La formulación libre de solventes de esta tecnología conlleva a la no emisión de componentes volátiles orgánicos.
Por Zona de Pinturas
Una niebla de color marrón-rojizo se posó en las últimas semanas sobre los cielos de Nueva York, escenario de más de una película apocalíptica. La escena estuvo acompañada por el retorno de las máscaras faciales N95 para hacerle frente a una crisis climática que perdura desde antes de la pandemia, esta vez exacerbada por los incendios forestales de Canadá.
No obstante, esta fue apenas una muestra ante los principales reflectores de la Capital del Mundo del smog fotoquímico con el que deben lidiar millones de personas en el planeta, especialmente la India, considerado el país más poblado en la actualidad. Según investigadores, seis de las diez de las ciudades con mayor contaminación del aire hacen parte de esta nación que al finalizar 2019, cuando iniciaron los contagios por Covid-19, vio morir a 1,6 millones de personas por su exposición a altos niveles de materias particuladas 2.5.
Este tipo de smog, identificado por primera vez en 1943 en la ciudad de Los Ángeles, es propio de zonas urbanas con bastante actividad industrial. Los principales contaminantes primarios son los óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos orgánicos volátiles (COV), los cuales son destructores de la capa de ozono y derivan en un contaminante secundario como es el ozono a nivel de suelo (ozono troposférico), el cual es perjudicial para la salud de toda especie.
Como lo expusiéramos en la primera edición de Zona de Pinturas de este año, si bien algunos de estos compuestos son de origen natural, la mayor parte provienen de la acción humana al emplear disolventes orgánicos. Así pues, las pinturas convencionales, a base de solventes, comprenden una de las principales fuentes de emisión.
Frente a ello, la industria ha avanzado en diferentes alternativas sostenibles como lo son los recubrimientos líquidos a base de agua, con poco o ningún solvente, así como pintura en polvo termoestable. Todas estas pueden curarse a través de tecnología con ultravioleta (UV).
Una tecnología expandida
En 2004, un boletín técnico del Clean Air Technology Center (CATC) sobre revestimientos, tintas y adhesivos curados con ultravioleta y haz de electrones destacaba el creciente aumento en su uso durante la última década. Desde entonces, esta técnica de Pollution Prevention (P2, prevención de la contaminación) se ha expandido en una variedad de aplicaciones: desde revestimiento, impresión y productos exclusivos.
La tinta de curado UV, por ejemplo, ha resultado bien atractiva no solo por sus propiedades de secado casi al instante, sino por dejar de emitir COV. El desarrollo de la tecnología de luz ultravioleta se remonta a mediados de los años 60 y se convierte en un método avanzado para curar tintas de impresión en los 80, extendiéndose su uso al área de barnices, adhesivos y diferentes tipos de recubrimientos.
Este es considerado el sistema más efectivo para la rápida transformación, a temperatura ambiente, de una resina líquida libre de solvente en un producto polimérico con alta resistencia.
El curado por radiación UV se traduce en fotoiniciar la polimerización de monómeros y polímeros multifuncionales para convertirse en una estructura tridimensional.
“Los monómeros son moléculas de muy bajo peso molecular que van a permitir justamente tener baja viscosidad, y con ello se ajustan los niveles de viscosidad en el sistema a los que sean adecuados”, explica el técnico experto en pinturas y recubrimientos de First Quality Chemicals, Oliver Peña.
Las propiedades viscoelásticas y mecánicas de los polímeros curados por UV se logran controlar de manera precisa a partir de la estructura química y la funcionalidad del monómero a utilizar, junto a las condiciones de curado, según la aplicación determinada.
Como indica Peña, los monómeros ayudan a modificar las propiedades del film debido a sus diferentes funcionalidades. Este se utiliza como reactivo diluyente, fuera de su rol de ajustador de la viscosidad.
Por lo general, el endurecimiento de recubrimientos orgánicos por medio de luz se da a partir de una reacción de polimerización con mecanismo de radicales, tales como las resinas acrílicas, o bien a través de un mecanismo catiónico, tal como las resinas epoxy.
Ahora bien, el fotoiniciador es esencial no solo para controlar el grado de iniciación de la reacción, sino también la penetración de la luz incidente, y con ello la profundidad de curado.
“El fotoiniciador es quien va a dictar los limitantes para el arreglo del equipo de curado, ya que hay fotoiniciadores que tienen picos de absorción en 400 namómetros, mientras hay algunos que tienen picos de absorción en 200”, sostiene Peña, quien señala que tener una a las longitudes de onda en las cuales el potenciador absorbe es vital para poder optimizar la formulación y el producto terminado.
Así mismo, comenta que existen diferentes tipos de fotoiniciadores: catiónico, aniónico, y de polimerización por radicales. Estos consisten en cetonas aromáticas que generan radicales libres al exponerse a la luz ultravioleta; ya sea por apertura de los dobles enlaces C – C o sustracción del hidrógeno de la molécula donante del mismo.
Y bueno, ¿cómo se cura por exposición a la radiación ultravioleta? Según Peña, la polimerización y el curado siguen las tres etapas de una polimerización convencional: iniciación, propagación y terminación.
Tal como aclara, un espesor de película elevado obliga a un mayor requerimiento de curado con longitud de onda larga, “y se van a empezar a generar lo que conocemos como inhibición de oxígeno debido a que el radical libre que se tiene en la superficie del recubrimiento va a empezar a generar hidroperóxidos y peróxidos, los cuales nos llevan por otros caminos que no requerimos”.
A su vez sugiere no hacer la pigmentación uniforme con cualquier tipo de pigmento. “Los rojos van a curar más rápido que los amarillos, los amarillos que los azules y los azules que los negros; esto debido a la diferencia en absorción de luz, reflexión y transmisión”, precisa.
Beneficios de la tecnología
Entre los beneficios de esta tecnología, Oliver Peña destaca los ahorros energéticos frente a los sistemas horneados al permitir altas velocidades de producción, por lo cual no se requiere pasar mayor tiempo para la entrega del producto.
“Tiene un menor requerimiento de almacenamiento y el equipo de curado ultravioleta puede ser no tan complejo, y es posible el procesamiento de forma casi inmediata después del curado”, comenta.
Sin embargo, subraya las bondades ecológicas al tener una formulación libre de compuestos orgánicos volátiles, lo cual permite reducir las emisiones por el proceso. A ello se le suma el rendimiento. “Se tiene bajo calentamiento de sustrato, lo cual ayuda porque justamente no se tiene un curado agresivo con el sustrato como tal”, apunta y remarca que puede generar productos de alta durabilidad y versatilidad, así como resistencia química y mecánica contra solventes.
Tecnología UV para recubrimientos de bobinas
A comienzos de este año, la empresa Beckers, proveedor de recubrimientos de bobinas y pinturas industriales, desarrolló las primeras formulaciones comerciales de pintura para el curado dual ultravioleta y con haz de electrones en el mercado de recubrimientos de bobinas.
Las tecnologías innovadoras, que se basan en los 18 años de trabajo pionero de Beckers, pueden reducir significativamente las emisiones de VOC y CO2 y mejorar la eficiencia en la industria al proporcionar hasta el doble de cobertura de superficie por kilogramo de pintura.
La Asociación Europea de Revestimiento de Bobinas (ECCA) considera que la tecnología de curado ultravioleta (UV) y de haz de electrones (EB) es el cambio de juego más importante en términos de descarbonización de la industria del revestimiento de bobinas.
Hasta ahora, la única aplicación industrial disponible de curado por radiación en el recubrimiento de bobinas ha sido la irradiación con haz de electrones (EB) utilizada para el material de embalaje.
“El curado UV/EB nos permite usar hasta 100 por ciento de formulaciones sólidas sin solventes que son más eficientes y brindan hasta el doble de cobertura de superficie por kilogramo de pintura”, afirmó el CTO de Beckers, Gavin Bown.
Las formulaciones sólidas de pintura UV/EB sin disolventes son más sostenibles, pues se necesita aproximadamente la mitad del volumen de pintura y reducen significativamente los compuestos orgánicos volátiles (COV).
“En comparación con el curado con gas convencional, el proceso de curado en frío UV/EB también usa mucha menos energía, facilita la transición del gas natural a la electricidad renovable, evita el uso de gas costoso y no requiere agua para enfriar”, agregó en su momento Bown.
“Los beneficios adicionales del curado UV/EB incluyen una huella de carbono de transporte más baja, ya que se requiere alrededor de un 50 por ciento menos de pintura por m2 de cobertura de superficie, y el proceso de curado instantáneo ofrece el potencial para el recubrimiento”, apuntó.
Beckers está trabajando actualmente con clientes que están reemplazando por completo sus líneas de recubrimiento de bobinas convencionales con curado UV/EB o modernizando las líneas existentes. Otros están agregando pasos de recubrimiento adicionales o cambiando parcialmente a UV/EB en sus líneas existentes.
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