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 presente da oltre trent'anni in altri settori...
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 presente da oltre trent'anni in altri settori. Ogni giorno camminiamo su pavimenti in vinile rivestiti con tecnologia UV e molti di noi li hanno nelle proprie case. La tecnologia di polimerizzazione UV svolge un ruolo fondamentale anche nell'industria dell'elettronica di consumo. Ad esempio, nel caso dei telefoni cellulari, la tecnologia UV viene utilizzata per il rivestimento degli involucri in plastica, per i rivestimenti di protezione dei componenti elettronici interni, per i componenti incollati con adesivi UV e persino nella produzione degli schermi a colori presenti in alcuni telefoni. Allo stesso modo, le industrie delle fibre ottiche e dei DVD/CD utilizzano esclusivamente rivestimenti e adesivi UV e non esisterebbero come le conosciamo oggi se la tecnologia UV non ne avesse permesso lo sviluppo.
Cos'è dunque la polimerizzazione UV? In parole semplici, è un processo di reticolazione (polimerizzazione) dei rivestimenti mediante una reazione chimica innescata e sostenuta dall'energia UV. In meno di un minuto il rivestimento passa dallo stato liquido a quello solido. Esistono differenze fondamentali in alcune materie prime e nella funzionalità delle resine utilizzate nel rivestimento, ma queste differenze sono invisibili all'utilizzatore finale.
Le apparecchiature di applicazione convenzionali, come pistole a spruzzo atomizzate ad aria, HVLP, campane rotanti, verniciatura a flusso, verniciatura a rullo e altre apparecchiature, applicano rivestimenti UV. Tuttavia, anziché essere inserito in un forno termico dopo l'applicazione del rivestimento e l'evaporazione del solvente, il rivestimento viene polimerizzato con energia UV generata da sistemi di lampade UV organizzati in modo da illuminare il rivestimento con la quantità minima di energia necessaria per ottenere la polimerizzazione.
Le aziende e i settori che sfruttano le caratteristiche della tecnologia UV hanno generato un valore straordinario, offrendo una maggiore efficienza produttiva e un prodotto finale di qualità superiore, migliorando al contempo i profitti.
Sfruttare gli attributi UV
Quali sono le caratteristiche principali 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 termosensibili e tutti i rivestimenti possono essere polimerizzati molto rapidamente. La polimerizzazione UV è fondamentale per la produttività se il collo di bottiglia nel processo è un tempo di polimerizzazione prolungato. Inoltre, la velocità consente un processo con un ingombro molto inferiore. Per fare un confronto, un rivestimento convenzionale che richiede una cottura di 30 minuti a una velocità di linea di 44 m/min richiede 137 m di nastro trasportatore nel forno, mentre un rivestimento polimerizzato UV può richiederne solo 7,6 m (o meno).
La reazione di reticolazione UV può dare origine a un rivestimento con una durabilità fisica di gran lunga superiore. Sebbene i rivestimenti possano essere formulati per essere duri, ad esempio per le pavimentazioni, possono anche essere realizzati per essere molto flessibili. Entrambi i tipi di rivestimento, duri e flessibili, sono utilizzati nel settore automobilistico.
Queste caratteristiche sono i fattori trainanti per il continuo sviluppo e la diffusione della tecnologia UV per i rivestimenti automobilistici. Naturalmente, la polimerizzazione UV dei rivestimenti industriali presenta delle sfide. La principale preoccupazione per il responsabile del processo è la capacità di esporre tutte le aree di componenti complessi all'energia UV. L'intera superficie del rivestimento deve essere esposta alla quantità minima di energia UV necessaria per la polimerizzazione. Ciò richiede un'attenta analisi del componente, il suo corretto posizionamento e la disposizione delle lampade per eliminare le zone d'ombra. Tuttavia, si sono registrati miglioramenti significativi nelle lampade, nelle materie prime e nei prodotti formulati, che consentono di superare la maggior parte di questi limiti.
Illuminazione anteriore per autoveicoli
L'applicazione specifica nel settore automobilistico in cui la tecnologia UV è diventata standard è quella dei fari anteriori, dove i rivestimenti UV sono utilizzati da oltre 15 anni e detengono ormai l'80% del mercato. I fari sono composti da due componenti principali che necessitano di 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 dalle sollecitazioni fisiche. L'alloggiamento del riflettore presenta un rivestimento di base UV (primer) che sigilla il substrato e fornisce una superficie ultra liscia per la metallizzazione. Il mercato dei rivestimenti di base per riflettori è ormai essenzialmente al 100% basato sulla polimerizzazione UV. I motivi principali dell'adozione di questa tecnologia sono stati il miglioramento della produttività, la riduzione dell'ingombro del processo e le superiori proprietà prestazionali del rivestimento.
Sebbene i rivestimenti utilizzati siano polimerizzati con raggi UV, contengono solventi. Tuttavia, la maggior parte dell'overspray viene recuperata e riciclata nel processo, raggiungendo un'efficienza di trasferimento prossima al 100%. L'obiettivo per lo sviluppo futuro è aumentare la percentuale di solidi al 100% ed eliminare la necessità di un ossidante.
Parti esterne in plastica
Una delle applicazioni meno conosciute è l'utilizzo di una vernice trasparente polimerizzabile ai raggi UV su modanature laterali della carrozzeria stampate in tinta. Inizialmente, questo rivestimento è stato sviluppato per ridurre l'ingiallimento delle modanature laterali in vinile esposte agli agenti atmosferici. Il rivestimento doveva essere molto resistente e flessibile per mantenere l'adesione senza screpolarsi a seguito di urti. I fattori che hanno spinto all'utilizzo di rivestimenti UV in questa applicazione sono la velocità di polimerizzazione (ingombro ridotto del processo) e le prestazioni superiori.
Pannelli della carrozzeria SMC
Il Sheet Molding Compound (SMC) è un materiale composito utilizzato da oltre 30 anni come alternativa all'acciaio. L'SMC è costituito da una resina poliestere rinforzata con fibra di vetro, colata in fogli. Questi fogli vengono poi inseriti in uno stampo a compressione e modellati per formare i pannelli della carrozzeria. L'SMC può essere scelto perché riduce i costi di attrezzaggio per le piccole produzioni, diminuisce il peso, offre resistenza alle ammaccature e alla corrosione e garantisce maggiore libertà di progettazione. Tuttavia, una delle sfide nell'utilizzo dell'SMC è la finitura del pezzo in fase 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 "porosità". Questo richiederà almeno una riparazione localizzata o, se le "porosità" sono numerose, 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 dell'utilizzo di una polimerizzazione ibrida è che l'eccesso di vernice viene polimerizzato sulle superfici non critiche. Il passaggio chiave per eliminare le "porosità" è l'esposizione all'energia UV, che aumenta significativamente la densità di reticolazione del rivestimento esposto sulle superfici critiche. Se il sigillante non riceve l'energia UV minima, il rivestimento soddisfa comunque tutti gli altri requisiti prestazionali.
In questo caso, l'utilizzo della tecnologia a doppia polimerizzazione conferisce nuove proprietà al rivestimento, sfruttando la polimerizzazione UV e garantendo al contempo un fattore di sicurezza per un'applicazione di alto valore. Questa applicazione non solo dimostra come la tecnologia UV possa fornire proprietà di rivestimento uniche, ma anche che un sistema di rivestimento a polimerizzazione UV è valido per componenti automobilistici di grandi dimensioni, complessi e di alto valore, prodotti in grandi volumi. 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 la carrozzeria esterna delle automobili. Ford Motor Company ha presentato la tecnologia UV su un prototipo, la Concept U, al North American International Auto Show del 2003. La tecnologia di rivestimento dimostrata era una vernice trasparente polimerizzabile ai raggi UV, formulata e fornita da Akzo Nobel Coatings. Questo rivestimento è stato applicato e polimerizzato su singoli pannelli della carrozzeria realizzati con diversi materiali.
Al Surcar, la principale conferenza mondiale sui rivestimenti per autoveicoli che si tiene ogni due anni in Francia, sia DuPont Performance Coatings che BASF hanno presentato, nel 2001 e nel 2003, una tecnologia di polimerizzazione UV per le vernici trasparenti per autoveicoli. L'obiettivo di questo sviluppo è migliorare un aspetto fondamentale per la soddisfazione del cliente: la resistenza ai graffi e alle abrasioni. Entrambe le aziende hanno sviluppato rivestimenti a polimerizzazione ibrida (UV e termica). Lo scopo di perseguire la tecnologia ibrida è quello di minimizzare la complessità del sistema di polimerizzazione UV, pur raggiungendo le prestazioni desiderate.
Sia DuPont che BASF hanno installato linee pilota nei loro stabilimenti. La linea DuPont di Wuppertal è in grado di polimerizzare intere carrozzerie. Le aziende produttrici di vernici non solo devono dimostrare buone prestazioni di verniciatura, ma anche offrire una soluzione completa per la linea di verniciatura. Uno degli altri vantaggi della polimerizzazione UV/termica citati da DuPont è la possibilità di ridurre del 50% la lunghezza della sezione di verniciatura trasparente della linea di finitura, 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 era la posizione del processo di polimerizzazione UV nella linea di finitura. Le soluzioni ingegneristiche prevedevano il posizionamento 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 formulazioni attualmente in fase di sviluppo. Anche Fusion UV Systems ha presentato un nuovo strumento: una simulazione computerizzata del processo di polimerizzazione UV per le carrozzerie automobilistiche. Questo sviluppo è stato intrapreso per supportare e accelerare l'adozione della tecnologia di polimerizzazione UV negli impianti di assemblaggio.
Altre applicazioni
Proseguono le attività di sviluppo per i rivestimenti plastici utilizzati negli interni delle automobili, per i rivestimenti di cerchi in lega e copricerchi, per le vernici trasparenti su grandi componenti stampati a iniezione e per le parti sotto il cofano. Il processo UV continua a essere validato come piattaforma di polimerizzazione stabile. L'unica vera novità è che i rivestimenti UV vengono applicati a componenti più complessi e di maggior valore. La stabilità e la validità a lungo termine del processo sono state dimostrate con l'applicazione ai fari anteriori. Iniziato oltre 20 anni fa, è ormai diventato lo standard del settore.
Sebbene la tecnologia UV abbia un certo fascino, l'obiettivo del settore è quello di fornire le migliori soluzioni ai problemi dei verniciatori. Nessuno utilizza una tecnologia fine a se stessa. Deve generare valore. Questo valore può derivare da una maggiore produttività legata alla velocità di polimerizzazione, oppure da proprietà migliorate o nuove, impossibili da ottenere con le tecnologie attuali. Può tradursi in una qualità superiore fin dal primo tentativo, poiché il rivestimento è esposto allo sporco per un tempo minore. Può anche contribuire a ridurre o eliminare i VOC (composti organici volatili) negli impianti. La tecnologia può generare valore. Il settore UV e i verniciatori devono continuare a collaborare per sviluppare soluzioni che migliorino la redditività di questi ultimi.
Data di pubblicazione: 14 marzo 2023
