La tecnologia UV è considerata da molti la tecnologia "emergente" per la polimerizzazione dei rivestimenti industriali. Sebbene possa essere una novità per molti nel settore dei rivestimenti industriali e automobilistici, in altri settori è in uso da oltre trent'anni...
La tecnologia UV è considerata da molti la tecnologia "emergente" per la polimerizzazione dei rivestimenti industriali. Sebbene possa essere una novità per molti nel settore dei rivestimenti industriali e automobilistici, è in uso da oltre tre decenni in altri settori. Le persone camminano quotidianamente su pavimenti in vinile con rivestimento UV e molti di noi li hanno in casa. La tecnologia di polimerizzazione UV svolge un ruolo importante anche nel settore dell'elettronica di consumo. Ad esempio, nel caso dei telefoni cellulari, la tecnologia UV viene utilizzata nel rivestimento di alloggiamenti in plastica, nei rivestimenti per la protezione dei componenti elettronici interni, nei componenti incollati con adesivi UV e persino nella produzione degli schermi a colori di alcuni telefoni. Allo stesso modo, l'industria della fibra ottica e dei DVD/CD utilizza esclusivamente rivestimenti e adesivi UV e non esisterebbe come la conosciamo oggi se la tecnologia UV non ne avesse consentito lo sviluppo.
Cos'è la polimerizzazione UV? In parole povere, si tratta di un processo di reticolazione (polimerizzazione) dei rivestimenti mediante un processo chimico avviato e sostenuto dall'energia UV. In meno di un minuto, il rivestimento viene convertito da liquido a solido. Esistono differenze fondamentali in alcune materie prime e nella funzionalità delle resine del rivestimento, ma queste sono trasparenti per l'utilizzatore del rivestimento.
Le vernici UV vengono applicate con apparecchiature convenzionali, come pistole a spruzzo atomizzate ad aria, HVLP, pompe rotanti, flow coating, coating a rullo e altre apparecchiature. Tuttavia, anziché essere inserite in un forno termico dopo l'applicazione del rivestimento e il flash del solvente, la vernice viene polimerizzata con energia UV generata da sistemi di lampade UV organizzati in modo da illuminare la vernice con la minima quantità di energia necessaria per ottenere la polimerizzazione.
Le aziende e i settori che sfruttano le caratteristiche della tecnologia UV hanno prodotto un valore straordinario, garantendo efficienze produttive superiori e un prodotto finale di qualità superiore, migliorando al contempo i profitti.
Sfruttare gli attributi UV
Quali sono le caratteristiche chiave che possono essere sfruttate? Innanzitutto, come accennato in precedenza, la polimerizzazione è molto rapida e può essere effettuata a temperatura ambiente. Ciò consente una polimerizzazione efficiente di substrati sensibili al calore e tutti i rivestimenti possono essere polimerizzati molto rapidamente. La polimerizzazione UV è fondamentale per la produttività se il vincolo (collo di bottiglia) del processo è un tempo di polimerizzazione lungo. Inoltre, la velocità consente un processo con un ingombro molto ridotto. A titolo di confronto, un rivestimento convenzionale che richiede una cottura di 30 minuti a una velocità di linea di 15 piedi al minuto richiede 450 piedi di nastro trasportatore nel forno, mentre un rivestimento polimerizzato UV può richiedere solo 25 piedi (o meno) di nastro trasportatore.
La reazione di reticolazione UV può dare origine a un rivestimento con una durabilità fisica notevolmente superiore. Sebbene i rivestimenti possano essere formulati per essere resistenti ad applicazioni come la pavimentazione, possono anche essere realizzati per essere molto flessibili. Entrambi i tipi di rivestimento, duro e flessibile, sono utilizzati nelle applicazioni automobilistiche.
Queste caratteristiche sono alla base del continuo sviluppo e della diffusione della tecnologia UV nei rivestimenti per autoveicoli. Naturalmente, la polimerizzazione UV dei rivestimenti industriali presenta delle sfide. La preoccupazione principale per il responsabile del processo è la capacità di esporre tutte le aree dei componenti complessi all'energia UV. L'intera superficie del rivestimento deve essere esposta alla minima energia UV necessaria per la polimerizzazione. Ciò richiede un'attenta analisi del componente, la sua sistemazione in scaffalature e la disposizione delle lampade per eliminare le zone d'ombra. Tuttavia, sono stati apportati miglioramenti significativi alle lampade, alle materie prime e ai prodotti formulati che superano la maggior parte di questi vincoli.
Illuminazione anteriore per autoveicoli
L'applicazione specifica nel settore automobilistico in cui la tecnologia UV è diventata standard è l'illuminazione anteriore, dove i rivestimenti UV vengono utilizzati da oltre 15 anni e ora rappresentano l'80% del mercato. I fari sono composti da due componenti principali che devono essere rivestiti: la lente in policarbonato e l'alloggiamento del riflettore. La lente richiede un rivestimento molto duro e antigraffio per proteggere il policarbonato dagli agenti atmosferici e dagli urti. L'alloggiamento del riflettore è dotato di una basecoat UV (primer) che sigilla il substrato e fornisce una superficie ultra liscia per la metallizzazione. Il mercato delle basicoat per riflettori è ora essenzialmente al 100% polimerizzato UV. Le ragioni principali per l'adozione di questa tecnologia sono state la maggiore produttività, il ridotto ingombro di processo e le superiori proprietà prestazionali del rivestimento.
Sebbene i rivestimenti utilizzati siano polimerizzati a raggi UV, contengono solvente. Tuttavia, la maggior parte dell'overspray viene recuperata e riciclata nel processo, raggiungendo un'efficienza di trasferimento prossima al 100%. L'obiettivo per gli sviluppi futuri è aumentare il contenuto di solidi al 100% ed eliminare la necessità di un ossidante.
Parti esterne in plastica
Una delle applicazioni meno note è l'uso di una vernice trasparente a polimerizzazione UV su modanature laterali in tinta con la carrozzeria. Inizialmente, questo rivestimento è stato sviluppato per ridurre l'ingiallimento dovuto all'esposizione esterna delle modanature laterali in vinile. Il rivestimento doveva essere molto resistente e flessibile per mantenere l'adesione senza crepe dovute all'impatto con oggetti sulla modanatura. I fattori che spingono all'uso delle vernici UV in questa applicazione sono la velocità di polimerizzazione (ingombro ridotto del processo) e le prestazioni superiori.
Pannelli della carrozzeria SMC
Il composto per stampaggio a caldo (SMC) è un materiale composito utilizzato come alternativa all'acciaio da oltre 30 anni. L'SMC è costituito da una resina poliestere caricata con fibra di vetro, colata in fogli. Questi fogli vengono poi inseriti in uno stampo a compressione e trasformati in pannelli per la carrozzeria. L'SMC può essere scelto perché riduce i costi di lavorazione per piccole produzioni, riduce il peso, offre resistenza alle ammaccature e alla corrosione e offre maggiore libertà di progettazione. Tuttavia, una delle sfide nell'utilizzo dell'SMC è la finitura del componente nell'impianto di assemblaggio. L'SMC è un substrato poroso. Quando il pannello della carrozzeria, ora montato su un veicolo, passa attraverso il forno di verniciatura trasparente, può verificarsi un difetto di verniciatura noto come "porosity pop". Ciò richiederà almeno una riparazione localizzata o, se ci sono abbastanza "porosity pop", una riverniciatura completa della carrozzeria.
Tre anni fa, nel tentativo di eliminare questo difetto, BASF Coatings ha commercializzato un sigillante ibrido UV/termico. Il motivo per cui si utilizza una polimerizzazione ibrida è che l'overspray verrà polimerizzato su superfici non critiche. Il passaggio chiave per eliminare i "pop di porosità" è l'esposizione all'energia UV, che aumenta significativamente la densità di reticolazione del rivestimento esposto sulle superfici critiche. Anche se il sigillante non riceve la minima energia UV, il rivestimento soddisfa comunque tutti gli altri requisiti prestazionali.
In questo caso, l'utilizzo della tecnologia a doppia polimerizzazione offre nuove proprietà di rivestimento sfruttando la polimerizzazione UV, garantendo al contempo un fattore di sicurezza per il rivestimento in un'applicazione di alto valore. Questa applicazione non solo dimostra come la tecnologia UV possa fornire proprietà di rivestimento uniche, ma dimostra anche che un sistema di rivestimento a polimerizzazione UV è applicabile su componenti automobilistici di alto valore, in grandi volumi, di grandi dimensioni e complessi. Questo rivestimento è stato utilizzato su circa un milione di pannelli di carrozzeria.
Vernice trasparente OEM
Probabilmente, il segmento di mercato della tecnologia UV con la maggiore visibilità è quello dei rivestimenti di Classe A per i pannelli esterni della carrozzeria automobilistica. La Ford Motor Company ha esposto la tecnologia UV su un prototipo di veicolo, la Concept U, al Salone Internazionale dell'Auto del Nord America nel 2003. La tecnologia di rivestimento presentata era una vernice trasparente a polimerizzazione UV, formulata e fornita da Akzo Nobel Coatings. Questa vernice è stata applicata e polimerizzata su singoli pannelli della carrozzeria realizzati con materiali diversi.
In occasione di Surcar, la principale conferenza mondiale sui rivestimenti per auto che si tiene ogni due anni in Francia, sia DuPont Performance Coatings che BASF hanno tenuto presentazioni nel 2001 e nel 2003 sulla tecnologia di polimerizzazione UV per vernici trasparenti per auto. L'obiettivo di questo sviluppo è migliorare un aspetto fondamentale per la soddisfazione del cliente: la resistenza a graffi e abrasioni. Entrambe le aziende hanno sviluppato rivestimenti a polimerizzazione ibrida (UV e termica). L'obiettivo di perseguire la strada della tecnologia ibrida è ridurre al minimo la complessità del sistema di polimerizzazione UV, ottenendo al contempo le proprietà prestazionali desiderate.
Sia DuPont che BASF hanno installato linee pilota presso i loro stabilimenti. La linea DuPont di Wuppertal è in grado di polimerizzare scocche complete. Le aziende di verniciatura non devono solo dimostrare buone prestazioni di verniciatura, ma anche dimostrare una soluzione per la linea di verniciatura. Uno degli altri vantaggi della polimerizzazione UV/termica citati da DuPont è che la lunghezza della porzione di vernice trasparente della linea di finitura può essere ridotta del 50% semplicemente riducendo la lunghezza del forno termico.
Dal punto di vista ingegneristico, Dürr System GmbH ha presentato un concept di impianto di assemblaggio per la polimerizzazione UV. Una delle variabili chiave di questi concept è stata la posizione del processo di polimerizzazione UV nella linea di finitura. Le soluzioni ingegneristiche includevano la collocazione delle lampade UV prima, all'interno o dopo il forno termico. Dürr ritiene che esistano soluzioni ingegneristiche per la maggior parte delle opzioni di processo che coinvolgono le attuali formulazioni in fase di sviluppo. Fusion UV Systems ha inoltre presentato un nuovo strumento: una simulazione al computer del processo di polimerizzazione UV per le scocche automobilistiche. Questo sviluppo è stato intrapreso per supportare e accelerare l'adozione della tecnologia di polimerizzazione UV negli impianti di assemblaggio.
Altre applicazioni
Proseguono i lavori di sviluppo per i rivestimenti in plastica utilizzati per gli interni delle auto, per i rivestimenti per cerchi in lega e copricerchi, per le vernici trasparenti su grandi componenti stampati a colori e per le parti sotto il cofano. Il processo UV continua a essere convalidato come piattaforma di polimerizzazione stabile. L'unica vera novità è che i rivestimenti UV si stanno spostando verso componenti più complessi e di maggior valore. La stabilità e la fattibilità a lungo termine del processo sono state dimostrate con l'applicazione di fari anteriori. È iniziato oltre 20 anni fa ed è ora lo standard del settore.
Sebbene la tecnologia UV abbia quello che alcuni considerano un fattore "cool", ciò che l'industria vuole fare con questa tecnologia è fornire le migliori soluzioni ai problemi dei verniciatori. Nessuno usa una tecnologia fine a se stessa. Deve offrire valore. Il valore può presentarsi sotto forma di una maggiore produttività legata alla velocità di polimerizzazione. Oppure può derivare da proprietà migliorate o nuove che non si è riusciti a ottenere con le tecnologie attuali. Può derivare da una migliore qualità iniziale perché il rivestimento è esposto allo sporco per un tempo inferiore. Può fornire un mezzo per ridurre o eliminare i COV presso il vostro impianto. La tecnologia può offrire valore. L'industria UV e i verniciatori devono continuare a collaborare per elaborare soluzioni che migliorino i profitti del verniciatore.
Data di pubblicazione: 14-03-2023
