9 novembre 2020
Un processo innovativo per la metallizzazione di substrati plastici brevettato dal Politecnico di Milano
La metallizzazione è un processo che consiste nel ricoprire una superficie (di vetro o di plastica) con uno strato metallico e serve a proteggere il substrato così trattato da abrasioni e/o da agenti atmosferici, oltre a poter avere anche finalità estetiche.
Le tecnologie di metallizzazione attualmente in uso nell’ambito dei substrati plastici sono elettrochimiche (bagni galvanici) oppure chimico/fisiche (deposizione fisica in fase vapore – PVD). In particolare, la tecnica PVD non è efficace nel caso di trattamento di plastiche a bassa energia superficiale quali le poliolefine (es., polipropilene) a causa della scarsa adesione tra il substrato e la resina (primer) sulla quale lo strato metallico viene deposto.
La soluzione brevettata dal team di ricerca del Politecnico di Milano (dipartimento CMIC - Gianmarco Griffini et al.) consiste in un processo innovativo di metallizzazione di substrati plastici a bassa energia superficiale, in particolare substrati poliolefinici (es., polipropilene), in cui l’adesione substrato/primer è migliorata significativamente, consentendo quindi un impiego efficace della tecnologia PVD anche per la metallizzazione di questi materiali.
Tale processo prevede una prima fase di pulizia del substrato con una soluzione di lavaggio (acqua e sapone, acetone o altri solventi compatibili), un suo successivo trattamento al plasma che serve per attivarne la superficie, la deposizione di un primer foto- o termo-reticolabile, preceduta però da un trattamento di funzionalizzazione superficiale per mezzo di un aggraffaggio fotochimico (con luce UV) di una specie di ancoraggio metacrilica, che garantisce eccellente adesione del primer al substrato poliolefinico. Il processo si conclude con la deposizione dello strato metallico (es., cromo, alluminio, zirconio, rame, nichel, titanio, nitruro di carbonio) al di sopra del primer utilizzando la tecnica PVD.
Opzionalmente il processo può comprendere un passaggio di post-deposizione di uno strato ceramico (es., SiOx) mediante deposizione chimica in fase vapore (CVD), che consente di modificare le proprietà superficiali (es., la durezza o la bagnabilità) dello strato metallico sottostante.
Il processo di ancoraggio UV viene effettuato in fase liquida, depositando una soluzione di monomero vinilico (acrilato o metacrilato) in un solvente organico (es., acetone, metanolo) insieme ad un foto-iniziatore (es., benzofenone), e irraggiando con luce UV di opportuna lunghezza d’onda.
Le resine foto- o termo-reticolabili utilizzabili come primer possono essere di tipo acrilico, poliuretanico o epossidico, e sono scelte in base alla natura chimica della specie metacrilica di ancoraggio impiegata prima della loro deposizione.
L’efficacia della funzionalizzazione superficiale delle superfici di polipropilene utilizzando diversi tipi di metacrilati è confermata tramite analisi spettroscopica (Fourier-transform infrared spectroscopy - FTIR) e valutazione della bagnabilità e dell’energia superficiale (angolo di contatto).
L’effetto del processo di ancoraggio sull’adesione tra primer e substrato poliolefinico è verificato tramite test di adesione (pull-off).
Quest’invenzione può essere applicata in diversi settori tecnici (automobilistico, navale, comparto degli elettrodomestici, apparecchiature sanitarie, occhialeria).
Il procedimento di metallizzazione di substrati plastici può essere utilizzato per la produzione di componenti decorativi e/o strutturali.
L’invenzione è stata tutelata con una domanda di brevetto nazionale ed una successiva estensione internazionale con procedura PCT.
Massimo Barbieri
Technology Transfer Office (Politecnico di Milano)
Referente TTO per le invenzioni dei dipartimenti CMIC ed Energia