Un produttore di sedie é riuscito a ridurre i consumi di vernice da 65.000 a 28.000 kg/anno

L’AZIENDA

La Wiesner Hager è un’azienda austriaca produttrice di sedie, che dall’agosto del 1995 ha adottato un innovativo sistema di verniciatura che utilizza vernici UV all’acqua per la finitura dei propri manufatti. Uno degli aspetti più interessanti dell’impianto in questione è il sistema di recupero dell’overspray, con relativo riutilizzo del prodotto verniciante, che nel corso degli anni ha drasticamente ridotto il consumo di prodotto verniciante. Infatti, se prima del passaggio al nuovo prodotto, il consumo di vernice UV a solvente era di circa 65.000 kg/anno (per una produzione di circa 1.000 sedie al giorno), oggi il consumo di prodotto verniciante si è ridotto a circa 28.000 kg/anno (con una riduzione pari al 57% della quantità iniziale). Prima del cambiamento, la WH utilizzava una vernice acrilica UV con il 39% di residuo secco e un punto di infiammabilità a 25°C; la necessità dell’azienda fu quella di arrivare ad utilizzare una vernice UV all’acqua, adatta all’applicazione elettrostatica a spruzzo, che consentisse anche una riduzione dei valori delle emissioni in atmosfera conformemente alle leggi austriache, oltre al recupero ed al riciclo del prodotto verniciante stesso. La ricerca di tale soluzione ha richiesto la collaborazione dei tre soggetti interessati a questo sviluppo: l’utilizzatore (Wiesner Hager), il costruttore dell’impianto di verniciatura (Eisenmann) ed il produttore della vernice (Herberts). Il risultato della ricerca ha portato a sviluppare un prodotto UV all’acqua acrilico, al 40% di residuo secco, con un contenuto di solvente (etanolo) pari a circa l’1,5% ed un punto di infiammabilità superiore a 100°C.

IL CICLO PRODUTTIVO

Il ciclo produttivo a cui il prodotto verniciante in questione è stato applicato, è di seguito descritto. Le sedie (la maggior parte in faggio massiccio, il resto in quercia, frassino ed altri tipi di legno), appese ad una catena automatica con avanzamento di 4-5 m/min subiscono due fasi di verniciatura.

Fase 1 (applicazione fondo)
depolverazione
mano di fondo a spruzzo
ritocco manuale a spruzzo (eventuale)
essiccazione con aria calda
polimerizzazione UV
carteggiatura.

Fase 2 (applicazione finitura)
depolverazione
finitura a spruzzo
ritocco manuale a spruzzo (eventuale)
essiccazione con aria calda
polimerizzazione UV
immagazzinaggio.

L’impianto di verniciatura (si veda lo schema in figura 1) è costruito in modo che la catena compia un circuito chiuso, così da permettere il ritorno delle sedie alla cabina a spruzzo, al termine della prima fase. La cabina a spruzzo contiene un disco elettrostatico che spruzza la vernice sulle sedie; quest’ultime, passando attorno al disco, compiono periodiche rotazioni di 90°, che permettono di ottimizzare la deposizione del prodotto verniciante sulla superficie di legno. Sui quattro lati della cabina sono posizionati i dispositivi a velo d’acqua per l’abbattimento dell’overspray (circa il 60% del prodotto spruzzato). Una volta applicato il fondo e l’eventuale ritocco manuale, le sedie passano nel primo forno di essiccazione ad aria calda, dove transitano per circa 25’, sottoposte ad una temperatura variabile tra i 35°C ed i 50°C; per contenere gli spazi, all’interno del forno la catena compie un percorso a labirinto, che permette ai pezzi di transitare per il tempo necessario alla prima essiccazione (di tipo fisico, con evaporazione del solvente e dell’acqua presenti nella vernice). Successivamente, le sedie passano nel forno UV, all’interno del quale il prodotto verniciante viene polimerizzato. Il forno UV è costituito da 8 lampade UV ai vapori di mercurio, ciascuna con potenza specifica di 80 W/cm, orientate in modo tale da ottimizzare l’irraggiamento di tutta la superficie della sedia; quest’ultima, a sua volta, compie quattro rotazioni di 90° durante il transito davanti alle lampade, per un tempo totale di circa 2’. La determinazione della posizione ottimale delle lampade rispetto alle sedie, sia come orientazione che come distanza, ha richiesto parecchie prove da parte dell’impiantista e la soluzione adottata è quella che garantisce il massimo delle prestazioni, soprattutto per quelle sedie che hanno forme non propriamente lineari: la condizione importante è che la radiazione UV colpisca la superficie con angolazione il più possibile perpendicolare e che la distanza lampada-superficie non sia superiore a 50 cm. Una volta uscite dal forno UV, le sedie vengono scaricate, carteggiate e rimesse in catena, quindi ritornano alla cabina a spruzzo per l’applicazione della vernice di finitura, ripetendo il ciclo precedente fino allo scarico finale. Per ogni fase di applicazione, la durata totale è di circa 30-35’. Questa è la descrizione del ciclo di verniciatura, cioè del percorso che compie quella parte del prodotto verniciante che raggiunge effettivamente la superficie della sedia (l’efficienza di trasferimento del sistema è il 40% circa).

IL RECUPERO DELL’OVERSPRAY

La parte più interessante ed “innovativa” di questo impianto è indubbiamente il percorso seguito dalla restante percentuale di prodotto verniciante che non si deposita sulle sedie e che viene catturato dal velo d’acqua della cabina a spruzzo. L’impianto di verniciatura è infatti integrato con un sistema di trattamento e recupero dell’overspray, costituito dai differenti elementi mostrati nello schema di figura 2: seguiamo il cammino passo passo. L’overspray abbattuto dal velo d’acqua viene raccolto in un serbatoio sottostante alla cabina: quest’ultimo contiene circa 4.000 litri di acqua demineralizzata, proveniente da un impianto ad osmosi inversa presente nello stabilimento anche per altri scopi; l’acqua viene ricircolata fino a quando il contenuto di vernice raggiunge una concentrazione pari a circa l’8% in peso. Con i ritmi produttivi attuali, ciò succede all’incirca al termine di una settimana lavorativa di 40 ore. Il serbatoio viene allora completamente svuotato e riempito nuovamente con acqua demineralizzata pulita (durante l’attività produttiva, il serbatoio viene automaticamente rabboccato, attraverso un controllo di livello, per compensare le eventuali perdite per evaporazione). La miscela acqua-overspray viene invece inviata al serbatoio di ricircolo, dove avviene il trattamento di recupero. Tramite apposita pompa, l’acqua esausta viene inviata ad un dispositivo di ultrafiltrazione, all’interno del quale la miscela viene separata in due parti distinte: il cosiddetto “permeato”, costituito dall’acqua depurata che, nelle attuali condizioni lavorative, viene scaricata in fogna senza ulteriori trattamenti ma che, in caso di necessità, potrebbe essere riutilizzata direttamente nel serbatoio del velo d’acqua; il cosiddetto “concentrato”, costituito dalla vernice, che viene reinviato al serbatoio di ricircolo. Col passare del tempo, all’interno di quest’ultimo la concentrazione di vernice passa dall’8% iniziale al 40% finale, valore al quale il processo di trattamento e recupero ha termine. La percentuale finale non è un valore a caso, ma è esattamente il valore di residuo secco presente nel prodotto verniciante originario; grazie a questa operazione di trattamento tramite il dispositivo ad ultrafiltrazione, infatti, è possibile recuperare la quasi totalità dell’overspray, “ricostituendo” un prodotto verniciante pressochè simile all’originale (di fatto viene a mancare la sola componente in solvente, che evapora durante l’applicazione) che può essere riciclato nel processo produttivo. Nel caso specifico, la WH ha optato per la scelta di utilizzare il 100% del prodotto recuperato per la fase di applicazione del fondo, poiché le eventuali impurità che possono essere presenti nella resina riciclata risultano “invisibili” dopo l’applicazione della finitura e quindi il prodotto finale non presenta difetti di sorta. Per l’applicazione della finitura invece, viene utilizzato il 100% di vernice nuova. L’impianto di trattamento è inoltre dotato di alcune componenti che permettono una gestione ottimale di tutto il processo: in particolare, sul circuito del “concentrato“ è presente un flussostato che permette una misura indiretta della portata del liquido in ricircolo, al fine di determinare in prima approssimazione il raggiungimento della concentrazione finale desiderata. Poiché la portata di liquido trattato dal dispositivo ad ultrafiltrazione varia nel tempo (da un massimo iniziale ad un minimo finale), i tecnici della WH e della Herberts hanno determinato sperimentalmente il campo di intervento del flussostato e lo hanno tarato in maniera opportuna per fornire la segnalazione voluta: dopodichè, i tecnici effettuano una misura analitica più precisa, mediante termobilancia, per verificare l’effettivo raggiungimento della condizione prevista e scaricare la vernice “ricostituita” nel serbatoio di stoccaggio, in attesa del successivo riutilizzo. A completamento dell’impianto, è infine presente un prefiltro, posizionato a monte del dispositivo di ultrafiltrazione, il cui scopo è quello di trattenere eventuali impurità grossolane (polvere di legno, vernice rappresa, eccetera) presenti nel liquido da trattare. Come si può ben comprendere da questa descrizione del funzionamento delle due parti dell’impianto, la sinergia tra utilizzatore, impiantista e produttore di vernice ha permesso la definizione di un prodotto e di un ciclo di lavoro che hanno portato la WH al raggiungimento degli obiettivi prefissi: riduzione dei costi produttivi e di gestione, rispetto delle normative ambientali austriache, prestazioni tecniche equivalenti a quelle precedentemente ottenute con i prodotti UV a solvente.

La vernice UV all’acqua utilizzata dalla società Wiesner Hager è un prodotto del gruppo Herberts, distribuito in Italia dalla Sigmar Vernici Srl.
Si tratta di un fondo-finitura UV all’acqua multistrato monocomponente trasparente.
Questo prodotto è stato messo a punto per l’applicazione a spruzzo, compresa quella a disco elettrostatico, con elevate qualità di copertura. La vernice può essere lucida o opaca ed ha un basso contenuto di solventi (1,5%). La ridotta formazione di fibre riduce la spesa della carteggiatura intermedia; questo effetto è favorito anche dalla buona carteggiabilità della vernice. La buona tixotropia impedisce inoltre che si formino colature. Altre proprietà del prodotto sono: la buona distensione e l’antingiallenza, la costanza cromatica, la reattività e la buona adesione. Il film, altamente elastico, produce una buona resistenza al coldcheck, presenta una notevole durezza superficiale, una totale resistenza alle creme, e un’ottima morbidezza al tatto. Il prodotto è inoltre stato realizzato in modo che sia possibile ritoccare le superfici anche con vernice ad acqua essiccante all’aria e consente, infine, il recupero dell’over spray ed il suo riutilizzo. La vernice soddisfa i requisiti DIN 68861. 

Fonte: Sigmar Vernici

I COSTI DI GESTIONE

Ma entriamo nel dettaglio dei numeri, riassunti in tabella 3. Come accennato al’inizio, prima dell’utilizzo del nuovo prodotto all’acqua, il consumo annuo di vernice alla WH era di 65.000 kg; di questi, 10.140 kg di prodotto secco (15,6%) finivano sulle sedie, 15.210 kg di prodotto secco (23,4%) finivano nelle morchie destinate allo smaltimento (assieme ai flocculanti e agli altri prodotti chimici usati per il trattamento dell’overspray abbattuto), 39.650 kg di solventi (61%) venivano emessi in atmosfera come VOC (circa 20 kg/h).

Dopo il passaggio alla vernice UV all’acqua, l’acquisto di prodotto verniciante si è ridotto a 27.950 kg/anno, poiché quasi tutto l’overspray viene recuperato (di fatto viene persa solo quella piccola percentuale di prodotto secco (2-3%) che si deposita sui ganci del trasportatore, dove vengono appese le sedie); di conseguenza, a fronte di un utilizzo complessivo annuo sempre di 65.000 kg, il nuovo bilancio di massa prevede la seguente suddivisione:
10.400 kg di prodotto secco, cioè il 16% (la differenza rispetto a prima deriva dal maggior residuo solido della nuova vernice) finiscono sulle sedie, 780 kg di prodotto secco (1,2%) restano sui ganci, 14.820 kg di prodotto secco (22,8%) vengono recuperati e riutilizzati, 22.320 kg di acqua (34,2%) vengono recuperati e riutilizzati, 16.380 kg di acqua (25,2%) vengono scaricati in fogna o si perdono per evaporazione, 390 kg di etanolo (1,5% di 26.000 kg acquistati; al prodotto recuperato non viene aggiunto etanolo) vengono scaricati in atmosfera come VOC (circa 0,2 kg/h) senza necessità di successivo abbattimento. Relativamente ai costi di gestione riportati in tabella, si può osservare come il risparmio economico indubbiamente maggiore derivi dalla forte riduzione dei costi di acquisto del prodotto verniciante (-38%), nonostante la vernice UV all’acqua costi decisamente di più di quella al solvente (+ 44,7%).
Per il resto, la mancanza di alcuni dati importanti, che l’utilizzatore non è stato in grado di fornirci, non ci permette di stabilire con precisione a quanto possa ammontare l’effettivo risparmio annuo complessivo dovuto al cambio di prodotto verniciante, anche se l’utilizzatore stesso ci dice che il costo delle modifiche (cioè l’investimento effettuato) lo ha potuto ammortizzare nel corso di due anni. Di fatto, quello che è possibile constatare è la scomparsa di alcune voci di costo importanti (acquisto flocculanti, smaltimento morchie, abbattimento VOC), sostituite da una nuova spesa gestionale (conduzione e manutenzione sistema ad ultrafiltrazione) non quantificabile ma che, secondo l’utilizzatore, risulta essere inferiore a quelle precedenti (in otto anni di esercizio, la WH dichiara di non aver ancora sostituito la membrana filtrante, nè di aver utilizzato alcun prodotto per la pulizia della stessa).  Risulta altresì assai maggiore il consumo di acqua per l’abbattimento dell’overspray che, mentre in precedenza era effettuato con acqua di rete, ora viene effettuato con acqua demineralizzata (poiché è la costituente principale della nuova vernice e, quindi, deve essere presente anche nel velo d’acqua per poter poi “ricostituire” il prodotto verniciante); la grossa differenza quantitativa deriva dal fatto che la sostituzione del liquido esausto ora avviene con una maggiore frequenza, al fine di ottimizzare il processo di recupero e riciclo dell’overspray. La scelta di non reimpiegare il “permeato”, ma di usare invece acqua nuova, deriva semplicemente dal fatto che lo stabilimento possiede già per altri scopi un impianto di demineralizzazione sovrabbondante e quindi l’azienda ha ritenuto di poter effettuare tale operazione “a costo zero”. L’impegno energetico è invece stimato essere pressochè identico al precedente, visto che la movimentazione della catena di trasporto non è cambiata, il forno di essiccazione ad aria calda e la camera UV sono gli stessi di prima e l’impegno elettrico per l’ultrafiltrazione è equivalente a quello per il filtro pressa destinato alla compattazione delle morchie.

CONCLUSIONI

A otto anni dall’avvio di questo processo “innovativo”, la soddisfazione dell’azienda produttrice di sedie è ancora palpabile. La eliminazione delle morchie di verniciatura e dei conseguenti costi di smaltimento, la riduzione complessiva degli scarti, la riduzione drastica delle emissioni di VOC ed il minor impatto sull’ambiente di lavoro del nuovo prodotto verniciante, parallelamente al mantenimento di una ottima qualità del manufatto finito ed alla riduzione dei costi di gestione, fanno sì che la direzione aziendale propagandi la propria soluzione tecnologica con il termine di “economia ecologica”, dichiarando che “è ugualmente favorevole sia sul piano ambientale che su quello industriale, che si sfruttino tutte le risorse e si risparmino le materie prime”. Il produttore di vernici, nonostante la riduzione del proprio fatturato con questo cliente, ha contribuito a creare un “precedente” che potrebbe essere seguito anche da parte di altri imprenditori. A noi resta il rammarico di non aver potuto documentare ai lettori in maniera molto più esaustiva e con maggior ricchezza di dati, una soluzione tecnica che potrebbe potenzialmente concorrere alla qualifica di BAT (Best Available Technology – Miglior tecnologia disponibile).