Lawrence (Larry) Van Iseghem è Presidente/CEO di Van Technologies, Inc.
Nel corso della nostra attività a contatto con clienti industriali a livello internazionale, abbiamo affrontato un numero incredibile di domande e fornito numerose soluzioni relative ai rivestimenti polimerizzabili ai raggi UV. Di seguito, riportiamo alcune delle domande più frequenti, le cui risposte potrebbero risultare utili.
1. Cosa sono i rivestimenti polimerizzabili ai raggi UV?
Nell'industria della finitura del legno, esistono tre tipi principali di rivestimenti polimerizzabili ai raggi UV.
I rivestimenti fotopolimerizzabili UV al 100% attivi (a volte indicati come al 100% solidi) sono composizioni chimiche liquide che non contengono solventi né acqua. Dopo l'applicazione, il rivestimento viene immediatamente esposto all'energia UV senza necessità di asciugatura o evaporazione prima della polimerizzazione. La composizione del rivestimento applicato reagisce per formare uno strato superficiale solido attraverso il processo reattivo descritto e opportunamente denominato fotopolimerizzazione. Poiché non è necessaria alcuna evaporazione prima della polimerizzazione, il processo di applicazione e polimerizzazione risulta notevolmente efficiente ed economico.
I rivestimenti ibridi a base acquosa o a base solvente, polimerizzabili con raggi UV, contengono ovviamente acqua o solvente per ridurre il contenuto di solidi attivi. Questa riduzione del contenuto di solidi consente un maggiore controllo dello spessore del film umido applicato e/o della viscosità del rivestimento. Nell'utilizzo, questi rivestimenti UV vengono applicati su superfici in legno con diverse metodologie e devono essere completamente asciutti prima della polimerizzazione UV.
Anche i rivestimenti in polvere polimerizzabili UV sono composti al 100% da solidi e vengono tipicamente applicati su substrati conduttivi tramite attrazione elettrostatica. Una volta applicata la polvere, il substrato viene riscaldato per fonderla, e la polvere fuoriesce formando una pellicola superficiale. Il substrato rivestito può quindi essere immediatamente esposto all'energia UV per favorire la polimerizzazione. La pellicola superficiale risultante non è più deformabile o sensibile al calore.
Esistono varianti di questi rivestimenti polimerizzabili ai raggi UV che contengono un meccanismo di polimerizzazione secondario (attivato dal calore, reattivo all'umidità, ecc.) in grado di polimerizzare anche le zone della superficie non esposte all'energia UV. Questi rivestimenti sono comunemente chiamati rivestimenti a doppia polimerizzazione.
Indipendentemente dal tipo di rivestimento fotopolimerizzabile utilizzato, la finitura superficiale finale o lo strato ottenuto offrono qualità, durata e resistenza eccezionali.
2. Quanto bene aderiscono i rivestimenti polimerizzabili ai raggi UV alle diverse specie di legno, compresi i legni oleosi?
I rivestimenti polimerizzabili ai raggi UV presentano un'eccellente adesione alla maggior parte delle specie legnose. È importante assicurarsi che sussistano condizioni di polimerizzazione adeguate per garantire una completa polimerizzazione e la conseguente adesione al substrato.
Alcune specie di legno sono naturalmente molto oleose e potrebbero richiedere l'applicazione di un primer che favorisca l'adesione, o "strato di base". Van Technologies ha condotto un'approfondita attività di ricerca e sviluppo sull'adesione di rivestimenti polimerizzabili ai raggi UV a queste specie legnose. Tra i recenti sviluppi, si annovera un sigillante polimerizzabile ai raggi UV che impedisce a oli, linfa e resina di interferire con l'adesione della finitura polimerizzabile ai raggi UV.
In alternativa, l'olio presente sulla superficie del legno può essere rimosso poco prima dell'applicazione del rivestimento strofinando con acetone o un altro solvente adatto. Un panno assorbente privo di lanugine viene prima inumidito con il solvente e poi passato sulla superficie del legno. Si lascia asciugare la superficie 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?
Qualsiasi delle tinte qui descritte può essere efficacemente sigillata e ricoperta con sistemi di verniciatura a polimerizzazione UV al 100%, a polimerizzazione UV a ridotto contenuto di solventi, a base d'acqua e polimerizzabile UV o in polvere polimerizzabile UV. Pertanto, esistono numerose combinazioni valide che rendono quasi tutte le tinte presenti sul mercato adatte a qualsiasi rivestimento polimerizzabile UV. Tuttavia, è importante tenere in considerazione alcuni aspetti per garantire la compatibilità e ottenere una finitura di qualità sulla superficie del legno.
Macchie a base d'acqua e macchie a base d'acqua fotopolimerizzabili:Quando si applicano sigillanti/finiture in polvere, sia polimerizzabili al 100% UV, sia polimerizzabili UV a ridotto contenuto di solventi, sia polimerizzabili UV in polvere, su macchie a base d'acqua, è essenziale che la macchia sia completamente asciutta per evitare difetti di uniformità del rivestimento, come effetto buccia d'arancia, occhi di pesce, crateri, ristagni e pozzanghere. Tali difetti si verificano a causa della bassa tensione superficiale dei rivestimenti applicati rispetto all'elevata tensione superficiale dell'acqua residua della macchia applicata.
L'applicazione di un rivestimento a base d'acqua polimerizzabile ai raggi 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 polimerizzabili ai raggi UV. L'umidità o l'acqua residua derivante dall'applicazione della tinta si diffonderà facilmente attraverso il sigillante/finitura a base d'acqua polimerizzabile ai raggi UV 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 alla finitura della superficie effettiva.
Macchie a base di olio e solventi:Sebbene possano esistere sistemi applicabili a macchie a base di olio o solvente non completamente asciutte, di solito è necessario, e altamente raccomandato, lasciare asciugare completamente queste macchie prima di applicare qualsiasi sigillante/finitura. Le macchie a lenta essiccazione di questo tipo possono richiedere dalle 24 alle 48 ore (o anche di più) per raggiungere la completa asciugatura. Anche in questo caso, si consiglia di testare il sistema su una superficie di legno rappresentativa.
Tinte polimerizzabili al 100% con raggi UV:In generale, i rivestimenti polimerizzabili al 100% con raggi UV presentano un'elevata resistenza chimica e all'acqua una volta completamente induriti. Questa resistenza rende difficile l'adesione di rivestimenti applicati successivamente, a meno che la superficie sottostante polimerizzata con raggi UV non venga adeguatamente abrasa per consentire l'adesione meccanica. Sebbene siano disponibili impregnanti polimerizzabili al 100% con raggi UV progettati per essere ricettivi ai rivestimenti applicati successivamente, la maggior parte di essi necessita di essere abrasa o parzialmente polimerizzata (fase "B" o polimerizzazione parziale) per favorire l'adesione tra gli strati. La fase "B" crea siti reattivi residui nello strato di impregnante che reagiranno con il rivestimento polimerizzabile con raggi UV applicato durante la completa polimerizzazione. La fase "B" consente inoltre una leggera abrasione per eliminare o rimuovere eventuali sollevamenti delle fibre che potrebbero verificarsi a seguito dell'applicazione dell'impregnante. L'applicazione di un sigillante o di una finitura liscia si tradurrà in un'eccellente adesione tra gli strati.
Un'altra preoccupazione relativa alle tinte polimerizzabili al 100% con raggi UV riguarda i colori più scuri. Le tinte fortemente pigmentate (e i rivestimenti pigmentati in generale) funzionano meglio quando si utilizzano lampade UV che emettono energia più vicina allo spettro della luce visibile. Le lampade UV convenzionali dopate con gallio in combinazione con lampade a mercurio standard sono una scelta eccellente. Le lampade LED UV che emettono 395 nm e/o 405 nm funzionano meglio con i sistemi pigmentati rispetto agli array da 365 nm e 385 nm. Inoltre, i sistemi di lampade UV che emettono una maggiore potenza UV (mW/cm²)2) e densità di energia (mJ/cm2) favoriscono una migliore polimerizzazione attraverso lo strato di tintura o di rivestimento pigmentato applicato.
Infine, come per gli altri sistemi di colorazione menzionati in precedenza, si consiglia di effettuare una prova prima di procedere con la colorazione e la finitura della superficie definitiva. Assicuratevi del risultato prima dell'asciugatura!
4. Qual è lo spessore massimo/minimo del film per i rivestimenti UV al 100%?
Le vernici in polvere fotopolimerizzabili sono tecnicamente vernici polimerizzabili al 100% con raggi UV e il loro spessore applicato è limitato dalle forze di attrazione elettrostatica che legano la polvere alla superficie da trattare. È consigliabile consultare il produttore delle vernici in polvere fotopolimerizzabili.
Per quanto riguarda i rivestimenti liquidi polimerizzabili al 100% con raggi UV, lo spessore del film applicato allo stato umido corrisponderà approssimativamente allo spessore del film asciutto dopo la polimerizzazione UV. Un certo ritiro è inevitabile, ma di solito ha conseguenze minime. Esistono tuttavia applicazioni altamente tecniche che richiedono tolleranze di spessore del film molto strette. In questi casi, è possibile effettuare una misurazione diretta del film polimerizzato per correlare lo spessore del film umido con quello del film asciutto.
Lo spessore finale ottenibile dopo la polimerizzazione dipende dalla composizione chimica del rivestimento fotopolimerizzabile e dalla sua formulazione. Esistono sistemi progettati per depositare film molto sottili, compresi tra 0,2 e 0,5 mil (5-15 µm), e altri in grado di raggiungere spessori superiori a 0,5 pollici (12 mm). In genere, i rivestimenti fotopolimerizzabili con un'elevata densità di reticolazione, come alcune formulazioni di uretano acrilato, non sono in grado di raggiungere spessori elevati con un singolo strato applicato. Il grado di ritiro durante la polimerizzazione causerà gravi fessurazioni nel rivestimento applicato in modo spesso. È comunque possibile ottenere uno spessore di finitura elevato utilizzando rivestimenti fotopolimerizzabili ad alta densità di reticolazione, applicando più strati sottili e carteggiando e/o effettuando una fase di pre-trattamento ("B-stage") tra ogni strato per favorire l'adesione tra gli strati.
Il meccanismo di polimerizzazione reattiva della maggior parte dei rivestimenti fotopolimerizzabili è definito "a radicali liberi". Questo meccanismo è sensibile all'ossigeno presente nell'aria, che rallenta o inibisce la velocità di polimerizzazione. Questo rallentamento è spesso definito inibizione da ossigeno ed è particolarmente importante quando si cerca di ottenere spessori di film molto sottili. Nei film sottili, il rapporto tra la superficie e il volume totale del rivestimento applicato è relativamente elevato rispetto agli spessori di film più spessi. Pertanto, i film sottili sono molto più soggetti all'inibizione da ossigeno e polimerizzano molto lentamente. Spesso, la superficie della finitura rimane insufficientemente polimerizzata e presenta una consistenza oleosa/grassa. Per contrastare l'inibizione da ossigeno, è possibile far passare gas inerti come azoto e anidride carbonica sulla superficie durante la polimerizzazione per ridurre la concentrazione di ossigeno, consentendo così una polimerizzazione completa e rapida.
5. Quanto è trasparente un rivestimento UV trasparente?
Le vernici polimerizzabili al 100% con raggi UV possono offrire un'eccellente trasparenza e competere con le migliori vernici trasparenti del settore. Inoltre, se applicate al legno, esaltano al massimo la bellezza e la profondità dell'immagine. Di particolare interesse sono i vari sistemi uretanici acrilati alifatici, che risultano straordinariamente trasparenti e incolori se applicati su un'ampia varietà di superfici, incluso il legno. Inoltre, le vernici poliuretaniche acrilate alifatiche sono molto stabili e resistono allo scolorimento nel tempo. È importante sottolineare che le vernici a bassa lucentezza disperdono la luce molto più delle vernici lucide e, di conseguenza, avranno una minore trasparenza. Tuttavia, rispetto ad altre formulazioni di vernici, le vernici polimerizzabili al 100% con raggi UV sono equivalenti, se non superiori.
Le vernici a base d'acqua polimerizzabili ai raggi UV attualmente disponibili possono essere formulate per offrire una trasparenza eccezionale, una resa calda del legno e una risposta cromatica paragonabile ai migliori sistemi di finitura convenzionali. Trasparenza, brillantezza, resa cromatica del legno e altre proprietà funzionali delle vernici polimerizzabili ai raggi UV oggi disponibili sul mercato sono eccellenti, a condizione che provengano da produttori di qualità.
6. Esistono rivestimenti colorati o pigmentati polimerizzabili con raggi UV?
Sì, i rivestimenti colorati o pigmentati sono facilmente reperibili in tutti i tipi di rivestimenti fotopolimerizzabili, 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 fotopolimerizzabile applicato. Lo spettro elettromagnetico è illustrato nell'Immagine 1, e si può notare che lo spettro della luce visibile è immediatamente adiacente allo spettro UV. Lo spettro è un continuum senza linee (lunghezze d'onda) di demarcazione nette. Pertanto, una regione si fonde gradualmente con la regione adiacente. Considerando la regione della luce visibile, alcune affermazioni scientifiche affermano che si estende da 400 nm a 780 nm, mentre altre affermano che si estende da 350 nm a 800 nm. Ai fini di questa discussione, è sufficiente riconoscere che alcuni colori possono bloccare efficacemente la trasmissione di determinate lunghezze d'onda di radiazioni UV.
Poiché l'attenzione è focalizzata sulla lunghezza d'onda o regione di radiazione UV, esploriamo questa regione più in dettaglio. L'immagine 2 mostra la relazione tra la lunghezza d'onda della luce visibile e il colore corrispondente efficace nel bloccarla. È inoltre importante sapere che i coloranti in genere coprono un intervallo di lunghezze d'onda, quindi un colorante rosso può coprire un intervallo considerevole, tale da assorbire parzialmente nella regione UVA. Pertanto, i colori che destano maggiore preoccupazione sono quelli che coprono la gamma giallo-arancio-rosso e che possono interferire con un'efficace polimerizzazione.
I coloranti non solo interferiscono con la polimerizzazione UV, ma sono anche un fattore da considerare quando si utilizzano rivestimenti pigmentati bianchi, come primer e vernici di finitura polimerizzabili UV. Si consideri lo spettro di assorbimento del pigmento bianco biossido di titanio (TiO2), come mostrato nell'immagine 3. Il TiO2 presenta un assorbimento molto forte in tutta la regione UV eppure i rivestimenti bianchi polimerizzabili UV vengono polimerizzati efficacemente. Come? La risposta risiede nell'attenta formulazione da parte dello sviluppatore e del produttore del rivestimento, in combinazione con l'utilizzo di lampade UV appropriate per la polimerizzazione. Le comuni lampade UV convenzionali in uso emettono energia come illustrato nell'immagine 4.
Ciascuna 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 con raggi UV, l'energia emessa da una lampada a mercurio standard viene efficacemente bloccata. Alcune delle lunghezze d'onda più elevate emesse possono consentire la polimerizzazione, ma il tempo necessario per una polimerizzazione completa potrebbe non essere pratico. Drogando una lampada a 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 in profondità (utilizzando lampade drogate con gallio) che la polimerizzazione superficiale (utilizzando lampade a mercurio standard) (Immagine 5).
Infine, i rivestimenti colorati o pigmentati fotopolimerizzabili devono essere formulati utilizzando fotoiniziatori ottimali, in modo che l'energia UV – ovvero la gamma di lunghezze d'onda della luce visibile emessa dalle lampade – venga utilizzata correttamente per una polimerizzazione efficace.
Altre domande?
Per qualsiasi domanda, non esitate mai a rivolgervi al fornitore attuale o futuro di rivestimenti, attrezzature e sistemi di controllo di processo dell'azienda. Saranno disponibili risposte valide 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 nel settore dei rivestimenti polimerizzabili UV, essendo nata come azienda di ricerca e sviluppo e trasformandosi rapidamente in un produttore di rivestimenti avanzati specifici per applicazioni (Application Specific Advanced Coatings™) al servizio di impianti di rivestimento industriale in tutto il mondo. I rivestimenti polimerizzabili UV sono sempre stati un obiettivo primario, insieme ad altre tecnologie di rivestimento "verdi", con particolare attenzione alle 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 web.www.greenlightcoatings.com.
Data di pubblicazione: 22 luglio 2023
