STUDIO DELL'ANTIFOULING parte 3^

Tipologie di resistenza

Viene posta particolare attenzione alla rugosità superficiale vera della carena edipendente dal rivestimento utilizzato. Rugosità superficiale che, come accennato nellaConferenza internazionale sulla riduzione dell’attrito (SMOOTH Ships 2011) tenutasi inTurchia nella Technical University di Istanbul in data 20 Mggio 2011, può essere suddivisain due categorie:rugosità fisica: nasce da ogni tipo di discontinuità ed è influenzata da ogni parte delloscafo che modifica il flusso d’acqua sulla superficie dello scafo come ad esempio

deformazioni, imperfezioni durante la saldatura, protezioni catodiche (usate per il

monitoraggio della corrosione superficiale) e lingue di sentina. Questo tipo di rugosità non è scopo del nostro studio;rugosità biologica: è causata dal fouling ed è migliorabile levigando la superficiedello scafo a contatto con l’acqua o durante l’utilizzo della nave usando rivestimentiantifouling appropriati. Questa è la categoria di rugosità maggiormente influenzatadalle protagoniste di questa tesi ovvero le vernici antifouling.

In ambito navale esistono anche le navi appartenenti al naviglio minore , ovvero navi non

grandi la cui velocità tipica si aggira intorno ai tredici nodi. Per tutte queste categorie di

mezzi navali, la minimizzazione della resistenza d'attrito passa anzitutto, ancora una volta,

attraverso una appropriata progettazione. E qui sopperiscono gli studi sulla idrodinamica,

grazie ai quali oggi disponiamo di metodi di calcolo sempre più raffinati, ormai affidati

all'elaboratore elettronico, per disegnare forme di carena nelle quali la superficie bagnata èla minima indispensabile per realizzare quelle certe caratteristiche della nave che

l'Armatore ha richiesto. Anche i materiali con cui lo scafo è costruito hanno il loro impatto

sul valore del Cf. Il legno, a sua volta, è di solito meno rugoso dell'acciaio ordinario, quello

più ampiamente utilizzato nella costruzione navale. Poi Il progettista sa dove trovare le

indicazioni per ottimizzare il Cf tenendo conto dei fattori che maggiormente confluiscono

nel determinarla. La prassi della costruzione navale, poi, fornisce le metodiche per rendere

il più scorrevole possibile la carena una volta che siano stati scelti i parametri

dimensionali. Tali metodiche si basano in pratica nell'applicazione, sulla superficie della

carena, di sostanze incaricate di:eliminare, o almeno ridurre al minimo possibile, la rugosità della carena. A questo riguardo accenniamo che per certi tipi di nave, specialmente militari, vengono impiegate sostanza "autoleviganti". Vale a dire che nel corso del tempo, queste sostanze si sfogliano come veli di cipolla, in modo da assicurare sempre la massima levigatezza alla carena;proteggere lo scafo dall'attacco degli aggressivi chimici disciolti nell'acqua (funziona anticorrosiva);proteggere lo scafo dall'attacco dei numerosi aggressivi biologici (vegetali ed animali) anch'essi presenti nell'acqua (funzione antivegetativa).Dunque ricapitolando la diminuzione del biofouling: diminuisce la resistenza ad attrito della nave, garantendo così migliori prestazioni grazie una riduzione della rugosità superficiale con conseguente riduzione del coefficiente di resistenza ad attrito equivalente, diminuendo i consumi di carburante, creando guadagni economici e meno inquinamento ambientale.

TECNOLOGIE  ANTIFOULING

Vediamo una descrizione dell’evoluzione delle tecnologie antifouling dagli antichi Fenici e

Cartaginesi fino ai giorni nostri.

Tecnologie antecedenti alla metà del XIX secolo:

La necessità di proteggere gli scafi delle navi dal fouling è antica quanto la scoperta della

nave come mezzo di locomozione.

Scafi in legno :

Cartaginesi 700 a.C. Pece e possibilmente coperture (guaine) di rame.

Fenici 700 a.C.500 a.C.Sego e guaine di piombo. Rivestimenti di arsenico e zolfo mischiati con l’olio.

Greci 300 a.C. Guaine di cera,catrame e piombo.

Romani , Greci 200 a.C.-45 d.C. Guaine di piombo con chiodi di rame.

Vichinghi 10 d.C. Sigilli di catrame

Plutarchiani 45-125 d.C. Pezzi di alghe, slime e pece

Navigatori in età

colombiana

XIII-XV secolo Pece e sego mischiati con olii, resine.

Diverse civiltà 1618-1625 Rame, possibilmente con una mistura di cemento, acciaio,sabbia e un composto di rame o minerale arsenico.

XVIII secolo Guaine di legno su uno strato di pece e capelli animali.

Scafi in legno o acciaio

Inglesi 1758 -1786

Coperture di rame che causarono la  corrosione galvanica di chiodi di ferro.

Coperture di rame usando chiodi di leghe di zinco e rame.

Diversi popoli 1758-1816 Coperture di zinco,piombo, nickel,arsenico, acciaio zincato, e poi leghe di antimonio, zinco,stagno, seguiti da coperture di legno rivestite di rame.

Venne scoperta anche la possibilità dell’utilizzo di coperture no metalliche(smalto,sughero, ebanite e gomma ).

Osserviamo che i rimedi al fouling vennero progettati sin dai tempi dei fenici e cartaginesi con rivestimenti di pece, piombo e zolfo,furono anche i primi a utilizzare il rame, che sarà utilizzatissimo e fondamentale nelle tecnologie future.Tecniche simili vennero usate anche da romani e greci che effettuarono ricerche utilizzarono soprattutto il piombo. Successivamente nel XVIII secolo erano molto diffuse coperture di legno unite con pece o catrame e una quantità notevole di chiodi metallici che entrando in contatto fra loro formano una sorta di seconda pelle sullo scafo. Dal XVIII secolo in poi si iniziarono a produrre scafi in acciaio e non solo più in legno e così vennero sperimentate nuove tecnologie come quelle caratterizzate da coperture non metalliche come gomma, vulcanite, sughero e smalto), ma queste tipologie vennero presto abbandonate a causa dei costi onerosi e della difficoltà di applicazione. Venne anche abbandonata la tecnologia caratterizzata da coperture di legno con chiodi di ferro poiché causavano la corrosione galvanica dello scafo causando nel 1782. Il problema venne risolto usando chiodi in leghe di rame e zinco. Infine intorno alla metà del XIX secolo si arrivò alla creazione della prima pittura antifouling contenente rame, arsenico e ossido di mercurio come biocidi (intossicanti) sciolti in olio di semi di lino o in resine.

1862 Metà del XIX secolo Rivestimenti in legno ricoperti di rame. Nascono le prime

PITTURE antifouling contenenti elementi biocidi e tossici(rame,arsenico, mercurio)inserite in una catena polimerica.

Tecnologie seguenti alla metà del XIX secolo fino a oggi:

Dunque dopo la metà del XIX secolo le pitture antifouling presero il sopravvento su tutte le altre tecnologie brevettate fino a quel tempo. La tipologia di pittura antifouling più diffusa era quella contenente al suo interno dei biocidi,ovvero sostanze velenose applicate sullo scafo con lo scopo di uccidere micro o macro organismi causa del biofouling preservando così la forma e l’integrità dello scafo. Una delle più efficaci venne brevettata nel 1950 basata su composti tributilstannici (chiamata infatti TBT) la quale garantiva efficacia su un vasto raggio di specie e una durata di ben 5anni. Questa pittura però era causa di impotenza e sterilizzava alcune specie marine le quale così non potevano riprodursi e rischiavano di estinguersi. Così questa tecnologia (TBT) venne bandita nel Novembre del 1999 dalla IMO (International maritime organization) con il divieto di applicazione di vernici con composti organo stannici dal 1 Gennaio del 2001 e il divieto totale dal 1 Gennaio 2008.

Terminata così l’epoca dei composti organostannici si volle oltre a eliminare il fouling già

insediatosi sullo scafo, anche prevenire la sua formazione garantendo un certo livello di

lisciatura in modo da ridurre al minimo l’attrito della nave al moto. Per un certo periodo di

tempo negli anni seguenti al bando indetto dalla IMO, si passò a nuove tecnologie a rilascio(per movimento) e ablative (per periodo a riposo) a base di rame. Anche qui si presentarono dei problemi a livello ambientale perché i metalli presenti nelle vernici si bioaccumulano nell’ambiente creando sedimenti che possono rendersi tossici a livelli elevati e permanere nascosti per degli anni. Quindi si cercò con il tempo di aumentare i biocidi in modo da diminuire la quantità di rame e di metalli , anche se gli effetti organici dei biocidi non sono stati ancora del tutto scoperti e svelati e le conseguenze che generano nell’ambiente sono ancora da scoprire e in fase di ricerca. Così infine si arrivò alle vernici scoperte ultimamente e del futuro chiamate “foul release” e “biocide free”, che presentano un ottimo compromesso tra un elevato rispetto ambientale e prestazioni efficienti. Queste vernici sono composte da catene polimeriche funzionali che vengono rilasciate sulla superficie immersa dello scafo della nave non rilasciando così biocidi eventualmente tossici e ancora in fase di studio e dunque ancora un’incognita. Le catene polimeriche inibiscono maggiormente il biofouling e la biocorrosione grazie alla loro incorporazione di catene funzionali anti adesione, antimicrobiotiche e anti corrosione rispetto al rilascio di biocidi. Diversi rivestimenti e pitture a base di polimeri funzionali sono stati sviluppati negli anni recenti a altri sono in via di sviluppo

Non-biocidal coatings :

Le pitture commerciali non biocide spaziano da pitture da una matrice molto dura utilizzata

principalmente per imbarcazioni di piccole dimensioni e spesso difficili da pulire fino a

vernici con la tecnologia “foul release” o a rilascio che hanno la proprietà di rendere la

superficie dello scafo a bassa energia rendendola così facile da pulire e facendo distaccare facilmente gli organismi senza l’uso di biocidi.I rivestimenti a tecnologia “foul release” si basano sul concetto di minimizzare la forza di adesione tra i foulers e il materiale di cui e costituita la superficie dello scafo permettendo la rimozione del fouling semplicemente attraverso il moto della nave, quindi è un tipo di pulizia meccanica che sfrutta l’idrodinamicità della nave durante la navigazione.Polimeri siliconici e fluoropolimeri con bassa energia superficiale e modulo sono i materiali più utilizzati come leganti. Però l’uso di vernici a rilascio a base siliconica creano alcuni svantaggi. Alcuni organismi (come i diatoms slime) sono difficili da eliminare se si procede ad una velocità inferiore ai 30 nodi, inoltre queste vernici sono molto sensibili ai danni meccanici e sono complicate da applicare.