Caratterizzazione di processi innovativi esenti da cromo esavalente per la cromatura decorativa di substrati plastici

The subject of this Master Thesis in Industrial Chemistry is the work during an internship at the Fiat Research Center (CRF) in the Surface Treatments & Anticorrosion department on a characterization's project and validation of innovative technologies for decorative chromium plating on plastics. This need to find new solutions comes from the European directives, issued by the control bodies, relating to the substitution of hexavalent chromium in the production processes and which invite the development of processes that are less harmful to the environment and the health of workers. Because of the chromium trioxide and other compounds of Cr (VI) have been evaluated as highly disturbing substances SHVC as carcinogens of class 1A and mutagene 1B, therefore substances subject to authorization have been declared. The electrodeposition of the chromium has two main applications: the hard chromium plating and the decorative. Decorative chromium coatings have very low thickness, generally between tenths and microns, because thicker deposits tend to look less bright and are subject to visible fractures. The decorative chromium plating This process is used to synthetically define the traditional electrodeposition sequence of copper, nickel (mono or multilayer) and chromium, even if the process is much more complicated. In fact the process develops in two phases: a chemical pre-treatment and an electrolytic treatment. These two phases are distinguished by the fact that in the first step the metal ions in aqueous solution are deposited on the surface of the plastic without the aid of an electrical potential. In fact the plastic being a non-conductor can't be directly electrolytically coated but requires an activation process, consisting of different phases, to make the conductive surface: the chemical pre-treatment. Although the hexavalent chromium is very effective, used in two different phases of the process, given the environmental and human harmfulness, it is in the process of abandonment. For the characterization and validation of the two innovative decorative chromium-plating processes, a set of substrates to which both the traditional chrome-plating process and chromium-free technology are applied from two suppliers, which we will call "Supplier 1" and "Supplier 2" hexavalent. In this way, a comparative analysis was carried out to evaluate the characteristics, the limits and the differences compared to the traditional chromium plating. To make a reliable assessment, the two most commonly used polymers were supplied: ABS Novodour P2MC and PC / ABS Bayblend T45 PG printed in the form of panels of dimensions: 14 x 9 x 0.4 cm. The substrates were produced with injection molding by varying different parameters in order to simulate the most common production defects to evaluate the robustness of the chromium process, ie if and how much the defects are able to influence the final result.

L'oggetto di questa Tesi magistrale in Chimica Industriale è il lavoro svolto durante un tirocinio presso il Centro Ricerche Fiat (CRF) nel dipartimento di Surface Treatments & Anticorrosion su un progetto di caratterizzazione e validazione di tecnologie innovative per la cromatura decorativa su plastica. Questa necessità di trovare nuove soluzioni nasce dalle direttive europee, emanate degli organismi di controllo, relative alla sostituzione del cromo esavalente nei processi produttivi e che invitano allo sviluppo di processi meno nocivi per l'ambiente e la salute dei lavoratori. Infatti il triossido di cromo e altri composti del Cr(VI) sono stati valutati come sostanze altamente preoccupanti SHVC in quanto cancerogene di classe 1A e mutagene 1B, pertanto sono state dichiarate sostanze soggette ad autorizzazione. Il processo di elettrodeposizione del cromo presenta due principali applicazioni: la cromatura dura a spessore e la decorativa. I rivestimenti di cromo decorativo hanno spessore molto basso, generalmente tra i decimi e l'unità di micron, perché depositi più spessi tendono ad assumere un aspetto meno brillante e sono soggetti a fratture visibili. Il processo di cromatura decorativa Questo processo definirisce sinteticamente la tradizionale sequenza di elettrodeposizione di rame, nichel (mono o multistrato) e cromo, anche se il processo risulta ben più complicato. Infatti il processo si sviluppa in due fasi: un pretrattamento chimico e un trattamento elettrolitico. Queste due fasi vengono distinte dal momento che nella prima fase gli ioni metallici in soluzione acquosa vengono depositati sulla superficie della plastica senza l'ausilio di un potenziale elettrico. Infatti la plastica essendo un non conduttore non può essere direttamente rivestita elettroliticamente ma necessita di un processo di attivazione, costituito da diverse fasi, per rendere la superficie conduttiva: il pretrattamento chimico. Nonostante il cromo esavalente sia molto efficace, usato in due diverse fasi del procsso, data la nocività sia ambientale sia verso l'uomo, è in fase di abbandono. Per la caratterizzazione e validazione dei due innovativi processi di cromatura decorativa sono stati consegnati a due fornitori, che chiameremo ¿Fornitore 1¿e ¿Fornitore 2¿, un set di substrati a cui applicare sia il processo di cromatura tradizionale che la loro tecnologia esente cromo esavalente. In questo modo è stata svolta un'analisi comparativa da poterne valutare le caratteristiche, i limiti e le differenze rispetto alla cromatura tradizionale. Per effettuare una valutazione attendibile, sono stati forniti i due polimeri più comunemente usati: ABS Novodour P2MC e PC/ABS Bayblend T45 PG stampati in forma di pannelli di dimensioni: 14 x 9 x 0,4 cm. I substrati sono stati prodotti con stampaggio a iniezione variando diversi parametri allo scopo di simulare i più comuni difetti di produzione per valutare la robustezza del processo di cromatura, ovvero se e quanto le difettosità sono in grado di influenzare il risultato finale.