the EU economy, accounting for 15 million jobs (7.6% of total employment). Unlocking the innovation potential in the field of packaging, health care, cosmetics will significantly contribute to job creation and competitiveness as was developed in the ECOFUNCO project (GA No 837863) 2019-2022, “ECO sustainable multiFUNctional biobased COatings with enhanced performance and end of life options”, coordinated by INSTM. Cellulose and plastic substrates coated with either protein, cutin, chitin provided barrier to gas, moisture and anti-microbial properties and resulted suitable for application in packaging of perishable food, and anti-microbial non-tissue woven.

Natural polymers and functional molecules valuable for coating applications can be widely extracted from agro-food waste and most recently even valorization of emergent sources such as insects is being developed, as partly addressed in the running project RECOVER “Development of innovative biotic symbiosis for plastic biodegradation and synthesis to solve their end of life challenges in the agriculture and food industries”.

An overview of current solutions and ongoing research on natural and synthetic biobased polymers proposed for use in coating will be reported and critically analysed.

Acknowledgements

This research has received funding from the Bio-Based Industries Joint Undertaking under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No. 887648, project RECOVER “Development of innovative biotic symbiosis for plastic biodegradation and synthesis to solve their end of life challenges in the agriculture and food industries”.

Crosslinkers are a powerful tool for the coatings formulator and applicator, enhancing properties such as chemical & stain resistance, toughness and adhesion. However, traditional crosslinking technologies have important drawbacks, like short pot life, moisture sensitivity and health & safety issues (transport classification, labelling, risk phrases).

Our proposal to overcome these challenges is carbodiimide crosslinking.  Carbodiimides are defined as non-hazardous chemicals under the United Nations’s GHS. They react at room temperature and offer extended pot life, which makes them easy to use in the formulation of high performance paints and coatings, both in do-it-yourself and in industrial applications.

Spesso definita come il giusto equilibrio tra ambiente, equità ed economia, la sostenibilità è uno dei temi chiave per questi e i prossimi anni.
Il percorso politico dell’UE sta indicando la strada verso una società più sostenibile attraverso normative come il Green Deal europeo, la tassonomia, la Chemical Sustainability Reporting Directive, ecc.
Per garantire che i dati e le informazioni divulgate siano trasparenti, affidabili e verificabili, si avverte la necessità di rispettare standard riconosciuti e la verifica da parte di un soggetto terzo (super partes) che conferisce maggiore autorevolezza alle proprie dichiarazioni o affermazioni.
Vinavil fornirà esempi pratici del suo percorso verso la sostenibilità e mostrerà la propria esperienza sul pilastro ambientale della stessa in particolare con la certificazione ISCC PLUS, uno schema volontario per certificare il contenuto sostenibile (materiali riciclati e di origine biologica) dei suoi prodotti finiti.
Successivamente, illustreremo la nostra comunicazione volontaria attraverso un altro strumento, la metodologia Life Cycle Assessment (LCA), per misurare gli indicatori di impatto ambientale. Forniremo una panoramica della tecnica LCA e alcuni esempi. LCA può poi essere convertita in Dichiarazione Ambientale di Prodotto per rendere la valutazione trasparente e certificata.
Infine, esploreremo un possibile confronto degli indicatori ambientali tra prodotti bio e fossili.

The vision of a sustainable economy, based on “circulating”, re-using or deconstructing resources, is rapidly advancing: the main targets for a new coating product are thus extending the life of the products onto which they are applied and reducing their own carbon footprint.

It is necessary to develop products with high technical properties and production processes with reduced impact on the environment.
A solution developed in our laboratories is a new range of water based coatings products polymerized with new raw materials coming from renewable sources; these raw materials ensure a reduced carbon footprint while maintaining or improving the technical performances of the standard fossil based products.

This short presentation is aimed towards paint producers which like to understand better the products they use (beyond the TDS infos provided). Simple tests will be shown that can help to understand behaviours and make selection of polymers easier.

EPS® - Engineered Polymer Solutions has developed biobased acrylic copolymers with low and High MFFT suited for high-performance furniture and exterior wood finishes, applied as sealer and topcoat, without losing performance in comparison to conventional 100% fossil-based products.
The calculated biobased content is up to 20 %, and development is ongoing to increase the biobased content further. Evaluated properties are in-can clarity, solvent compatibility, levelling, transparency, hardness development, gloss, adhesion (dry and wet), chemical and mechanical resistances and anti-blocking properties – helping to ensure durability and minimization of damage to coated objects when stacked. These biobased copolymers will bring improved environmental sustainability and regulatory compliance with no additional cost of utilization.

Al giorno d’oggi la produzione di componenti in materiale plastico per uso sia civile (oggetti in plastica di uso comune) che industriale (ambito automotive, aerospaziale, ecc.) è per la maggior parte dei casi affidata a tre tecnologie principali, stampaggio con sacco da vuoto in autoclave, stampaggio a iniezione/soffiaggio e a compressione. Tutte e tre le tecnologie vedono generalmente l'utilizzo di stampi in negativo metallici (acciaio, alluminio, ecc) ottenuti tramite tecniche CNC che permettono produzioni massive dal punto di vista dei pezzi prodotti ma a costi molto elevati (decine di migliaia di €). L'applicazione dell'additive manufacturing polimerico in questo settore è però in grado di portare un deciso impulso all'innovazione tecnologica sia nel contesto della prototipazione che in quello di limitate produzioni (es. ambito biomedicale). Tuttavia, al momento, la maggior parte delle aziende del settore sono concentrate sull'aumento delle proprietà meccaniche necessarie a resistere agli alti carichi di pressione e temperatura impiegati in queste tecnologie di formatura. L'approccio di MAT3D si concentra oltre che su questi aspetti, anche sulla creazione di una resina per manufatti con un certo grado di conduzione termica in modo da diminuire sia le tensioni interne generate in fase di riscaldamento/raffreddamento che le tempistiche di produzione. Una caratterizzazione meccanica e termica della resina viene qui proposta con particolare focus sulle caratteristiche specifiche dell'additive manufacturing (stampabilità, viscosità, fedeltà dimensionale).

In October 2023 the Restriction on Synthetic Polymer Microparticles (SPM), commonly called “Microplastics”, has entered into force (Commission Regulation (EU) 2023/2055). The Restriction imposes the ban on placing on the market of SPM on their own or in mixtures, when intentionally added, in concentration equal to or greater than 0,01 % by weight. In order to be identified as microplastics, polymer particles must meet specific morphological, dimensional and chemical-physical characteristics. The new Restriction aims to prevent the release to the environment of about half a million tons of microplastics thus contributing to reduce microplastics pollution by 30% by 2030. Nevertheless, the new rule will largely impact chemical industries which will have to find eco-friendly alternatives to the microplastics currently added to their products or will have to meet regulatory obligations. With regards to paints and coatings, most microplastics will be permanently bound in a solid matrix once applied during end use. Those products will not be covered by the ban but will be subject to derogation thus imposing regulatory actions to the companies involved starting from October 2025. For example, suppliers of paints and coatings will be required to communicate downstream the “Instructions for use and disposal” as well as to notify ECHA on the presence of microplastics on their products providing data on polymers identity, quantities, uses and releases, among others. In order to be prepared for the following years regulatory needs, it is important for the industries to be aware of the impact of the restriction on their supply chain and to fully understand the chemical properties and the end uses of their products. The presentation will describe the general terms of the Restriction and will elucidate aspects related to the identification of microplastics. Focus will be given to the implications and regulatory obligations for paints and coatings.

Tra le analisi più significative per la valutazione qualitativa di resine, vernici, catalizzatori ci sono le titolazioni, possono essere manuali o automatiche.
Ecco i principali parametri che si possono determinare:
Contenuto di acqua con il metodo Karl-Fisher - Contenuto % Isocianati (NCO) – Numero di Ossidrile – Acidità – Determinazione del numero di ammina

In un contesto in cui lo sviluppo sostenibile e la riduzione delle emissioni ricoprono un ruolo fondamentale, è necessario andare a valutare quali siano gli impatti delle nostre produzioni industriali.
La Valutazione del Ciclo di Vita (LCA) di un prodotto è un metodo oggettivo di analisi e quantificazione degli impatti ambientali associati al prodotto lungo l'intero ciclo di vita, ciò permette di individuare le fasi più impattanti. La metodologia di analisi è stabilita dalle norme ISO 14040 e ISO 14044.
La Carbon Footprint di prodotto, è uno strumento per misurare, gestire e comunicare le Emissioni di Gas Serra correlate ai prodotti, la metodologia, stabilita dalla norma ISO 14067 è basata sulla LCA ma in questo caso ci si focalizza sulla categoria d’impatto "Climate Change".
FAR Polymers ha avviato una produzione di prodotti Bio-Based, una famiglia di prodotti che derivano in parte da una biomassa vegetale e quindi da fonte rinnovabile. Il contenuto di carbonio biogenico può essere certificato tramite specifiche analisi C-14, alcuni degli standard più utilizzati sono UNI EN 16640 e ASTM D6866:2016.
Tutti i prodotti sintetizzati a partire da materie prime Bio Based sono stati sottoposti a test applicativi in confronto con i loro controtipi standard, al fine di dimostrarne le prestazioni.
Tra gli altri progetti di sostenibilità dell’azienda si colloca lo sviluppo di un copolimero in polvere in grado di migliorare le performance del CEM III.

Polyurethane dispersions are made using stoichiometrie rather than statistical polymerisation (acrylics). The paper will show the choice and influence of the raw materials, the processing and the very unique technical features of PUD’s.

Lo spray coating è una tecnica di rivestimento che permette l’adesione omogenea di un fine strato polimerico mediante la polverizzazione del materiale sopra una superficie aderente o attiva. Per questa tecnica, si necessita di materiali che conferiscano buone proprietà meccaniche, resistenza chimica, e stabilità. Per tutto ciò, Mat3D ha sviluppato una famiglia di resine ibride fotopolimerizzabili con precursori inorganici a base silicea con bassa viscosità (20 cP in media) ma alta resistenza meccanica (modulo elastico a partire da 2000 MPa). In questo studio, sono state fatte una serie di caratterizzazioni delle proprietà per l’ottimizzazione dalla sua applicabilità nel settore. La stabilità nel tempo e la reattività sono state migliorate nella formulazione allo stato liquido, inoltre si è mostrato che dopo la spruzzatura e la reticolazione il materiale migliora le sue caratteristiche flessionali e di durezza; presenta infine una tendenza idrofobica, proprietà anti-scratching, e anticorrosive.