Nota Tecnica

# 5

Dr. F. Parodi  -  Esperto in Ricerca & Sviluppo Industriale

Notes & Links

 

Sviluppo di un Prodotto Innovativo per Rivestimenti Marini Antivegetativi

Programma di R&S

Programma di uno studio di fattibilità presentato, per finanziamento da parte della Commissione Europea, al "Parco Scientifico e Tecnologico della Liguria" - Genova, il 3 giugno 2005.

Programma di Ricerca, Sviluppo e Testing Applicativo a conduzione prevista interamente presso e a cura del Laboratorio di R&S e Studio di Consulenza fpchem.com, con partecipazioni esterne minori per esecuzione dei test prestazionali e di durabilità ASTM e ISO (da parte di un laboratorio certificato di prova dei prodotti vernicianti) e le valutazioni specialistiche costi-benefici (da parte di uno studio di consulenza in ingegneria navale), relativi al nuovo prodotto sperimentale progettato e sviluppato.

Obiettivi di progetto pianificati

Progettazione molecolare, sviluppo sintetico e preparazione di laboratorio, caratterizzazione chimico-fisica, testing di laboratorio a breve e lungo termine, applicazione pilota, testing in ambiente marino e valutazione tecnico-economica di una composizione originale per verniciature antivegetative e anti-attrito di scafi di imbarcazioni e navi (come pure di varie strutture e costruzioni subacquee, come pipeline sommerse e galleggianti, piattaforme petrolifere, boe, ecc.), esenti da biocidi e altri componenti chimici tossici o nocivi per l'uomo e gli organismi marini.

A.  Il nuovio prodotto verniciante antivegetativo sarà:

  • una dispersione acquosa stabile, priva di solventi organici, di una resina parzialmente fluorurata chimicamente auto-reattiva;

  • un liquido a bassa viscosità, facilmente stendibile a pennello o spruzzabile su superfici solide, fornendo film polimerici sottili di rivestimento a seguito di semplice essiccazione e spontanea auto-polimerizzazione (e opzionale auto-reticolazione);

  • un prodotto del tutto innovativo e pienamente brevettabile.

B.  La superficie delle nuove pellicole polimeriche di coating sarà:

  • altamente idrofobica e fortemente idrorepellente;

  • super-levigata e antiadesiva (eccetto che nei confronti di prodotti siliconici e altri fluoropolimeri).

C.  I nuovi coating polimerici saranno addizionalmente dotati di:

  • una forte resistenza chimica e bichimica, grazie all'assoluta assenza di strutture chimiche idroliticamente labili (in particolare nell'ambiente alcalino delle acque marine), o capaci di subire aggressione da parte di bioorganismi (come esteri, ammidi, uretani, immidi, ecc.);

  • spontanea e forte adesione ad una varietà di substrati, comprendenti metalli puliti o pre-trattati chimicamente, molti metalli verniciati, laminati di resine poliestere o epossidiche rinforzate con fibre di vetro, legni, ecc.

 

Budget complessivo del progetto presentato per il finanziamento  =  EUR  96.270,00 (IVA inclusa).

Durata complessiva del programma = 12 mesi.

 

nel seguito, testo integrale della proposta originale del progetto 

___________________________________

 

 

STUDIO  DI  FATTIBILITA'

Sviluppo di un Prodotto Innovativo nel Campo dei Rivestimenti Antivegetativi Marini

PROPOSTA di PROGRAMMA di LAVORO

conformemente al capitolato di cui all'avviso pubblicato dal Parco Scientifico e Tecnologico della Liguria ScpA in data 22.04.2005, relativo alla misura 3.7, sottomisura D, Docup Ob.2  2000-2006 della Commissione Europea

"Diffusione e trasferimento dell'innovazione"

PROPONENTE

Dr. Fabrizio Parodi – Studio di Consulenza e Laboratorio Ricerche & Sviluppo

-   Genova   -

 

data di presentazione della proposta:  3 giugno 2005

 

1.  Obiettivi del Programma e Piano di Lavoro Proposto

1.1  Premessa

Il settore navale mercantile e militare e quello della nautica da diporto sono da una decina di anni alla ricerca "affannosa" di prodotti vernicianti antivegetativi e anti-attrito (antifouling) in grado di rispondere ad una nuova e assai critica combinazione di requisiti di efficacia, durabilità, eco-compatibilità e costo in sostituzione dei ben noti prodotti tradizionali e di grande efficacia, basati su potenti biocidi o combinazioni sinergiche di biocidi, per la loro tossicità sull'ambiente marino già banditi dall'uso (contenenti TBT) o di futura e/o prevedibile limitazione o esclusione (contenenti diversi organo-composti dello stagno, ossido rameoso e altri composti rameosi, rame metallico o sue leghe micro-granulari o in polvere, svariati biocidi organici sintetici, ecc.), e in tutti i casi di efficacia temporale limitata dalla progressiva perdita in acqua di biocida o sistema biocida attivo.

La letteratura tecnica di svariati produttori industriali qualificati a livello mondiale e la documentazione brevettuale nel settore delle vernici marine evidenziano a tutt'oggi una gamma di prodotti commerciali utilizzabili o rivendicati come vernici antivegetative autenticamente o dichiaratamente eco-compatibili complessivamente relativamente ristretta, e generalmente ancora affetti da diversificate, intrinseche ed evidenti carenze prestazionali e/o di durabilità.

Per le diverse tipologie di prodotto, possono essere menzionate tali limitazioni funzionali, con alcune citazioni brevettuali significative, come nello schema sotto riportato.

  1. Vernici autoleviganti (o idro-erodibili).  Nella generalità di questi prodotti vengono sfruttati la progressiva auto-demolizione chimica e il rilascio graduale in acqua del coating attraverso la lenta idrolisi di aggruppamenti chimici idroliticamente e biologicamente aggredibili in ambiente acquoso, e in particolare nelle acque marine di superficie e poco profonde, aventi non trascurabile alcalinità (pH compreso nell'intervallo 8.0 – 8.5 nelle acque oceaniche dai circoli polari all'equatore e nelle acque Mediterranee): esteri di acidi carbossilici, esteri fosforici, fosfonici e fosfinici, ammidi, ecc..  Esempi brevettuali:  GB 2218708,  JP 6016972, JP 8199094.  Carenza prestazionale essenziale intrinseca della tipologia di prodotti:  durata del coating antivegetativo breve e difficilmente prevedibile/controllabile in funzione della variabilità delle condizioni ambientali marine e del regime di lavoro.

  2. Vernici contenenti biocidi organici non dannosi (o rivendicati come non dannosi) per l'ambiente marino, gradualmente e più o meno velocemente rilasciati in acqua.  Numerosi esempi brevettuali:  US 5116407, US 5439511 e US 5439512, US 6046194, US 6365066, US 6627675, WO 03/039256; JP 59004663, JP 63316707, e JP 10330309 (con biocidi di origine naturale), ecc.  Principale limite funzionale dell'intera tipologia:  perdita di efficacia del coating progressiva e a regime difficilmente prevedibile come nel caso delle vernici autoleviganti.  Implicazioni igieniche e ambientali:  eco-effetti marini a lungo termine ignoti o poco noti;  rischi/danni potenziali per la salute degli operatori in fase di manipolazione, applicazione/rimozione delle vernici.

  3. Vernici "ibride" autoleviganti/rilascianti specie chimiche antifouling non specificamente biocide, attraverso processi graduali di idrolisi in acqua marina.  Esempi brevettuali:  EP 830430, JP 1190605, US 2003/0225230.  Limiti funzionali:  simili a quelli delle vernici autoleviganti (a).

  4. Vernici chimicamente e bio-inerti a bassa tensione superficiale (idro- e fouling-repellenti) gommose di natura polisilossanica più o meno complessa, comprendenti prodotti finali reticolati ibridi di tipo IPN derivanti da componenti reattivi multifunzionali epossidici, (met)acrilici, vinilici, ecc.  Esempi brevettuali:  JP 5051424, JP 6220361, JP 6228467, US 5331074, US 6271309, US 2004/0006190;  JP 2002-053797 e WO 03/027124 [co-poli(met)acrilati con catene laterali polidimetilsilossaniche].  Pregi tipici della categoria:  perfetta eco-compatibilità, buona-ottima efficacia antifouling, costo ragionevole, ottima resistenza idrolitica.  Carenze prestazionali generali:  scarsa-molto scarsa adesività a tutti i substrati di applicazione, ridotta-molto ridotta resistenza meccanica e all'abrasione, con conseguente facile deteriorabilità e asportabilità del coating (modesta durabilità).

  5. Vernici chimicamente e bio-inerti a bassissima tensione superficiale (super-idro- e –fouling-repellenti) di diversificata natura polimerica, parzialmente fluorurati.  Prodotti antesignani, di impiego ancora attuale e relativamente soddisfacente:  sistemi di leganti polimerici diversi, includenti sostenute frazioni volumetriche di fluoropolimeri (PTFE, FEP, ETFE, ecc.) in forma particellare finemente dispersa, associati ad agenti antivegetativi diversi, come ossido rameoso (ad es., US 4895881);  caratteristiche salienti e limiti funzionali:  buona efficacia, modesta durabilità a causa di scarsa coesività e modesta adesività del coating alla generalità dei substrati.  Omo- e co-polimeri ad alto peso molecolare portanti aggruppamenti chimici e/o catene laterali fluoroalchiliche.  Esempi:  co-poli(met)acrilati portanti catene laterali perfluoro-alchiliche o –ossialchileniche legate attraverso gruppi estere o uretano (EP 1378526), polivinilesteri e poliuretani parzialmente fluorurati, ecc., tutti aventi strutture chimiche complessivamente facilmente alterabili in ambiente acquoso, e specialmente in quello marino alcalino, a causa dell'intrinseca instabilità idrolitica degli aggruppamenti chimici estere, uretano, ammide, ecc.  Copolimeri di natura poliossietilenica, contenenti o portanti gruppi o sequenze fluoroalchiliche (JP 6248222), idroliticamente stabili ma caratterizzati da modestissima resistenza meccanica e abrasiva.

Complessivamente, escludendo dal presente contesto progettuale le intere categorie di prodotti di tipo autolevigante, contenenti biocidi e di tipo ibrido di cui ai precedenti punti a), b) e c), la piena rispondenza tecnico-economica di vernici antivegetative agli attuali e futuri requisiti di bio- ed eco-compatibilità risiede nei coating polimerici idrofobici di tipo siliconico e fluorurati d) ed e), purché rispondente alla seguente combinazione di requisiti fondamentali e critici, attualmente non soddisfatta, o soddisfatta in misura molto modesta, dai prodotti commercialmente disponibili o rivendicati:

  1. totale insensibilità e inalterabilità idrolitica (specie di fronte all'attacco idrolitico alcalino delle acque marine);

  2. forte idrofobicità della superficie dei coating esposta all'acqua, e tale da non consentire lo stabile "ancoraggio" superficiale dei diversi bio-organismi e da permettere la loro agevole e rapida rimozione da parte del flusso liquido radente gli scafi in navigazione, e comunque mediante tecniche "morbide" di asportazione meccanica (rapida idropulitura in bacino o dopo alaggio degli scafi, ovvero anche in darsena o bacino portuale mediante pulitura meccanica con mezzi non abrasivi);

  3. sostenuta adesività alla varietà dei possibili substrati di applicazione (diversi tipi di scafo:  metallico, metallico già verniciato con vernici antivegetative commerciali, in vetroresina, ed eventualmente in legno);

  4. buona resistenza meccanica e scarsa abradibilità del coating.

 

1.2  Obiettivi del Programma

In conformità alle specifiche poste a capitolato, e al di là di esse, il presente programma di studio di fattibilità propone lo sviluppo di un sistema chimico innovativo per verniciature antivegetative e anti-attrito (antifouling) per carene di navi e imbarcazioni, avente le seguenti caratteristiche.

  1. Prodotto filmogeno organico liquido, totalmente atossico e non-nocivo per l'ambiente;

  2. Efficace in virtù della elevata idrofobicità superficiale delle pellicole polimeriche derivanti dalla sua filmazione e auto-polimerizzazione sui substrati di destinazione (carene metalliche pulite o già ricoperte da vernici marine convenzionali) e privo di costituenti propri o di additivi aggiuntivi aventi nota o rivendicata attività biocida;

  3. Monocomponente;

  4. Prodotto in dispersione acquosa (anziché in solvente organico o miscele di solventi organici, come la totalità delle vernici antivegetative marine commerciali eccettuati alcuni sistemi siliconici liquidi in massa) e pertanto privo di ogni pericolosità connessa all'infiammabilità propria, e all'esplosività delle miscele con aria dei vapori, dei solventi organici volatili non clorurati, nonché degli effetti potenzialmente o certamente dannosi per la salute e/o per l'ambiente connessi in generale all'emissione in atmosfera dei vapori di tutti i solventi organici volatili (clorurati e non clorurati) e alla loro inspirazione da parte degli operatori durante le operazioni di verniciatura (specie nelle usuali verniciature a spruzzo);

  5. In grado di generare coating polimerici con superficie esposta all'aria (e successivamente all'acqua) fortemente idrofobica e adesivi sia su superfici metalliche pulite che fosfatate o sottoposte ad altri trattamenti anti-corrosione, nonché/ovvero su pre-esistenti strati di vernici marine convenzionali, e pertanto opzionalmente idoneo in quest'ultimo caso per verniciature antifouling di navi e imbarcazioni non implicanti la preventiva rimozione dei preesistenti coating antivegetativi convenzionali;

  6. In grado di produrre coating polimerici intrinsecamente (e non grazie ad additivi protettori ausiliari) perfettamente chimicamente resistenti e inalterabili da tutti i punti vista in termini di caratteristiche chimico-fisiche e fisico-meccaniche all'aggressione idrolitica, sia da parte dell'acqua marina direttamente agente sulle superfici esposte delle carene, che attraverso attacchi subdoli dall'interno (cioè sul fronte dell'interfaccia tra coating e carena).

Il presente programma di lavoro ha come obiettivi la progettazione, lo sviluppo su scala laboratorio e la positiva verifica di rispondenza applicativa e funzionale (attraverso test normati di invecchiamento) di innovative dispersioni acquose stabili di oligomeri/bassi polimeri parzialmente fluorurati chimicamente reattivi, capaci di auto-polimerizzare spontaneamente, e opzionalmente polimerizzare e reticolare, quando stese in strato sottile su superfici ad alta o media tensione superficiale (superfici metalliche, minerali, polimeriche polari) e ivi lasciate essiccare all'aria a temperatura ambiente, generando film polimerici con superficie esposta fortemente idrofobica e aderenti al substrato.

I nuovi oligomeri reattivi parzialmente fluorurati e i prodotti polimerici derivanti dalla loro auto-polimerizzazione (e opzionale reticolazione) saranno caratterizzati dall'assenza di qualsiasi aggruppamento chimico idroliticamente degradabile (come esteri, ammidi, immidi, uretani, ecc.) e tali pertanto da garantire una loro prolungata inalterabilità in tutti gli ambienti idroliticamente aggressivi, come quello marino in particolare.  Le dispersioni acquose-obiettivo saranno prive di solventi organici, ovvero, se necessari o significativamente migliorativi delle performance finali dei coating risultanti o della loro stesa e adesione su alcuni substrati di applicazione, conterranno modesti quantitativi di solventi organici non tossici a modesta volatilità come coadiuvanti di filmazione e/o adesivizzazione ai substrati stessi.

 

1.3  Piano di Lavoro

              durata complessiva del programma di lavoro:  12 mesi

Fase A :   Fase di Studio Preliminare

Azione A.1

Analisi brevettuale e documentale (tecnico-scientifica e di mercato) della situazione mondiale inerente la tematica del programma.

Azione A.2 Progettazione molecolare computazionale dei prodotti-obiettivo.

Fase B :   Fase di Ricerca

Preparazione, caratterizzazione chimico-fisica e caratterizzazione applicativa/funzionale preliminare di campioni dei prodotti-obiettivo

Azione B.1

Sintesi chimiche e preparazioni di micro-campioni di una rosa dei prodotti-obiettivo progettati.

Azione B.2

Preparazione di provini di coating polimerici in condizioni e su substrati rappresentativi.  Caratterizzazione chimico-fisica dei coating e caratterizzazione funzionale preliminare dei provini.

Azione B.3

Ottimizzazioni costitutive molecolari computazionali e aggiustamenti formulativi.  Preparazioni chimiche e caratterizzazioni suppletive.  Definizione di un prodotto innovativo ottimale destinato alla successiva Fase di Sperimentazione.

Fase C :   Fase di Sperimentazione

Produzione di macro-campioni di laboratorio del prodotto-obiettivo innovativo ottimale selezionato, relativa caratterizzazione applicativa e funzionale approfondita.

Azione C.1

Sintesi chimica e preparazione di macro-campioni su scala-kg o multi-kg del prodotto-obiettivo innovativo ottimale selezionato.

Azione C.2

Prove di applicazione del(dei) macro-campione(i) del prodotto-obiettivo sperimentale in verniciature di diversi substrati. Caratterizzazione funzionale del nuovo coating protettivo a breve e lungo termine.

       Fase D :    Fase di Analisi Pre-Industriale

Azione D.1

Qualificazione e quantificazione del mercato potenziale di assorbimento del nuovo prodotto.

Azione D.2

Analisi tecnico-economica del procedimento di sintesi chimica e preparazione del nuovo prodotto-obiettivo, e prospezione dei relativi processi e costi industriali di produzione.

Azione D.3

Analisi tecnico-economica del bilancio costi/vantaggi per applicazioni-modello del nuovo prodotto.

 

1.4  Tempificazione del Programma di Lavoro

Diagramma di Gantt del Programma, suddiviso per Fasi di Attività e Azioni

  

Fasi e Azioni

mese

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

 

Fase A

Fase di Studio Preliminare

A.1

Analisi brevettuale e documentale

                       

A.2

Progettazione molecolare computazionale dei prodotti-obiettivo

                       

 

Fase B

Fase di Ricerca

B.1

Preparazioni chimiche di micro-campioni

                       

B.2

Preparazione e caratterizzazione provini di coating

                       

B.3

Ottimizzazioni, preparazioni chimiche e caratterizzazioni suppletive

                       

 

Fase C

Fase di Sperimentazione

C.1

Preparazione macro-campioni di un prodotto-obiettivo sperimentale ottimale

                       

C.2

Prove di verniciatura e caratterizzazioni dei coating a breve e lungo termine

                       

 

Fase D

Analisi Pre-Industriale

D.1

Analisi di mercato potenziale del nuovo prodotto-obiettivo sperimentale

                       

D.2

Analisi tecnico-economica di produzione del nuovo prodotto-obiettivo sperimentale

                       

D.3

Analisi tecnico-economica costi/benefici per applicazioni-modello del nuovo prodotto

                       

 

 

 

1.5    Descrizione di Dettaglio del Programma di Lavoro

                        durata complessiva del programma di lavoro:  12 mesi

Fase A Fase di Studio Preliminare
Azione A.1

Analisi brevettuale e documentale (tecnico-scientifica e di mercato) della situazione mondiale inerente la tematica del programma.

Integrazione e completamento dell'analisi brevettuale e documentale mondiale dello stato dell'arte tecnico-scientifico, dello scenario economico e degli aspetti normativi relativi all'intero settore dei trattamenti superficiali e delle vernici antivegetative e anti-attrito per navi e imbarcazioni.

Azione A.2

Progettazione molecolare computazionale dei prodotti-obiettivo.

Modellazione molecolare e calcolo previsionale delle proprietà chimico-fisiche dei prodotti-obiettivo (precursori oligomerici o basso-polimerici reattivi e prodotti polimerici finali derivanti dalla loro auto-polimerizzazione):  modellazioni molecolari quanto-meccaniche semi-empiriche;  simulazioni delle dinamiche molecolari isoterme a temperature = 265 - 325 K attraverso routine di meccanica molecolare e/o dinamiche molecolari di Langevin;  analisi conformazionale delle strutture macromolecolari previste; analisi e quantificazione della dipolarità/difilia media delle macromolecole e di singole unità strutturali dei prodotti macromolecolari-obiettivo alle temperature di impiego previste (265 - 325 K);  mappatura 3D del potenziale elettrostatico delle strutture macromolecolari previste;  calcolo previsionale empirico di alcune proprietà QSAR e QSPR dei precursori oligomerici/basso-polimerici reattivi e dei prodotti polimerici finali;  analisi previsionale della termodinamica di polimerizzazione dei sistemi oligomerici/basso-polimerici reattivi progettati;  previsione computazionale della solubilità/dispersibilità in ambiente acquoso dei precursori oligomerici/basso-polimerici reattivi progettati, attraverso simulazioni dell'idratazione e micellizzazione in ambiente acquoso con modelli quanto-meccanici semi-empirici multi-molecolari.

 

Fase B Fase di Ricerca

Preparazione, caratterizzazione chimico-fisica e caratterizzazione applicativa & funzionale preliminare di campioni dei prodotti-obiettivo

Azione B.1

Sintesi chimiche e preparazioni di micro-campioni di una rosa dei prodotti-obiettivo progettati.

Sintesi chimiche di una serie di micro-campioni di laboratorio (su scala 25 - 100 g) di alcuni oligomeri/bassi-polimeri reattivi parzialmente fluorurati derivanti dalle attività di progettazione e analisi previsionale molecolare dell'Azione A.2.  Preparazione di micro-campioni dei relativi sistemi in dispersione acquosa.  Esame microscopico/micrografico ottico delle dispersioni.  Valutazioni della loro stabilità (alla diluizione, alle variazioni di pH, di fronte ad elettroliti).  Analisi FT-IR della chimica e della cinetica di auto-polimerizzazione dei sistemi in dispersione acquosa in fase di filmazione ed essiccazione.

Azione B.2

Preparazione di provini di coating polimerici in condizioni e su substrati rappresentativi.  Caratterizzazione chimico-fisica dei coating e caratterizzazione funzionale preliminare dei provini.

Stesa, filmazione, essiccazione e auto-polimerizzazione di pellicole polimeriche dei campioni di sistemi in dispersione acquosa derivanti dalle attività dell'Azione B.1 in condizioni termiche e igrometriche controllate su diversi substrati piani rappresentativi: acciaio al carbonio e alluminio puliti, acciaio o alluminio pre-verniciati con 2 vernici marine antivegetative commerciali convenzionali di riferimento, laminato in vetro-resina convenzionale standard per costruzioni nautiche.  Caratterizzazione micro-morfologica e chimico-fisica superficiale dei coating sperimentali:  i) analisi FT-IR in riflessione totale attenuata;  ii) ispezione stereomicrografica dello stato della superficie dei coating (in luce visibile radente, UV, visibile e/o UV dopo trattamenti con traccianti coloranti e/o UV-fluorescenti);  iii) analisi della termodinamica superficiale dei coating attraverso misure di angolo di contatto J con serie di liquidi a tensione superficiale nota;  iv) determinazione di:  tensione superficiale critica estrapolata sec. Zisman, tensione superficiale sec. Elton e tensione superficiale del solido estrapolata secondo l'espressione:

  

v) esame micrografico ottico a forti rapporti di ingrandimento di sezioni trasversali sottili dei film polimerici stesi su diversi substrati.  Valutazioni preliminari empiriche dell'adesività dei coating sperimentali ai diversi substrati ed esame micrografico ottico delle zone di distacco.

Azione B.3

Ottimizzazioni costitutive molecolari computazionali e aggiustamenti formulativi.  Preparazioni chimiche e caratterizzazioni suppletive.  Definizione di un prodotto innovativo ottimale destinato alla successiva Fase di Sperimentazione.

Aggiustamenti modellistici computazionali della struttura molecolare dei sistemi di oligomeri/bassi polimeri reattivi, aggiustamenti formulativi e preparativi sperimentali supplementari (attraverso sintesi chimiche e preparazioni su scala micro-campione) delle relative dispersioni acquose, e caratterizzazioni chimico-fisiche dei coating ottenibili, sulla scorta delle risultanze del complesso di attività della precedente Azione B.2.  Scelta di un sistema reattivo e relativa dispersione acquosa come candidato ottimale del prodotto-obiettivo innovativo da destinare alla successiva Fase di Sperimentazione C.

 

Fase C Fase di Sperimentazione.

Produzione di macro-campioni di laboratorio del prodotto-obiettivo innovativo ottimale selezionato, relativa caratterizzazione applicativa e funzionale approfondita.

Azione C.1

Sintesi chimica e preparazione di macro-campioni su scala-kg o multi-kg del prodotto-obiettivo innovativo ottimale selezionato

Sintesi chimica del sistema selezionato di oligomeri/bassi polimeri parzialmente fluorurati e preparazione della relativa dispersione acquosa in quantitativi dell'ordine minimo di 0.5 – 1 kg di prodotto secco, in reattore cilindrico da laboratorio di capacità 1 - 2.5 litri in condizioni accuratamente monitorate.  Controllo e comparazione delle caratteristiche chimiche, fisiche e chimico-fisiche del prodotto con il(i) precedente(i) micro-campione(i) delle Azioni B.1, B.2 e B.3.  Eventuali reiterazioni della sintesi chimica e/o della preparazione della dispersione acquosa secondo necessità in casi dubbi o di esito insoddisfacente.

Azione C.2

Prove di applicazione del(dei) macro-campione(i) del prodotto-obiettivo sperimentale in verniciature di diversi substrati.  Caratterizzazione funzionale del nuovo coating protettivo a breve e lungo termine.

Prove di verniciatura (stesa, filmazione, essiccazione e auto-polimerizzazione della dispersione acquosa sperimentale) su lastre piane di una varietà ristretta di substrati di destinazione (acciaio al carbonio, acciaio al carbonio pre-rivestito con una vernice antivegetativa rappresentativa commerciale standard, laminato in vetroresina) con il(i) macro-campione(i) del prodotto-obiettivo sperimentale proveniente dalle attività preparative della precedente Azione C.1.

Esecuzione dei seguenti test funzionali e di durabilità dei provini di coating su lastre secondo normative ufficiali di prova, presso e a cura di un laboratorio certificato nel settore dei prodotti vernicianti:

  • resa pratica della vernice (consumo in peso o volume di vernice per superficie unitaria correttamente ricoperta) [ISO 7254];

  • adesione al substrato [ASTM D4541];

  • resistenza alla nebbia salina ( > o = 1000 ore ) [ASTM B117], e valutazioni degli effetti post-trattamento;

  • resistenza all'immersione in acqua marina, satura di ossigeno (480 ore a 40°C) [ISO 2812-2], con valutazioni degli effetti post-trattamento.

Esecuzione di test di mantenimento di lastre di prova (coating parziale a zone di comparazione su acciaio al carbonio e su un laminato di vetroresina standard per nautica appositamente realizzato con componenti di fonte nota e preventivamente caratterizzato analiticamente e micrograficamente in laboratorio) in immersione prolungata in acqua marina in bacino portuale (> o = 3 mesi).  Ispezione degli sviluppi dei bio-depositi sulle lastre.  Prove pratiche di asportazione mediante idropulitura standard.  Comparazione incrociata degli effetti del nuovo coating sui due diversi substrati e con i substrati non rivestiti.  Relativa documentazione fotografica e micrografica dello stato delle superfici pre- e post-prova di immersione, e pre- e post-idropulitura.

 

Fase D Fase di Analisi Pre-Industriale.
Azione D.1

Qualificazione e quantificazione del mercato potenziale di assorbimento del nuovo prodotto.

Dimensionamento previsionale del mercato potenzialmente interessato all'impiego del nuovo prodotto-obiettivo, con riferimento alle normative vigenti e di prossima attuazione e ai prodotti commerciali noti di categoria pari o confrontabile, e comunque o potenzialmente competitivi (vernici antivegetative chimicamente e bio-inerti, e antivegetative con bio-inibitori attivi non tossici o rivendicati tali).  Analisi del mercato di potenziale applicabilità del nuovo prodotto in comparti industriali con esigenze di protezione antivegetativa affini a quello navale e nautico primario di destinazione:  boe galleggianti, tubazioni sommerse, piattaforme di perforazione petrolifera, draghe portuali e fluviali, ecc.  Analisi di mercato basata sui dati tecnico-economici derivanti dal lavoro di ricerca brevettuale e documentale dell'Azione A.1.

Azione D.2

Analisi tecnico-economica del procedimento di sintesi chimica e preparazione del nuovo prodotto-obiettivo, e prospezione dei relativi processi e costi industriali di produzione.

Analisi tecnico-economica del procedimento di sintesi chimica e preparazione della dispersione acquosa del nuovo prodotto-obiettivo, sulla base dei dati delle attività preparative dei macro-campioni di laboratorio dell'Azione C.1.  Definizione, dimensionamento e progettazione di massima di un impianto chimico idoneo per produzione del nuovo prodotto.  Analisi dei costi materie prime (in lotti pilota e industriali) e di produzione del nuovo prodotto.  Definizione dell'intervallo di costo effettivo prevedibile del nuovo prodotto.

Azione D.3

Analisi tecnico-economica del bilancio costi/vantaggi per applicazioni-modello del nuovo prodotto.

Simulazione applicativa del nuovo prodotto per un caso-modello di verniciatura antivegetativa di un'imbarcazione rappresentativa di impiego mercantile.  Calcolo dei costi complessivi di verniciatura (prodotto + manodopera) sulla base dei dati di resa pratica e di costo del nuovo prodotto, rispettivamente derivanti dalle Azioni C.2 e D.2.  Calcolo previsionale della durabilità del nuovo coating attraverso i dati sperimentali delle attività dell'Azione C.2.  Calcolo previsionale modellistico matematico dei vantaggi idrodinamici ed energetici ottenibili dall'imbarcazione nel caso-modello attraverso l'adozione del nuovo coating antivegetativo (per es. sec. Eur. Pat. Appl. EP 1484700).  Calcolo dei costi complessivi di manutenzione per un periodo di esercizio di riferimento.  Comparazione dei costi complessivi rappresentativi (costi di rimessa in bacino o alaggio + puliture carena + riverniciature + costi energetici di propulsione) per la medesima imbarcazione di riferimento del caso-modello con verniciature antivegetative convenzionali e nell'ipotesi di adozione del nuovo prodotto.  Calcolo complessivo del bilancio costi/vantaggi nel caso di applicazione del nuovo prodotto di verniciatura antivegetativa e con vernici antivegetative convenzionali.  Comparazione e calcolo del differenziale costi/benefici derivante dall'ipotetica adozione del nuovo prodotto.

 

2.  Costi del Programma di Lavoro

Tabella 1

Prospetto Generale dei Costi del Programma

voci di spesa

importi di spesa, IVA 20% inclusa (in migliaia di Euro)

TOTALI

intero programma

Fase di Attività

Fase A

Fase B

Fase C

Fase D

 

Personale interno  (1)

 

 

 

 

libero professionista titolare

10,59

29,84

13,50

16,36

70,29

altro personale

-

-

-

-

-

Personale esterno  (1)

-

-

0,96

1,92

2,88

Prestazioni esterne  (2)

-

-

8,60

-

8,60

Materiali di consumo

-

3,80

2,80

-

6,60

Spese generali

 

 

 

 

 

canoni di locazione immobiliare + utenze

1,19

3,35

1,52

1,84

7,90

 

TOTALI

11,78

36,99

27,38

20,12

96,27

 

 

 

 

 

 

(1)  vedi dettaglio costi unitari e impegni di personale interno ed esterno in Tabella 2a

(2)  vedi dettaglio costi "prestazioni esterne" in Tabella 2b

 

 

Tabella 2a

Dettaglio Costi e Impegni di Personale Interno e Personale Esterno

 

Giornate Lavorative/uomo

Fase di Attività

TOTALI

intero programma

Fase A

Fase B

Fase C

Fase D

 

Personale interno

 

 

 

 

 

libero professionista titolare

costo uomo/giornata (IVA inclusa) =  Euro 481,43

22

62

28

34

146

Personale esterno

 

 

 

 

 

consulenti esterni

costo uomo/giornata (IVA inclusa) =  Euro 481,43

-

-

2

4

6

 

TOTALI

22

62

30

38

152

 

 

 

 

 

 

 

Tabella 2b

Prestazioni Esterne

Caratterizzazioni funzionali del nuovo coating a breve e lungo termine presso e a cura di un laboratorio certificato nel settore dei prodotti vernicianti

Dettaglio Impegni di Personale e Costi (in migliaia di Euro)

 

Giornate Lavorative / Costo (IVA 20% inclusa)

Fase di Attività

TOTALI

intero programma

voce di spesa

costo uomo/giornata

in Euro

(IVA inclusa)

Fase A

Fase B

Fase C

Fase D

 

Personale

 

 

 

 

 

 

ricercatore

tecnico di laboratorio

operatore tecnico

316,80

240,00

170,48

-

-

-

-

-

-

14,2  /  4,50

4,7  /  1,13

7,9  /  1,35

-

-

-

4,50

1,13

1,35

Materiali di consumo

 

-

-

0,84

 

0,84

Spese generali

 

-

-

0,78

-

0,78

 

 

TOTALI

-

-

8,60

-

8,60

 
3. Credenziali Tecnico-Scientifiche del Soggetto Candidato allo Svolgimento del Programma:   Studio di Consulenza e Laboratorio R&S Dr. F. Parodi

            vedi website:  http://users.iol.it/fgparodi/ 

3.1   Competenze e Attività dello Studio di Consulenza e Laboratorio R&S Dr. F. Parodi

Il Dr. Fabrizio Parodi, titolare dello Studio omonimo, esercita l'attività di libero professionista chimico industriale a partire dall'aprile 2000, dopo 24 anni di attività dipendente di Ricerca & Sviluppo nei campi della chimica e del processing dei materiali polimerici e compositi e della chimica organica fine, prestata in Italia e all'estero in posizioni di crescente responsabilità da ricercatore a capo-laboratorio, a group leader, a dirigente industriale Direttore R&S, presso diversi grandi gruppi industriali nazionali e internazionali:  Gruppo Montedison (Vitrofil SpA); 3M Company [Italia e USA];  Gruppo Vetrotex-Saint Gobain [Italia e Francia]; EniChem SpA [Italia] ed EniChem Americas Inc. [USA];  Gruppo Saiag (Saiag SpA e Saiag Industrie Srl).

Dopo un anno di attività di consulenza industriale indipendente, il Dr. Parodi ha allestito a Milano nel maggio 2001 un proprio laboratorio chimico di ricerca, modernamente e ben equipaggiato per lo sviluppo di prodotti polimerici, additivi chimici e catalizzatori innovativi, nonché per lavori di modellazione molecolare e di chimica-fisica computazionale, di impiego sistematico come strumento di progettazione e accelerazione dell'attività di ricerca sperimentale.

Dal suo allestimento a Milano, il laboratorio del Dr. Parodi fornisce i seguenti servizi professionali (vedi indice alla pagina web http://users.iol.it/fgparodi/ap_2-it.html, e pagine da essa raggiungibili tramite i link attivi ivi presenti):

  1. servizi di Ricerca & Sviluppo a contratto su plastiche, resine, gomme e relativi compound specializzati, catalizzatori omogenei di reazione;

  2. servizi di Ricerca & Sviluppo a contratto su chemicals specializzati (suscettori, agenti reticolanti e catalizzatori), processi e dispositivi dedicati per processing di materiali polimerici a microonde;

  3. servizi di modellazione molecolare, chimica e chimica-fisica computazionale;

  4. servizi di analisi e controllo-qualità (analisi di prodotti polimerici;  analisi e caratterizzazione di additivi e ausiliari per prodotti polimerici, manufatti e semilavorati in materiale polimerico;  deformulazione e riformulazione di composizioni polimeriche complesse).

3.1a  Competenze tecnico-scientifiche e gestionali del Dr. F. Parodi.  I campi di particolare competenza di R&S comprendono:  sintesi e proprietà di polimeri (poliuretani, polimeri complessi da isocianati, polisolfoni, omo- e co-poliolefine modificate, copoliesteri aromatici, ecc.);  sintesi, catalizzatori, agenti reticolanti, curing e applicazioni delle resine termoindurenti (in particolare, speciali e ad alte prestazioni);  chimica-fisica delle fibre di vetro e dei materiali compositi a matrice polimerica;  chimica e processing degli elastomeri reticolati e termoplastici;  sintesi organiche e catalisi omogenea di reazione (chimica degli epossidi, degli isocianati, dei composti azotati e fosforati quaternari, sintesi di Grignard e Friedel-Crafts, ecc.);  processing a microonde e a radiofrequenza dei materiali polimerici.

           Nel corso della propria carriera, il Dr. F. Parodi ha organizzato, presentato e gestito come project leader svariati programmi bi- o triennali di R&S multi-partner con sostenuti budget di spesa e investimenti di 2 - 5 M Euro ("progetti IMI", BRITE-EURAM e "Legge 46").

3.1b  Competenze tecnico-scientifiche del Dr. F. Parodi di specifica attinenza alla tematica della presente proposta di programma di lavoro:   circa 12 anni di R&S sulla preparazione, chimica-fisica e applicazioni dei coating e dei film sottili polimerici, delle emulsioni, micro-emulsioni e colloidi polimerici e oligomerici, e dei promotori fisici e chimici di adesione per interfacce polimero-metallo, polimero-substrati minerali diversi e polimero-polimero (Gruppo Montedison, 3M, Vetrotex-Saint Gobain);  un anno di ricerca sulla chimica e fisica dei coating polimerici anti-frizione e anti-abrasivi, iper-idrofobici e non (portanti unità strutturali fluorurate o di tipo terpenico) (3M);  ricerche su additivi innovativi fluorurati e siliconici con effetti auto-distaccanti per resine termoindurenti e idro-repellenti, anti-frizione o ossigeno-protettori per mescole di gomma (Gruppo Saiag; laboratorio R&S Dr. F. Parodi);  circa 18 anni di esperienze diversificate di ricerca, sviluppo tecnologie di fabbricazione e applicazioni nel campo dei materiali compositi strutturali e semi-strutturali a matrice termoindurente (in particolare per costruzioni nautiche e marine off-shore, industriali e per automezzi), delle resine termoindurenti e dei gel-coat per i medesimi materiali (Gruppo Montedison, EniChem).

Ordini Professionali di appartenenza:

·     Ordine dei Chimici della Liguria, n° di iscrizione all'Albo 1080  [www.chimici.it]

·      Association of Consulting Chemists & Chemical Engineers (USA), member n° 897 [www.chemconsult.org]

 

3.2     Principali Commesse di Ricerca & Sviluppo Acquisite e Programmi di Lavoro Interamente Svolti da parte dello Studio di Consulenza e Laboratorio R&S Dr. F. Parodi, dall'inizio attività.

  1. "Progettazione e Sviluppo di Elastomeri Poliolefinici Termoplastici TPV Proprietari" (Italia) - periodo di attuazione :  2000-2002.

  2. "Ricerca e Sviluppo di Composizioni Poliolefiniche Termoplastiche Rapidamente Riscaldabili e Lavorabili Meccanicamente sotto Stiro in Continuo sotto Irradiazione  a Microonde" (Italia) - periodo di attuazione : 2001-2003.

  3. "Ricerca e Sviluppo per Progettazione di un Dispositivo Industriale Specializzato per l'Essiccazione Dinamica Rapida in Continuo di Polimeri Termoplastici Granulari o Frammentati mediante Trattamenti di Potenza a Microonde" (Italia) - periodo di attuazione : 2002-2003.

  4. "Ricerca e Sviluppo Applicativo e Industriale di Additivi Speciali per la Vulcanizzazione Rapida in Continuo di Mescole di Gomma Bianche in Tunnel di Trattamento UHF" (Italia) - periodo di attuazione : 2003-2005.

3.3    Commesse Minori di Consulenza, R&S e Analisi su Tematiche Diverse

Tematiche:  liquidi ionici (Italia);  elastomeri poliuretanici in massa e in soluzione (Italia);  coating polimerici poli-fluorurati e cloro-fluorurati (multinazionale);  gomme siliconiche (Italia);  resine termoindurenti convenzionali e speciali (Italia, USA, Canada);  adesivi poliuretanici in dispersione acquosa (Italia);  film polimerici metallizzati (Italia); mescole ferro- e ferri-magnetiche e conduttive di gomma (Olanda);  polimerizzazioni e curing di materie plastiche e gomme mediante trattamenti a microonde, a radiofrequenza, electron-beam e UV (Italia);  materiali polimerici insonorizzanti e antifiamma (Italia);  espansi poliolefinici (Italia);  procedimenti e dispositivi di trattamento a microonde e a radiofrequenza dei prodotti tessili (Italia);  mescole di gomma per impieghi alimentari, elastomeri clorurati e mescole antifiamma per cavi elettrici (Italia);  progettazione di due impianti chimici di produzione poliuretani in massa, soluzione e dispersione acquosa (Italia);  materiali ceramici ultra-duri per altissime temperature (Italia).

3.4     Accordi Sottoscritti di Cooperazione:  India  (2005 -);   USA  (2005 -);  Italia (2005 -).  Tematica:  Resine Termoindurenti Speciali e Proprietarie dello Studio Dr. F. Parodi.

 

4.  Struttura Operativa del Soggetto Candidato allo Svolgimento del Programma:    Studio di Consulenza e Laboratorio R&S Dr. F. Parodi

 

Studio e Sede Legale (Domicilio Fiscale):   ........................ 

Laboratorio R&S (Sede Operativa):  .....................................

Locali Laboratorio Chimico + Camera oscura + Ufficio + Servizi per 250 m2 complessivi, interamente climatizzati con 5 unità di climatizzazione indipendenti a pompa di calore Toshiba DC-Hybrid Inverter.

Arredi Tecnici, Cappe di Aspirazione, Rete di distribuzione di Argon e altre Dotazioni del Laboratorio :  .............................. 

Principali Apparecchiature, Accessori e Prodotti Chimici

  1. Quattro postazioni attrezzate fisse di sintesi chimica ..............................

  2. Impiantino di distillazione frazionata ..............................

  3. Evaporatore rotante Büchi a vetreria verticale, con corredo ..............................

  4. Camera termostatica Heraeus ..............................

  5. Forni a microonde attrezzati ..............................

  6. Attrezzatura per analisi cromatografiche TLC ..............................

  7. Dotazione di vetreria, riscaldatori elettrici e accessori standard di laboratorio per preparazioni e analisi chimiche, distillazioni, estrazioni, filtrazioni sotto vuoto, ecc. ..............................

  8. Reagentario comprendente solventi organici, prodotti chimici organici e inorganici per analisi e sintesi, nonché gas puri per sintesi in lecture bottles, per un totale di 552 voci di inventario, in armadi aspirati di sicurezza, omologati per prodotti infiammabili e per chemicals tossico-nocivi ..............................

  9. Demineralizzatore monocolonna a resine miste, con conduttimetro digitale in linea, .............................

Strumentazioni, Software e Risorse Documentali Proprie

  1. Bilance tecniche e analitiche Mettler-Toledo ..............................

  2. Spettrometro FT-IR Thermo-Nicolet Avatar 370 E.S.P. 8000 - 400 cm-1, + accessorio per analisi in riflessione totale attenuata Smart MIRAcle HATR a singola riflessione a cristallo ZnSe, + corredo per analisi in trasmissione (pastigliatrice e pressa da 10 ton per KBr pellets, finestre e celle in NaCl e KBr, ecc.), banche-dati FT-IR commerciali e proprietarie.

  3. Stereomicroscopio zoom, con epi- e trans-illuminatori ..............................

  4. Microscopio ottico trinoculare, con corredo obiettivi-oculari 40´ ¸ 1600´, sistema di osservazione in luce polarizzata, oculare a reticolo micrometrico, ecc. ..............................

  5. Microcamera digitale .............................. , con software di acquisizione, elaborazione e analisi delle immagini ..............................

  6. Misuratore/registratore digitale portatile di temperatura Testo GmbH, con corredo di termosonde di precisione di vario tipo  ..............................

  7. Pacchetti software di modellazione molecolare e chimica computazionale  .............................., operativi in parallelo su PC Pentium IV - 2 GHz sotto sistema operativo Windows XP Professional e su server Pentium IV - 3.2 GHz sotto s.o. Windows 2000 Professional  [http://users.iol.it/fgparodi/fap_2d-it.html ]

  8. Biblioteca tecnico-scientifica propria, comprendente oltre 300 volumi di chimica organica, generale & analitica, scienza & processing delle materie plastiche, resine e gomme, fisica & chimica-fisica, scienza & tecnologia dei materiali, enciclopedie, manuali, atti di convegni e periodici scientifici  [ catalogo dei titoli principali alla pagina web http://users.iol.it/fgparodi/ap_8b-it.html ].

  9. Equipaggiamento fotografico Nikon e Leitz ..............................

Principali Attrezzature di Ufficio (Laboratorio di Arenzano + Studio di Genova):  PC server, PC fissi e portatili, stampanti laser e inkjet A4 e A3, scanner, ecc. ..............................

 

5.  Composizione del Gruppo di Lavoro

La presente proposta prevede l'esecuzione dell'intero programma di lavoro a cura della struttura operativa del proponente (Studio di Consulenza e Laboratorio R&S Dr. F. Parodi), con collaborazioni minori su commesse di lavoro:  i) di consulenza professionale esterna per le Fasi di Attività C e D;  ii) di prestazioni esterne di testing secondo normative ufficiali di prova del prodotto-obiettivo innovativo sperimentale oggetto del programma, da parte di un laboratorio certificato nel settore qualificazione dei prodotti vernicianti (nell'ambito della Fase di Attività C).

Lo Studio di Consulenza e Laboratorio R&S Dr. F. Parodi non ha dipendenti fissi.  Secondo i programmi e gli impegni, si avvale della collaborazione del Dr.  R. Alessio per la gestione di pratiche contrattuali/legali e attività di segreteria, e di collaborazioni scientifiche a termine per specifiche attività sperimentali.

Curriculum professionale del Dr. Fabrizio Parodi, comprendente elenco dei brevetti, pubblicazioni scientifiche, seminari, lezioni, conferenze, report tecnici e pubblicazioni web, alle pagg. ............... del presente documento, e alle seguenti pagine web:  http://users.iol.it/fgparodi/fap_3-it.html , http://users.iol.it/fgparodi/fap_4-it.html  e  http://users.iol.it/fgparodi/fap_4a-it.html .

 

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