Di Lawrence (Larry) Van Iseghem è Presidente/CEO di Van Technologies, Inc.
Nel corso della nostra attività con clienti industriali a livello internazionale, abbiamo risposto a un numero incredibile di domande e fornito numerose soluzioni relative ai rivestimenti fotopolimerizzabili. Di seguito sono riportate alcune delle domande più frequenti, e le relative risposte possono fornire spunti utili.
1. Cosa sono i rivestimenti fotopolimerizzabili?
Nel settore della finitura del legno esistono tre tipi principali di rivestimenti fotoindurenti.
I rivestimenti polimerizzabili UV attivi al 100% (talvolta denominati "solidi al 100%) sono composizioni chimiche liquide che non contengono solventi o acqua. Dopo l'applicazione, il rivestimento viene immediatamente esposto all'energia UV senza la necessità di essiccare o evaporare prima della polimerizzazione. La composizione del rivestimento applicato reagisce formando uno strato superficiale solido attraverso il processo reattivo descritto e opportunamente denominato fotopolimerizzazione. Poiché non è necessaria l'evaporazione prima della polimerizzazione, il processo di applicazione e polimerizzazione è notevolmente efficiente ed economico.
I rivestimenti ibridi a polimerizzazione UV a base d'acqua o a base di solvente contengono ovviamente acqua o solvente per ridurre il contenuto attivo (o solido). Questa riduzione del contenuto solido consente una maggiore facilità nel controllo dello spessore del film umido applicato e/o nel controllo della viscosità del rivestimento. Durante l'uso, questi rivestimenti UV vengono applicati alle superfici in legno con diversi metodi e devono essere completamente essiccati prima della polimerizzazione UV.
Anche i rivestimenti in polvere polimerizzabili tramite raggi UV sono composti al 100% da materiali solidi e vengono generalmente applicati su substrati conduttivi tramite attrazione elettrostatica. Una volta applicato, il substrato viene riscaldato per fondere la polvere, che fuoriesce formando una pellicola superficiale. Il substrato rivestito può quindi essere immediatamente esposto all'energia UV per facilitarne la polimerizzazione. La pellicola superficiale risultante non è più deformabile al calore né sensibile.
Esistono varianti di questi rivestimenti fotopolimerizzabili che contengono un meccanismo di polimerizzazione secondario (attivazione termica, reazione all'umidità, ecc.) in grado di polimerizzare anche in zone superficiali non esposte ai raggi UV. Questi rivestimenti sono comunemente chiamati rivestimenti a doppia polimerizzazione.
Indipendentemente dal tipo di rivestimento fotoindurente utilizzato, la finitura superficiale o lo strato finale garantiscono qualità, durata e resistenza eccezionali.
2. Quanto bene aderiscono i rivestimenti fotoindurenti alle diverse specie di legno, compresi i tipi di legno oleoso?
I rivestimenti fotopolimerizzabili presentano un'eccellente adesione alla maggior parte delle specie legnose. È importante assicurarsi che vi siano condizioni di polimerizzazione sufficienti per garantire una polimerizzazione completa e una corrispondente adesione al substrato.
Esistono alcune specie legnose che sono naturalmente molto oleose e potrebbero richiedere l'applicazione di un primer promotore di adesione, o "tiecoat". Van Technologies ha svolto notevoli ricerche e sviluppi sull'adesione dei rivestimenti a polimerizzazione UV su queste specie legnose. Tra gli sviluppi recenti figura un singolo sigillante a polimerizzazione UV che impedisce a oli, linfa e pece di interferire con l'adesione del rivestimento di finitura a polimerizzazione UV.
In alternativa, l'olio presente sulla superficie del legno può essere rimosso appena prima dell'applicazione del rivestimento, strofinando con acetone o un altro solvente idoneo. Un panno assorbente e privo di pelucchi viene prima inumidito con il solvente e poi passato sulla superficie del legno. La superficie viene lasciata asciugare e quindi si può applicare il rivestimento fotopolimerizzabile. La rimozione dell'olio superficiale e di altri contaminanti favorisce la successiva adesione del rivestimento applicato alla superficie del legno.
3. Quali tipi di macchie sono compatibili con i rivestimenti UV?
Tutte le tinte qui descritte possono essere efficacemente sigillate e rivestite con sistemi di verniciatura a polimerizzazione UV al 100%, a polimerizzazione UV a ridotto contenuto di solventi, a polimerizzazione UV a base d'acqua o in polvere a polimerizzazione UV. Pertanto, esistono diverse combinazioni possibili che rendono la maggior parte delle tinte disponibili sul mercato idonee a qualsiasi rivestimento a polimerizzazione UV. Tuttavia, è importante tenere presente alcune considerazioni per garantire la compatibilità e ottenere una finitura superficiale del legno di qualità.
Tinte all'acqua e tinte all'acqua polimerizzabili con raggi UV:Quando si applicano sigillanti/finiture in polvere a polimerizzazione UV al 100%, a polimerizzazione UV a ridotto contenuto di solvente o a polimerizzazione UV su tinte all'acqua, è essenziale che la tinta sia completamente asciutta per evitare difetti di uniformità del rivestimento, tra cui buccia d'arancia, occhi di pesce, crateri, pozzanghere e pozzanghere. Tali difetti si verificano a causa della bassa tensione superficiale dei rivestimenti applicati rispetto all'elevata tensione superficiale residua dell'acqua della tinta applicata.
L'applicazione di un rivestimento a base d'acqua a polimerizzazione UV, tuttavia, è generalmente più tollerante. La tinta applicata può presentare umidità senza effetti negativi quando si utilizzano determinati sigillanti/finiture a base d'acqua a polimerizzazione UV. L'umidità residua o l'acqua derivanti dall'applicazione della tinta si diffonderanno facilmente attraverso il sigillante/finitura a base d'acqua applicato durante il processo di asciugatura. Si consiglia vivamente, tuttavia, di testare qualsiasi combinazione di tinta e sigillante/finitura su un campione rappresentativo prima di procedere con la finitura sulla superficie effettiva.
Macchie a base di olio e solvente:Sebbene possa esistere un sistema applicabile a tinte a base di olio o solvente non sufficientemente asciutte, di solito è necessario, e altamente raccomandato, farle asciugare completamente prima di applicare qualsiasi sigillante/finitura. Le tinte a lenta essiccazione di questo tipo possono richiedere dalle 24 alle 48 ore (o più) per raggiungere la completa essiccazione. Anche in questo caso, si consiglia di testare il sistema su una superficie di legno rappresentativa.
Macchie 100% induribili ai raggi UV:In generale, i rivestimenti polimerizzabili al 100% con UV presentano un'elevata resistenza chimica e all'acqua una volta completamente polimerizzati. Questa resistenza rende difficile l'adesione dei rivestimenti applicati successivamente, a meno che la superficie sottostante polimerizzata con UV non venga adeguatamente abrasa per consentire l'adesione meccanica. Sebbene siano disponibili coloranti polimerizzabili al 100% con UV progettati per essere ricettivi ai rivestimenti applicati successivamente, la maggior parte di essi deve essere abrasa o parzialmente polimerizzata (definita fase "B" o polimerizzazione a urto) per favorire l'adesione tra gli strati. La fase "B" determina la formazione di siti reattivi residui nello strato di colorante che co-reagiranno con il rivestimento polimerizzabile con UV applicato quando sarà sottoposto a condizioni di polimerizzazione completa. La fase "B" consente anche una leggera abrasione per rimuovere o tagliare eventuali rialzi di grana che potrebbero verificarsi dall'applicazione del colorante. L'applicazione uniforme di sigillanti o topcoat garantirà un'eccellente adesione tra gli strati.
Un'altra preoccupazione relativa alle tinte polimerizzabili al 100% con UV riguarda i colori più scuri. Le tinte fortemente pigmentate (e i rivestimenti pigmentati in generale) offrono prestazioni migliori quando si utilizzano lampade UV che forniscono energia più vicina allo spettro della luce visibile. Le lampade UV convenzionali drogate con gallio in combinazione con lampade al mercurio standard sono un'ottima scelta. Le lampade LED UV che emettono 395 nm e/o 405 nm offrono prestazioni migliori con i sistemi pigmentati rispetto alle matrici a 365 nm e 385 nm. Inoltre, i sistemi di lampade UV che forniscono una maggiore potenza UV (mW/cm2) e densità di energia (mJ/cm2) favoriscono una migliore polimerizzazione attraverso la macchia applicata o lo strato di rivestimento pigmentato.
Infine, come per gli altri sistemi di colorazione sopra menzionati, si consiglia di effettuare delle prove prima di lavorare sulla superficie da colorare e rifinire. Assicuratevi prima di asciugare!
4. Qual è lo spessore massimo/minimo della pellicola per rivestimenti UV al 100%?
I rivestimenti in polvere UV sono tecnicamente rivestimenti UV al 100% e il loro spessore applicato è limitato dalle forze di attrazione elettrostatiche che legano la polvere alla superficie da rifinire. È consigliabile chiedere consiglio al produttore del rivestimento in polvere UV.
Per quanto riguarda i rivestimenti liquidi polimerizzabili al 100% con raggi UV, lo spessore del film umido applicato si tradurrà approssimativamente nello stesso spessore del film secco dopo la polimerizzazione UV. Un certo ritiro è inevitabile, ma solitamente ha conseguenze minime. Esistono, tuttavia, applicazioni altamente tecniche che richiedono tolleranze di spessore del film molto strette o ristrette. In queste circostanze, è possibile eseguire una misurazione diretta del film polimerizzato per correlare lo spessore del film umido a quello secco.
Lo spessore finale di polimerizzazione ottenibile dipenderà dalla composizione chimica del rivestimento polimerizzabile a UV e dalla sua formulazione. Sono disponibili sistemi progettati per fornire depositi di film molto sottili, compresi tra 5µ e 15µ (0,2 mil - 0,5 mil), e altri che possono fornire spessori superiori a 12 mm (0,5 pollici). In genere, i rivestimenti polimerizzabili a UV con un'elevata densità di reticolazione, come alcune formulazioni di uretano acrilato, non sono in grado di ottenere spessori elevati in un singolo strato applicato. Il grado di ritiro durante la polimerizzazione causerà gravi crepe nel rivestimento applicato in spessori elevati. È comunque possibile ottenere un elevato spessore di finitura o di rivestimento utilizzando rivestimenti polimerizzabili a UV con elevata densità di reticolazione, applicando più strati sottili e carteggiando e/o eseguendo la fase "B" tra ogni strato per favorire l'adesione tra gli strati.
Il meccanismo di polimerizzazione reattiva della maggior parte dei rivestimenti a polimerizzazione UV è definito "attivato dai radicali liberi". Questo meccanismo di polimerizzazione reattiva è sensibile all'ossigeno presente nell'aria, che rallenta o inibisce la velocità di polimerizzazione. Questo rallentamento è spesso definito inibizione dell'ossigeno ed è particolarmente importante quando si desidera ottenere spessori di film molto sottili. Nei film sottili, l'area superficiale rispetto al volume totale del rivestimento applicato è relativamente elevata rispetto agli spessori di film spessi. Pertanto, gli spessori di film sottili sono molto più sensibili all'inibizione dell'ossigeno e polimerizzano molto lentamente. Spesso, la superficie della finitura rimane insufficientemente polimerizzata e presenta una sensazione oleosa/grassa. Per contrastare l'inibizione dell'ossigeno, è possibile far passare sulla superficie gas inerti come azoto e anidride carbonica durante la polimerizzazione per rimuovere la concentrazione di ossigeno, consentendo così una polimerizzazione completa e rapida.
5. Quanto è trasparente un rivestimento UV trasparente?
I rivestimenti 100% UV-curable possono offrire un'eccellente trasparenza e competere con i migliori rivestimenti trasparenti del settore. Inoltre, se applicati sul legno, esaltano al massimo la bellezza e la profondità dell'immagine. Di particolare interesse sono vari sistemi di acrilato uretanico alifatico che risultano straordinariamente trasparenti e incolori se applicati su un'ampia varietà di superfici, incluso il legno. Inoltre, i rivestimenti in acrilato poliuretanico alifatico sono molto stabili e resistono allo scolorimento dovuto all'invecchiamento. È importante sottolineare che i rivestimenti a bassa lucentezza disperdono la luce molto più dei rivestimenti lucidi e quindi presentano una trasparenza inferiore. Rispetto ad altri rivestimenti chimici, tuttavia, i rivestimenti 100% UV-curable sono equivalenti, se non superiori.
Le vernici a base d'acqua a polimerizzazione UV attualmente disponibili possono essere formulate per offrire una trasparenza eccezionale, un calore del legno e una risposta in grado di competere con i migliori sistemi di finitura convenzionali. La trasparenza, la brillantezza, la risposta del legno e altre proprietà funzionali delle vernici a polimerizzazione UV disponibili oggi sul mercato sono eccellenti se acquistate da produttori di qualità.
6. Esistono rivestimenti colorati o pigmentati polimerizzabili ai raggi UV?
Sì, rivestimenti colorati o pigmentati sono facilmente disponibili in tutti i tipi di rivestimenti a polimerizzazione UV, ma ci sono fattori da considerare per ottenere risultati ottimali. Il primo e più importante fattore è il fatto che alcuni colori interferiscono con la capacità dell'energia UV di trasmettersi o penetrare nel rivestimento a polimerizzazione UV applicato. Lo spettro elettromagnetico è illustrato nell'Immagine 1 e si può vedere che lo spettro della luce visibile è immediatamente adiacente allo spettro UV. Lo spettro è un continuum senza linee di demarcazione nette (lunghezze d'onda). Pertanto, una regione si fonde gradualmente con una regione adiacente. Considerando la regione della luce visibile, alcuni scienziati affermano che si estende da 400 nm a 780 nm, mentre altri affermano che si estende da 350 nm a 800 nm. Ai fini di questa discussione, è importante solo riconoscere che alcuni colori possono bloccare efficacemente la trasmissione di determinate lunghezze d'onda di UV o radiazioni.
Poiché l'attenzione è rivolta alla lunghezza d'onda o alla regione di radiazione UV, esploriamo tale regione più in dettaglio. L'immagine 2 mostra la relazione tra la lunghezza d'onda della luce visibile e il colore corrispondente che è efficace nel bloccarla. È inoltre importante sapere che i coloranti in genere coprono un intervallo di lunghezze d'onda tale che un colorante rosso può coprire un intervallo considerevole, tanto da poter essere parzialmente assorbito nella regione UVA. Pertanto, i colori di maggiore interesse copriranno l'intervallo giallo-arancio-rosso e questi colori possono interferire con l'efficacia della polimerizzazione.
I coloranti non solo interferiscono con la polimerizzazione UV, ma sono anche un fattore da tenere in considerazione quando si utilizzano rivestimenti pigmentati bianchi, come primer e vernici di finitura a polimerizzazione UV. Si consideri lo spettro di assorbanza del pigmento bianco biossido di titanio (TiO2), come mostrato nell'Immagine 3. Il TiO2 presenta un'assorbanza molto elevata in tutta la regione UV e, tuttavia, i rivestimenti bianchi a polimerizzazione UV vengono polimerizzati efficacemente. Come? La risposta risiede in un'attenta formulazione da parte dello sviluppatore e del produttore del rivestimento, in concomitanza con l'utilizzo delle lampade UV appropriate per la polimerizzazione. Le comuni lampade UV convenzionali in uso emettono energia come illustrato nell'Immagine 4.
Ogni lampada illustrata è basata sul mercurio, ma drogando il mercurio con un altro elemento metallico, l'emissione può spostarsi verso altre regioni di lunghezza d'onda. Nel caso di rivestimenti bianchi a base di TiO2, polimerizzabili ai raggi UV, l'energia erogata da una lampada al mercurio standard verrà bloccata efficacemente. Alcune delle lunghezze d'onda più elevate erogate possono garantire la polimerizzazione, ma il tempo richiesto per una polimerizzazione completa potrebbe non essere pratico. Drogando una lampada al mercurio con gallio, tuttavia, si ottiene un'abbondanza di energia utile in una regione non efficacemente bloccata dal TiO2. Utilizzando una combinazione di entrambi i tipi di lampada, è possibile ottenere sia la polimerizzazione passante (utilizzando il gallio) che quella superficiale (utilizzando il mercurio standard) (Immagine 5).
Infine, i rivestimenti colorati o pigmentati polimerizzabili ai raggi UV devono essere formulati utilizzando i fotoiniziatori ottimali in modo che l'energia UV (intervallo di lunghezza d'onda della luce visibile emessa dalle lampade) venga utilizzata correttamente per una polimerizzazione efficace.
Altre domande?
Per qualsiasi domanda, non esitate a rivolgervi al fornitore attuale o futuro di rivestimenti, attrezzature e sistemi di controllo di processo dell'azienda. Sono disponibili valide risposte per aiutarvi a prendere decisioni efficaci, sicure e redditizie.
Lawrence (Larry) Van Iseghem è presidente/CEO di Van Technologies, Inc. Van Technologies vanta oltre 30 anni di esperienza nei rivestimenti a polimerizzazione UV, avendo iniziato come azienda di ricerca e sviluppo per poi trasformarsi rapidamente in un produttore di rivestimenti avanzati specifici per applicazioni™ al servizio di impianti di rivestimento industriale in tutto il mondo. I rivestimenti a polimerizzazione UV sono sempre stati un obiettivo primario, insieme ad altre tecnologie di rivestimento "green", con l'enfasi su prestazioni pari o superiori a quelle delle tecnologie convenzionali. Van Technologies produce il marchio di rivestimenti industriali GreenLight Coatings™ secondo un sistema di gestione della qualità certificato ISO-9001:2015. Per ulteriori informazioni, visitare il sito.www.greenlightcoatings.com.
Data di pubblicazione: 22-07-2023
