VERNICI ELETTROCONDUTTIVE PER EMC-EMI-ESD

I campi elettromagnetici

L’enorme diffusione delle apparecchiature elettriche ed elettroniche e delle
nuove tecnologie per le telecomunicazioni ha comportato negli ultimi decenni,
oltre agli indubbi benefici sul piano della facilità delle comunicazioni e delle
potenzialità di calcolo, anche alcuni effetti indesiderati.
Sono infatti proporzionalmente aumentati il consumo energetico e le
emissioni di agenti inquinanti in senso generale.
Tra gli agenti fisici che devono essere tenuti sotto controllo, soprattutto in
considerazione degli sviluppi nei settori dell’informatica, dell’energia e delle
telecomunicazioni, ha recentemente assunto un’importanza rilevante il
fenomeno dell’inquinamento elettromagnetico o “elettrosmog”, inteso come
emissione in ambiente da parte di apparati elettrici, elettronici e per
telecomunicazioni di onde elettromagnetiche. Se, da un lato i sistemi per
telecomunicazione basano il loro funzionamento proprio sulla trasmissione di
tali segnali, le restanti apparecchiature ed impianti che fanno uso di energia
elettrica o di tecnologie elettroniche presentano emissioni elettromagnetiche
non strettamente funzionali allo scopo per cui sono destinate.
Sono inoltre ancora in corso importanti studi della comunità scientifica
internazionale volti a stabilire i possibili effetti a lungo termine
dell’esposizione a campi elettromagnetici, anche di bassa intensità, sulla
salute umana.
In tale scenario, ormai da tempo il processo normativo1 ha stabilito precisi
limiti di esposizione per la protezione dagli effetti acuti sul corpo umano, che
sono peraltro ampiamente dimostrati, derivanti da esposizioni a campi
elettromagnetici di elevata intensità in tutto il campo di frequenze delle
radiazioni non-ionizzanti (0 Hz – 300 GHz).
Con il progresso scientifico e normativo i limiti e le condizioni di esposizione, i
metodi di misura e di prevenzione verranno progressivamente rivisti2.
È bene altresì ricordare come i fenomeni di interferenza elettromagnetica tra
apparecchiature siano ormai da decenni ampiamente trattati e regolamentati
dalla disciplina chiamata “Compatibilità Elettromagnetica”: Direttive Europee3
(che trovano ampia corrispondenza in altre discipline internazionali) stabiliscono
da più di vent’anni precisi limiti di emissione elettromagnetica per
tutte le apparecchiature ed i sistemi elettrici ed elettronici, al fine di limitarne
le interferenze reciproche.
Il proliferare delle installazioni fisse per telecomunicazioni e dei dispositivi per
telefonia “wireless” ha stimolato, negli ultimi tempi, l’attenzione dell’opinione
pubblica nei confronti dell’inquinamento elettromagnetico, che ha portato ora
ad eccessivi allarmismi, ora alla sottovalutazione del problema.
A prescindere dalla “gravità” del problema “elettrosmog” è comunque
innegabile un sensibile aumento dei livelli di campi elettromagnetici negli
ambienti in cui ogni giorno viviamo e lavoriamo, rispetto al “fondo”
elettromagnetico naturale (è bene infatti ricordare che i campi
elettromagnetici esistono in natura indipendentemente dalle sorgenti
artificiali). Nell’attesa che la comunità scientifica internazionale possa
finalmente fornire risposte certe in merito alla effettiva pericolosità dei campi
elettromagnetici di bassa intensità per i possibili effetti a lungo termine,
sembra comunque ragionevole adottare le migliori tecnologie mirate alla
riduzione delle emissioni elettromagnetiche indesiderate da parte di tutte le
apparecchiature elettriche ed elettroniche.

1. DPCM 23/04/1992, DM 381/98
2. Raccomandazioni ICNIRP, ENV 50166, Legge Quadro, prEN 12198
3. 89/336/CEE e successive modifiche, 93/42/CE, 89/392/CE

Le soluzioni IRIS Vernici

IRIS Vernici, da tempo attiva nella Ricerca & Sviluppo di vernici speciali, ha
da poco concluso una approfondita campagna di studio su prodotti vernicianti
che possano essere impiegati per il rivestimento di superfici (quali involucri di
apparecchiature elettroniche, pareti di edifici, ecc.) per la schermatura e
l’attenuazione dei campi elettromagnetici esterni e delle emissioni
elettromagnetiche.

L’utilizzo di vernici conduttive va esaminato sotto quattro aspetti ben distinti:

a) schermatura di involucri isolanti per l’attenuazione di campi
elettromagnetici incidenti provenienti da sorgenti esterne all’involucro
b) schermatura di involucri isolanti per l’attenuazione di campi
elettromagnetici originati all’interno degli involucri, ovvero limitazione delle
emissioni elettromagnetiche delle apparecchiature elettroniche
c) schermatura di grandi superfici o pareti di edifici per l’attenuazione di
campi elettromagnetici esterni (elettrosmog)
d) riduzione dell’accumulo di cariche elettrostatiche su grandi superfici
isolanti (vernici antistatiche per pareti o pavimentazioni)

I prodotti destinati agli utilizzi di cui ai punti a) e b) trovano applicazione nel
campo della compatibilità elettromagnetica, ovvero la disciplina che studia e
regolamenta i fenomeni di emissione e suscettibilità elettromagnetica delle
apparecchiature elettriche ed elettroniche. I prodotti utilizzabili per la
schermatura locale di grandi superfici (punto c) trovano utile applicazione
invece nella materia individuata come “Elettrosmog”, o inquinamento
elettromagnetico, per la riduzione dei campi elettromagnetici generati da
sorgenti esterne agli edifici, quali elettrodotti o installazioni per la diffusione di
segnali per radio-telecomunicazione e di telefonia cellulare.
In considerazione dei fenomeni di propagazione delle onde elettromagnetiche
nello spazio ed in materiali diversi, la scelta di vernici schermanti deve
presupporre, in via prioritaria, la destinazione di uso del prodotto: vernici con
buone prestazioni per la attenuazione a Radio Frequenza di campi incidenti
sulle pareti di edifici possono avere prestazioni insufficienti per realizzare la
schermatura degli involucri di apparecchiature elettroniche per la limitazione
delle emissioni elettromagnetiche.
Il lavoro di ricerca, da poco concluso da IRIS Vernici, ha portato alla messa a
punto di alcuni prodotti schermanti con prestazioni diverse e ottimizzate a
seconda dell’ utilizzo. In particolare, sono state sviluppate diverse tipologie di
prodotto:

La ricerca

L’attività di ricerca è stata condotta anche avvalendosi delle strutture e delle
competenze di diversi enti di ricerca di fama internazionale, quali il
Politecnico di Torino, i laboratori del Tecnoparco del Lago Maggiore e del
Parco Scientifico Tecnologico e per le Telecomunicazioni della Valle Scrivia,
con il contributo di qualificati esperti nel settore della Compatibilità
Elettromagnetica e dell’elettrosmog. Dato il carattere di forte innovatività
della ricerca, sono state predisposte metodologie di prova “ad hoc”.
I metodi di misura e gli strumenti sviluppati nel corso della ricerca fanno oggi
parte del know-how di IRIS Vernici e sono correntemente utilizzate nel
controllo del processo di produzione e nel continuo miglioramento della
tecnologia.
La linea metodologica della sperimentazione si sviluppa attraverso le seguenti
fasi operative:

Prove di resistività su polveri

La selezione ed il collaudo dei materiali per la formulazione viene effettuata,
in una prima fase, su polveri e pigmenti conduttivi “a secco”. Per tale fase
sono state sviluppate le metodologie di caratterizzazione di polveri dal punto
di vista della loro conducibilità elettrica, che rappresenta un parametro
fondamentale per l’ottimizzazione delle prestazioni delle vernici in termini di
schermatura dei campi elettromagnetici. La conducibilità elettrica delle
cariche è fortemente condizionata, oltre che dalla conducibilità assoluta del
materiale, anche dalla granulometria, dalla forma dei grani e dalle
caratteristiche fisiche della loro superficie. Questo metodo viene anche usato
per il controllo delle materie prime in ingresso.

Prove di resistività superficiale

L’efficacia dei prodotti vernicianti ottenuti viene poi verificata attraverso
un’ulteriore metodo di indagine: la verifica della conducibilità superficiale del
prodotto finale. Allo scopo viene utilizzato un apposito banco di misura dove il
film di vernice, preparato su appositi supporti ed essiccato, è posto in
contatto con speciali elettrodi e sottoposto a misure di tensione e corrente.
Il valore di resistività superficiale (Ω/) rappresenta il parametro di specifica
per i prodotti ESD (antistatici), ma fornisce anche importanti informazioni
riguardo all’efficienza di schermatura (almeno per i sistemi basati su schermo
conduttivo e per le frequenze medio-alte). Pertanto questo metodo viene
usato in generale per il collaudo della produzione.

Prove di efficienza di schermatura

Per la verifica dell’efficienza di schermatura dei prodotti sviluppati sono stati
adottati diversi metodi:

· metodo delle due antenne in camera anecoica (in figura), basato sulla
misura di un pannello verniciato di dimensioni 1m x 1m.
· metodo SEMS (Shielding Effectiveness Measurement System) dove un
pannello verniciato è posto a chiusura di una piccola camera anecoica
all’interno della quale si trova la sorgente di segnale.
· Metodo della cella TEM.

Per ognuno dei suddetti metodi viene effettuata una misura puntuale ad una
determinata frequenza oppure una scansione su un ampio campo di
frequenze.
Le misure consentono di verificare l’efficienza di schermatura ottenibile con
un film di prodotto verniciante, anche per prodotti che non funzionano in base
alla conducibilità superficiale.

Schermare i campi elettromagnetici

Per meglio comprendere il fenomeno fisico della propagazione dei campi
elettromagnetici è utile riferirsi ad una radiazione elettromagnetica di cui
abbiamo la percezione: la luce.
Per analogia con la propagazione della luce, possiamo infatti spiegare il
concetto di schermatura dei campi elettromagnetici. Si pensi alle lenti scure
dei normali occhiali da sole: esse costituiscono degli schermi parziali per la
luce, nel senso che attenuano l’intensità del fascio luminoso che il nostro
occhio percepisce.
Immaginiamo di voler costruire un ambiente completamente buio al centro di
un piazzale assolato. Dovremmo utilizzare materiali non trasparenti (es. muri
di mattoni) e dovremmo aver cura di chiudere completamente ogni piccola
fessura: basterebbe infatti una piccola via di entrata per la luce solare per
inficiare il nostro “buio totale” ed il nostro occhio si abituerebbe ben presto a
vedere qualcosa. Se ci accontentassimo di non eliminare completamente la
luce ma volessimo solo ridurla sensibilmente, potremmo praticare qualche
piccolo foro nelle pareti di mattoni od aprire una finestra a vetri (il vetro è
quasi totalmente trasparente alla luce visibile). Aumentando il numero dei fori
potremmo ottenere il livello di illuminamento che desideriamo, anche se
questo non sarebbe uniforme. Se volessimo ottenere una maggiore
uniformità dell’illuminamento, anzichè creare vie di entrata localizzate alla
luce esterna, dovremmo costruire pareti con un determinato livello di
attenuazione della luce (es. vetri oscurati). Quanto più scuri saranno i vetri
tanto più buio sarà il nostro locale e lo sarà in maniera pressoché uniforme in
tutto il suo volume.
Le onde elettromagnetiche possono essere assimilate ai fasci luminosi:
possono essere riflesse e/o assorbite da alcuni materiali (come i muri di
mattone per la luce), attenuate da altri materiali (come i vetri oscurati per la
luce) o lasciate invariate da altri ancora (come il vetro trasparente per la
luce). È altresì evidente che non vi è alcuna corrispondenza tra i materiali che
riflettono, schermano o attenuano la luce e quelli che fanno altrettanto con i
campi elettromagnetici a frequenze diverse: un muro di mattoni o una parete
in legno non hanno le caratteristiche fisiche adatte per attenuare
sensibilmente le onde elettromagnetiche a radio-frequenza su di loro incidenti
come invece accade per la radiazione luminosa. Allo stesso modo i raggi X
vengono schermati solo da alcuni tipi di materiali.
Schermare o attenuare un campo elettromagnetico incidente su di una
superficie significa quindi usare materiali che hanno caratteristiche adeguate
allo scopo.
Anche la rappresentazione numerica dell’efficienza di schermatura va
attentamente considerata. Nella figura seguente, viene evidenziata la
differenza tra i diversi metodi di rappresentazione dell’attenuazione dei campi
elettromagnetici.

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È evidente come valori di attenuazione espressi in dB (che è una grandezza
logaritmica) che sono apparentemente bassi, se considerati in valore assoluto
possono risultare più che sufficienti per determinate applicazioni.
Si pensi ad esempio al problema dell’attenuazione di un campo elettrico
incidente sulle pareti di un edificio posizionato nel fascio di irradiazione di una
stazione per telefonia cellulare. Il limite di campo all’interno degli edifici è
stabilito dalle leggi nazionali italiane in 6 V/m; l’attenuazione fornita dalle
pareti in muratura ad un campo incidente è di norma intorno ai 3 dB: un
campo incidente all’esterno di 10 V/m produce all’interno dell’edificio un
campo di circa 7 V/m, valore che risulta ancora al di sopra dei limiti
consentiti. Il rivestimento della parete affacciata all’antenna con uno strato di
vernice conduttiva (ad esempio 2 mani pari a circa 400 g/m2 di IRIShield MB
285) può consentire un’ulteriore riduzione di 20 dB (alla frequenza di 900
MHz) e quindi di ridurre di un’ulteriore 90 % il campo incidente. Si ottiene
all’interno il valore di 0,7 V/m, molto inferiore ai limiti di legge ed alle più
strette raccomandazioni prudenziali.
Anche trascurando l’effetto di attenuazione del muro, lo strato di vernice
consentirebbe di ottenere 6 V/m all’interno (limite di legge) in presenza di un
campo incidente dall’esterno di ben 60 V/m.

Risultati di prova