El acabado o el mejoramiento de propiedades de superficie, tales como la resistencia química a los rasguños, el brillo y la dureza de materiales termosensibles, como los plásticos, la madera y ciertos tipos de vidrio, es un desafío.
Estos materiales se ven afectados negativamente por los procesos de acabado de superficie que producen calor. El calor daña el sustrato y puede causar decoloración e incluso deformación. Por esta razón muchos métodos convencionales de polimerización de recubrimientos para protección, modificación de la superficie o adhesión, que requieren calor para la formación de la película, no pueden usarse con materiales como los plásticos.
Curado con energía UV y EB
Dos formas de polimerizado de recubrimientos, tintas y adhesivos, que no genera el calor que puede afectar a los sustratos termosensibles, son el curado ultravioleta (UV) y por haz de electrones (EB). El curado se define como la conversión de líquido en sólido. El curado UV y EB son procesos especiales mediante los cuales se curan o secan sobre el sustrato los recubrimientos, tintas y adhesivos, usando “energía” de fuentes UV y EB, en lugar de usar el calor convencional.
Los recubrimientos curables por UV/EB se componen por lo general de líquidos sin solventes que pueden aplicarse a un sustrato y convertirse en película sólida en una fracción de segundo por exposición a las longitudes de onda de luz ultravioleta o de haz de electrones. Al contrario de las tecnologías con líquidos que compiten con éstas, no se requiere calor ni para evaporar un solvente vehículo ni para reticular un recubrimiento, lo que constituye una ventaja obvia con los sustratos termosensibles.
Formulaciones curables por UV/EB
Ambas tecnologías involucran el uso de monómeros y oligómeros basados en acrilato, que se polimerizan directamente sobre el sustrato. Dicha polimerización se presenta a gran velocidad, cuando se expone el recubrimiento, la tinta o el adhesivo a una fuente de luz ultravioleta o a un haz de electrones. Una formulación UV o EB completa consiste de una mezcla o fusión de un oligómero base —que imparte la mayor parte de las propiedades básicas al material final—monómeros —que diluyen la formulación hasta llevarla a una viscosidad conveniente y ayudan a formar los enlaces cruzados entre los segmentos del oligómero— y los aditivos.
Estos últimos, como pigmentos, cargas, agentes humectantes, ayudas de deslizamiento u otros materiales, pueden añadirse para impartir propiedades específicas, ayudar en el proceso o mejorar el desempeño. Los fotoiniciadores, que absorben la luz y están involucrados directamente en la producción de radicales libres, son necesarios para el curado UV pero no para el proceso por EB.
Las formulaciones desarrolladas para mejorar las propiedades de superficie de los materiales termosensibles, varían aún mejor que las propiedades que deben mejorarse. Los recubrimientos, tintas y adhesivos para curado por UV y EB son totalmente sólidos, lo que significa que su formulación no necesita ni solvente ni agua. Los materiales termosensibles pueden recubrirse para mejorar la durabilidad o apariencia. Las propiedades de resistencia a rasguños, sustancias químicas y a la intemperie, por nombrar unas cuantas, pueden mejorarse con la adición de formulaciones de curado UV o EB. Los adhesivos pueden usarse para adherir dos sustratos termosensibles bien sea de manera permanente o transitoria, según pueden requerirlo algunas aplicaciones de autoadhesivos.
Aplicación de una formulación UV/EB
Las formulaciones de recubrimientos, tintas y adhesivos que se han desarrollado para curarse con energía UV o EB pueden aplicarse usando todos los métodos de aplicación convencionales —recubrimiento por cortina, serigrafía o rociado por mencionar algunos— y curarse usando UV o EB en lugar de métodos que generen calor. Una vez recubiertos, los materiales del sustrato se transportan a través de una fuente de luz UV o una unidad de curado por EB, aunque también puede hacerse con curado UV estático.
El equipo de curado UV y EB
Los equipos de curado de ambos sistemas son relativamente fáciles de usar y ambos pueden complementar la mayoría de las operaciones de conversión. Al ser energía radiante, convierten directamente las formulaciones líquidas reactivas en sólidas y no dependen de los sistemas de evaporación que generan calor y consumen gran cantidad de energía en la remoción del solvente o el agua. El espectro de luz ultravioleta en una lámpara UV y los electrones dirigidos en un haz de electrones, interactúan con químicos de acrilato especialmente formulados para curar los materiales.
La tecnología EB, en términos muy simples, usa aceleradores de haz de electrones, un suministro eléctrico, una cámara de aceleración, ventanas de haces y barreras de protección de seguridad y de toma de energía. El equipo UV se compone por lo general de una fuente luminosa, que suele ser un tubo de vidrio, un suministro eléctrico, un sistema de reflectores para concentrar la energía radiante UV en el sustrato blanco y un sistema de banda transportadora para mover el sustrato recubierto, aunque también es posible el curado estático.
Los equipos de UV y EB tienen mucho en común, pero también hay diferencias. Los costos son distintos; el equipo de EB es superior en costo que el de UV. Los métodos de curado EB son a menudo capaces de funcionar a velocidades de línea mucho mayores, permiten mayor penetración y pueden curar materiales opacos. Los tipos de operación en funcionamiento continuo y prolongado son más útiles para la tecnología EB, mientras que las operaciones que requieren cambios de material favorecen la tecnología UV.
Ventajas del curado UV y EB
Las ventajas de ambos sistemas no sólo tienen que ver con el uso en materiales termosensibles y en el hecho de que no ejercen un impacto negativo en el sustrato. Las formulaciones ofrecen un acabado superior tanto estéticamente como en términos de desempeño. También confieren una mayor productividad y ofrecen alternativas de procesamiento ecológicas.
Es posible producir superficies estéticamente modificadas, cuyo resultado sea un brillo mayor sin amarilleamiento o acabados. Pueden usarse pigmentos y cargas para producir una variedad de acabados con tintas y recubrimientos.
La resistencia a los rasguños, a los químicos y al agua son propiedades físicas que pueden producirse para generar acabados que protejan el sustrato y permitan usar los materiales en aplicaciones que no serían posibles sin el acabado.
Del uso del curado UV y EB también se desprenden mayor productividad y la consiguiente mejor rentabilidad, junto con un menor consumo de energía. La capacidad de manipular los materiales inmediatamente después del curado, un tiempo de exposición menor que ofrece acabados más limpios con menos defectos y rechazos, y la eficiencia energética son también factores que se derivan en un mayor uso del curado UV y EB. Estos métodos de acabado para materiales termosensibles favorecen además la reciclabilidad del sustrato y son ecológicos.
Futuro del curado en materiales termosensibles
Hacia el futuro, las fuerzas que impulsan el uso comercial de estas tecnologías aplicadas a sustratos termosensibles no son sólo los ahorros de energía y el hecho de que los sistemas son por lo general libres de solvente, sino también la gran productividad, como beneficio suplementario. Otros factores que también han impulsado el avance de la tecnología, además de la mejor apariencia del producto, son la reducción de los costos totales y la mayor productividad en procesos de impresión, decoración, adhesión o recubrimiento, a la par con la casi total eliminación de los COV. En el futuro, se prevé un mayor uso del curado UV o EB en el acabado de materiales termosensibles. Los recubrimientos, las tintas y los adhesivos curados por UV o EB constituyen una alternativa durable, atractiva y económica a los recubrimientos convencionales, que requieren calor para su desarrollo o reticulación.
Las fuerzas que impulsaron en un comienzo la comercialización de estas tecnologías fueron los ahorros de energía y el hecho de que los sistemas están por lo general libres de solvente. La gran productividad y la consecuente mayor rentabilidad son beneficios suplementarios que también beneficiarán a los productores que trabajan con materiales termosensibles.
Los plásticos flexibles que usan curando UV y EB incluyen etiquetas adhesivas impresas, películas de vinilo con laminados de papel decorativo, tubos plásticos, películas encogibles, películas fonográficas, medios magnéticos de grabación, películas abrasivas recubiertas, películas antiadherentes, CD, DVD, tarjetas de crédito y muchas más. Los discos de DVD usan materiales curables por UV que se recubren dando vueltas y luego se curan.
Las principales ventajas en las materias primas de monómeros, oligómeros y fotoiniciadores hacen adecuadas las tecnologías UV y EB para recubrimientos en partes plásticas automotrices de uso en exteriores.
No sólo es más efectivo el proceso de curado UV/EB para el recubrimiento de plásticos, sino que además la selección de los monómeros y oligómeros permiten una aplicación sin solventes, sin emisiones de COV, con rápido curado, mayor productividad y menor consumo de energía. Diseñado para uso en sustratos termosensibles y producción a gran velocidad de imágenes impresas delicadas sobre tableros sofisticados de circuitos impresos, el curado UV y EB produce un acabado con superior resistencia a la corrosión.
El vidrio o los lentes plásticos pueden recubrirse para obtener resistencia a los rasguños y al ensombrecimiento o la polarización. Teléfonos celulares, con partes plásticas, termosensibles, recubiertos con recubrimientos y tintas UV o EB para proteger de rasguños y la humedad, y con mejor apariencia.
Hay muchas aplicaciones en las que el curado por radiación es viable comercialmente y pueden usarse para beneficiar a quien realiza el acabado y para mejorar el desempeño del producto. Estos beneficios sólo pueden hacerse visibles cuando todas las partes que intervienen en el proceso, incluyendo los proveedores de materias primas, los formuladores, los proveedores de equipos de aplicación y curado, los convertidores y los acabadores, así como los usuarios finales, están educados en los principios y procesos de esta tecnología.
*Sartomer Company
