Development of primers for PVD metallization of remanufactured composites

Despite the steadily growing trend of the composite material market, the management of EoL composite waste is a worrying issue since no large-scale recycling route is available at present except for incineration, and landfill is still the most convenient alternative. In view of a European approach to circular economy, it is crucial to develop more sustainable reusing, recycling and remanufacturing routes, whose feasibility is strictly linked to the existence of a market able to accommodate the final products. This thesis work focuses on the surface finish of epoxy- and polyester-based remanufactured composites containing a mechanically recycled glass reinforcement. As a matter of fact, the surface finish of reprocessed composites offers the possibility to improve the perceived quality of final products, making them more attractive for a future exploitation in different market segments. Epoxy-based thermal and photocurable primers were developed as undercoats for a final metallization step. The choice of the epoxy nature for the primers derived from the need for reaching a target adhesion strength of 2 MPa, not guaranteed by a commercial acrylic primer, taken as benchmark, onto the epoxy-based composites. The best primer formulation was achieved by observing its behaviour when deposited onto the remanufactured composite substrates and from several characterization analyses of both primer and substrate surfaces. Differential scanning calorimetry (DSC), UV-DSC, and gel content evaluation were performed to determine glass transition temperatures, reactivity, and crosslinking degrees of the primers. Primer surface tension and substrate surface energy measurements provided an idea of wettability. The viscosity of the primers was also measured. Finally, the pull-off adhesion and the Buchholz indentation test were performed onto the deposited primers. The epoxy-based composites covered with thermal epoxy primer underwent the chromium PVD magnetron sputtering process. Cracks formed on the metal surface affecting the appearance. Though, the adhesion level was proved to be high by means of cross-cut tests. The results regarding the metallization step obtained on the thermal epoxy primer are very promising and future studies will be therefore performed to assess the metallization of UV-curable epoxy primers.

Sebbene la crescita del mercato dei materiali compositi sia costante, la gestione del loro fine vita è un problema, dovuto alla mancanza di metodi di riciclo affermati su larga scala, eccetto l’incenerimento, e lo smaltimento in discarica resta l’alternativa più conveniente. Nell’ottica di un approccio europeo all’economia circolare, cruciale è lo sviluppo di metodi sostenibili di riciclo, riuso e rigenerazione, la cui attuabilità è strettamente legata all’esistenza di mercati sui quali immettere i prodotti finali. La presente tesi tratta la finitura superficiale di compositi rigenerati a base epossidica e poliestere contenenti fibre di vetro riciclate meccanicamente, al fine di migliorare la qualità percepita del prodotto finale rendendolo appetibile per l’immissione su futuri segmenti di mercato. Per una metallizzazione finale, sono stati sviluppati primer fotoreticolabili e reticolabili termicamente. Si è scelta la natura epossidica per raggiungere un livello di adesione di 2 MPa, non garantito sui compositi a base epossidica da un primer acrilico commerciale di riferimento. Osservando il comportamento del primer dopo la deposizione e i risultati di analisi di caratterizzazione sui primer e sulla superficie dei substrati, si è ottenuta la migliore formulazione. Le temperature di transizione vetrosa, la reattività e il grado di reticolazione sono stati determinati tramite analisi DSC, UV-DSC e valutazioni dei gel content. Le misure di tensione superficiale dei primer e di energia superficiale dei substrati hanno dato un’idea di bagnabilità. Anche la viscosità dei primer è stata misurata. Infine, l’adesione e la durezza sono state testate tramite pull-off e indentazione Buchholz sui primer depositati. Solo i compositi a base epossidica ricoperti con il primer termico a base epossidica sono stati sottoposti alla deposizione di cromo tramite PVD magnetron sputtering. L’estetica della superficie è stata compromessa da cricche, che non hanno però ridotto il livello di adesione che il cross-cut test ha confermato essere elevato. Anche se non è stata effettuata la cromatura sui primer epossidici fotoreticolabili, i risultati ottenuti per il primer termico sono promettenti.