Scienza della polimerizzazione UV

Scienza della polimerizzazione UV

La polimerizzazione si riferisce alle reazioni chimiche che si verificano durante i processi di polimerizzazione. I processi di polimerizzazione comportano il legame o la reticolazione di molecole disconnesse e catene polimeriche più corte in modo da formare catene polimeriche molto più lunghe, più dure e più rigide. Sebbene molte sostanze abbiano strutture polimeriche, la chimica e l’ingegneria dei polimeri si concentrano principalmente su materiali e processi che coinvolgono plastica e gomma.

Se hai domande sulla terminologia utilizzata qui, puoi visitare il nostro articolo sulla terminologia della polimerizzazione UV per saperne di più.

La fotopolimerizzazione UV, nota anche come polimerizzazione con radiazioni o semplicemente polimerizzazione UV, è una categoria specifica di polimerizzazione in cui l’energia ultravioletta determina la reticolazione all’interno di materiali formulati UV come inchiostri, rivestimenti, adesivi ed estrusioni. La tecnologia è stata utilizzata con successo per quasi tre quarti di secolo in diversi processi produttivi che abbracciano molti settori diversi. Questo perché la polimerizzazione UV produce proprietà dei materiali altamente desiderabili con installazioni ad alta velocità e con ingombro ridotto che trasformano istantaneamente ed efficientemente materiali bagnati al tatto in strutture solide asciutte al tatto.

In molte applicazioni, le formulazioni UV sono costituite da materiali completamente solidi o ad alto contenuto di solidi che non contengono veicoli liquidi. Le particelle solide sono semplicemente sufficientemente piccole e numerose da poter essere applicate su un’ampia gamma di superfici come se fossero liquide. Mentre gli utenti e i fornitori del settore a volte descrivono il rapido cambiamento strutturale della polimerizzazione UV come essiccazione, gli inchiostri, i rivestimenti e gli adesivi formulati con UV non vengono essiccati. Sono guariti.

Al contrario, le formulazioni convenzionali a base di acqua e solvente incorporano veri e propri veicoli liquidi il cui scopo principale è facilitare l’applicazione del contenuto di solidi desiderato sulle superfici previste attraverso vari metodi di stampa, spruzzatura, rivestimento ed erogazione. Una volta applicato, il lavoro del supporto è terminato e deve essere evaporato o asciugato mediante aria forzata o essiccatori termici. Dopo l’evaporazione, sulla superficie della parte, del substrato o della costruzione rimangono solo le particelle solide. Nel caso dei vettori solventi, le normative spesso richiedono che i vapori di solvente evaporato vengano bruciati dopo i bruciatori prima di essere rilasciati nell’ambiente.

Per molti processi a base acqua e solvente che non utilizzano la luce UV per la polimerizzazione, lunghi tunnel di essiccazione e forni che consumano energia devono essere integrati con linee di produzione per favorire attivamente l’evaporazione. A differenza della polimerizzazione UV, i processi di essiccazione non comportano cambiamenti molecolari all’interno della chimica. Lasciano semplicemente dietro di sé solidi residui sconnessi che poggiano direttamente sulla superficie di materiali non porosi come plastica e metallo o vengono leggermente assorbiti in strutture porose come legno e carta. I solidi residui sono spesso soggetti a graffi, danneggiamenti, rigature, distruzione chimica e agenti atmosferici. In molti casi, i rivestimenti superiori trasparenti e altri meccanismi protettivi come la laminazione della pellicola devono essere utilizzati con materiali a base di acqua e solventi.

Con la polimerizzazione UV, le lunghe catene polimeriche e le strutture molecolari incredibilmente forti si traducono in proprietà fisiche, meccaniche ed esteticamente gradevoli altamente desiderabili che, in ultima analisi, migliorano l’aspetto generale, la qualità e le prestazioni di numerosi oggetti di uso quotidiano. Di conseguenza, l’essiccazione UV è ampiamente utilizzata dai produttori per produrre inchiostri dai colori vivaci; effetti speciali visivi, tattili e tattili; legami distruttivi incredibilmente forti; superiore resistenza chimica e agli agenti atmosferici; e qualità superficiali desiderabili come durezza, scivolamento e resistenza agli urti. La polimerizzazione UV è rispettosa dell’ambiente in quanto elimina forni e tunnel di essiccazione che consumano energia, composti organici volatili (COV) e inquinanti atmosferici pericolosi (HAP). Poiché i processi di polimerizzazione UV propagano la reticolazione chimica in frazioni di secondo e poiché la reazione è completa al termine, il trattamento post-polimerizzazione, la conversione, l’imballaggio, l’assemblaggio, il riempimento e la spedizione sono tutti possibili immediatamente dopo la stazione di polimerizzazione UV finale.

Scienza della luce

​Lo spettro elettromagnetico rappresenta la gamma continua di tutta la luce nell’universo, compresa la luce emessa dagli oggetti sulla terra e dai corpi celesti. Poiché la luce si irradia sempre verso l’esterno da una sorgente emittente, viene spesso definita radiazione elettromagnetica o semplicemente radiazione. Una rappresentazione grafica dello spettro elettromagnetico è mostrata nella figura seguente.

Lo spettro elettromagnetico è segmentato in raggi gamma, raggi X, ultravioletti, visibili, infrarossi e onde radio. La larghezza di banda dell’ultravioletto è ulteriormente suddivisa in UV sotto vuoto, UVC, UVB, UVA e UVV. Le onde radio sono suddivise in radar, TV, FM e AM con le microonde distinte come un sottosegmento più piccolo del radar e più frequentemente come una banda distinta tra le onde radio e infrarosse. Ogni fetta dello spettro è quantificata in modo discreto in base alla lunghezza d’onda, alla frequenza e all’energia fotonica. Fatta eccezione per la luce visibile, che produce colore quando interagisce con gli oggetti, tutta la luce all’interno dello spettro è invisibile.

I confini tra le bande di luce non sono rigide e non esistono lunghezze d’onda ufficialmente stabilite in cui finisce una e inizia l’altra. Di conseguenza, diversi settori, organizzazioni, standard e strumenti di misura fanno riferimento a intervalli leggermente diversi. Ai fini della polimerizzazione UV, vengono generalmente utilizzati i seguenti intervalli.

• UV sotto vuoto (100 – 200 nm) – porzione dello spettro elettromagnetico compresa tra 100 e 200 nm. Le lunghezze d’onda UV del vuoto sono così chiamate perché viaggiano meglio nel vuoto e non viaggiano nell’aria. Gli UV sotto vuoto emessi dai sistemi di polimerizzazione sono efficaci solo nei processi di fotopolimerizzazione quando i sistemi UV e le superfici di polimerizzazione vengono utilizzati in ambienti inerti con azoto. A seconda della concentrazione di ossigeno dell’ambiente inerte, è possibile che i raggi UV sotto vuoto generino ozono.
• UVC (200 – 280 nm) – porzione dello spettro elettromagnetico compresa tra 200 e 280 nm. L’UVC è comunemente indicato come UV corto o UV germicida ed è invisibile all’occhio umano. L’ozono viene generalmente prodotto a lunghezze d’onda UVC pari o inferiori a 240 nm. Le lunghezze d’onda UVC vengono assorbite sulla superficie della chimica UV e determinano la polimerizzazione della superficie.
• UVB (280 – 315 nm) – porzione dello spettro elettromagnetico compresa tra 280 e 315 nm. Gli UVB sono invisibili all’occhio umano. Le lunghezze d’onda UVB penetrano più profondamente nella chimica rispetto agli UVC ma non fino agli UVA e agli UVV.
• UVA (315 – 400 nm) – porzione dello spettro elettromagnetico compresa tra 315 e 400 nm. Gli UVA rappresentano la porzione più grande dell’energia UV e vengono comunemente definiti UV lunghi. Gli UVA si trovano al limite inferiore di ciò che l’occhio umano vede come colore. Le lunghezze d’onda UVA penetrano in profondità nella chimica UV.
• UVV (400 – 450 nm) – porzione dello spettro elettromagnetico compresa tra 400 e 450 nm. La V sta per visibile poiché queste lunghezze d’onda sono percepite come colore dall’occhio umano e si sovrappongono ad una piccola porzione dello spettro visibile. Le lunghezze d’onda UVV penetrano in profondità nella chimica UV.
• Ultravioletto (100 – 450 nm) – porzione dello spettro elettromagnetico compresa tra 100 e 450 nm. Il confine tra le lunghezze d’onda UV e quelle visibili non è definito con precisione e generalmente viene considerato compreso tra 400 e 450 nm. Le lunghezze d’onda UV sono appena oltre ciò che l’occhio umano vede come colore viola.
• Visibile (400 – 700 nm) – porzione dello spettro elettromagnetico compresa tra 400 e 700 nm. La luce visibile contiene tutte le sfumature di colore e i diversi colori sono generati da diverse lunghezze d’onda o combinazioni di lunghezze d’onda riflesse dagli oggetti. Lo spettro visibile è spesso rappresentato da un arcobaleno.
• Infrarosso (700 nm – 0,1 mm) – porzione dello spettro elettromagnetico compresa tra 700 nm e 0,1 mm. Le lunghezze d’onda degli infrarossi vanno appena oltre ciò che l’occhio umano vede come colore rosso. Alcune lunghezze d’onda degli infrarossi emettono calore mentre altre no. Le lunghezze d’onda degli infrarossi sono il fattore dominante nel calore irradiato dagli elettrodi e dai sistemi di polimerizzazione UV a microonde. I sistemi di polimerizzazione LED UV relativamente monocromatici non emettono infrarossi.
• Microonde (0,1 mm – 10 cm) – una banda stretta tra 0,1 mm e 10 cm situata al limite del radar e nella porzione molto più ampia di onde radio dello spettro elettromagnetico. Le microonde possono essere sfruttate per energizzare un tipo specifico di lampada di polimerizzazione UV utilizzata nei sistemi di polimerizzazione senza elettrodi o a microonde.

Mentre le sorgenti UV convenzionali a banda larga come le microonde e le lampade ad arco con elettrodi emettono UVA, UVB, UVC e UVV nonché visibili e infrarossi, le sorgenti di polimerizzazione LED disponibili in commercio emettono bande relativamente strette di UVA più vicine al visibile (365, 385, 395 e 405 nm). Di conseguenza, la chimica UV ad ampio spettro formulata convenzionalmente generalmente non polimerizza bene con i LED UV e deve essere riformulata per polimerizzare solo con lunghezze d’onda UVA e UVV più lunghe. Fortunatamente, le aziende produttrici di inchiostri, rivestimenti e adesivi stanno progettando sempre più la chimica dei LED UV in modo tale che una singola formulazione possa essere polimerizzata sia con lampade LED che convenzionali. Nei prossimi anni, sempre più formulazioni passeranno a questa doppia capacità di polimerizzazione e guideranno il graduale ma inevitabile passaggio del settore verso la polimerizzazione UV LED.

Lunghezza d’onda, frequenza ed energia fotonica

Ogni fetta dello spettro elettromagnetico è quantificata in modo discreto dalla lunghezza d’onda, dalla frequenza e dall’energia fotonica. La lunghezza d’onda è una misura della distanza tra punti corrispondenti su un’onda periodica di luce. È tipicamente indicato con la lettera greca lambda (l). La frequenza è la velocità con cui si verifica una specifica lunghezza d’onda. Si misura in cicli al secondo o Hertz (Hz) ed è tipicamente rappresentato dalle lettere (f) o (v). La frequenza e la lunghezza d’onda sono correlate dalla velocità della luce dove la frequenza è la velocità della luce divisa per la lunghezza d’onda. Man mano che le lunghezze d’onda si allungano, la frequenza diminuisce. Al contrario, quando le lunghezze d’onda si accorciano, la frequenza aumenta.

Sia la frequenza che la lunghezza d’onda possono essere utilizzate per calcolare l’energia di tutta la radiazione elettromagnetica nello spettro. Ciò si ottiene utilizzando una delle seguenti due formule equivalenti note come relazione di Planck-Einstein.

Dove:

E = energia del fotone (joule)

h = costante di Planck (joule·secondo)

c = velocità della luce (metro al secondo)

λ = lunghezza d’onda (metro)

v = frequenza (cicli al secondo)

Secondo la relazione Planck-Einstein, le lunghezze d’onda più corte come gli UVC hanno più energia delle lunghezze d’onda più lunghe come gli UVA. Per estensione, tutte le lunghezze d’onda nella banda dell’ultravioletto hanno molta più energia delle onde visibili, infrarosse, delle microonde e delle onde radio, pur avendo meno energia dei raggi X e dei raggi gamma.

Irradianza (W/cm²)

L’irraggiamento è la potenza radiante che arriva ad una superficie per unità di area. Si esprime in watt o milliwatt per centimetro quadrato (W/cm² o mW/cm²). Altri termini comunemente usati per l’irradianza includono densità di potenza e densità di watt. Anche se tecnicamente scorretto, l’irradianza viene comunemente definita intensità e, ogni volta che si utilizza l’intensità, viene generalmente intesa come irradiazione. L’irraggiamento viene generalmente misurato e riportato come valore di picco più alto in un’ampia gamma di lunghezze d’onda ultraviolette o come valori di picco all’interno di ciascuno dei segmenti più stretti di UVC, UVB, UVA e UVV. L’irraggiamento deve sempre essere riferito al radiometro utilizzato per la misurazione nonché alla posizione del radiometro rispetto alla sorgente UV.

Per una distanza definita tra una superficie di polimerizzazione e un sistema di polimerizzazione UV, l’irradianza è fissa per ciascuna impostazione di potenza della lampada ed è indipendente dalla velocità della linea di produzione o dal tempo di esposizione. In altre parole, l’irradianza sulla superficie di polimerizzazione aumenta con l’aumento della potenza della lampada e diminuisce con la diminuzione della potenza della lampada. Il valore di tale irradianza rimane costante sulla superficie di polimerizzazione indipendentemente dalla velocità della linea, a condizione che l’impostazione della potenza della lampada e la distanza non cambino.

Per i sistemi di polimerizzazione LED UV per vetro piano e le lampade ai vapori di mercurio con profili Flood, l’irradianza è influenzata dalla distanza tra ciascun punto sulla superficie di polimerizzazione e il gruppo lampada. In entrambi i casi, distanze maggiori si traducono in irradiazioni inferiori sulla superficie di polimerizzazione. Questo perché i raggi di luce irradiati si diffondono o divergono l’uno dall’altro man mano che si allontanano dalla sorgente emittente. Ciò diminuisce la concentrazione della luce e riduce l’irradianza. Nel caso delle lampade a vapori di mercurio focalizzate, l’irradianza è maggiore alla lunghezza focale e diminuisce quando la superficie di polimerizzazione viene spostata all’interno o all’esterno della lunghezza focale. Lo scopo di una lampada a vapori di mercurio focalizzata è quello di concentrare la maggior parte dell’energia UV irradiata in una banda stretta per aumentare l’entità assoluta dell’irradianza.

Nelle situazioni di produzione, la maggior parte delle superfici indurenti sono esposte a irradianza dinamica. Un’irradiazione dinamica si verifica quando un gruppo lampada passa sopra una superficie di polimerizzazione senza fermarsi o quando una superficie di polimerizzazione passa sotto un gruppo lampada senza fermarsi. Quando i punti sulla superficie di polimerizzazione si avvicinano, si oppongono e si allontanano da una sorgente UV, il corrispondente picco di irradianza incidente in ciascuna posizione e in ogni momento nel tempo varia.

Un profilo di irradianza dinamico può assumere molte forme, ma generalmente esiste come la curva a campana mostrata nella seguente illustrazione grafica. Nel grafico, ogni punto sul profilo di irradianza cattura l’irradianza di picco in ogni momento con la parte superiore della curva a campana che illustra il momento in cui la superficie di polimerizzazione passa attraverso l’area focale di una lampada a vapori di mercurio o attraverso il centro di una lampada UV LED. Le sorgenti con un picco di irradianza maggiore hanno un picco del profilo più alto. Le sorgenti con un irraggiamento di picco inferiore hanno un picco del profilo più corto. La larghezza del profilo dipende dalla larghezza del gruppo lampada UV nonché dalla velocità della linea di processo o dal tempo di esposizione.

Densità di energia (J/cm²)

La densità energetica è l’energia radiante totale che arriva su una superficie per unità di area ed è espressa in J/cm² o mJ/cm². La densità energetica è l’integrazione dell’irradianza (W/cm² o mW/cm²) nel tempo di esposizione. Questo è rappresentato dall’area sotto il profilo di irradianza come mostrato nell’immagine precedente. Il tempo di esposizione, e di conseguenza la densità di energia o area sotto la curva, viene aumentato rallentando la velocità della linea, aumentando il tempo di permanenza, aggiungendo ulteriori fonti di polimerizzazione o utilizzando teste più larghe nel caso dei LED UV. Graficamente, queste azioni distribuiscono l’ampiezza della curva a campana su un periodo di tempo maggiore, appiattiscono il picco o creano diversi picchi distinti quando più gruppi lampada vengono utilizzati in serie.

Per una data applicazione di polimerizzazione, una volta erogati alla superficie di polimerizzazione l’uscita spettrale corretta e l’irradiazione di soglia minima, il fattore più critico che influenza la velocità e il grado di polimerizzazione è la densità di energia. Mentre l’irradianza è la velocità di trasferimento di energia o potenza, la densità di energia è l’energia totale erogata.  Le fonti di polimerizzazione UV che forniscono una maggiore densità di energia consentono la polimerizzazione a velocità di linea più elevate rispetto ai sistemi di polimerizzazione con densità di energia inferiori.

Sebbene tecnicamente errata, la densità di energia viene comunemente definita dose e, ogni volta che viene utilizzata la dose, viene generalmente intesa come densità di energia. Per chiarezza, la densità di energia viene erogata mentre la dose viene assorbita. L’energia assorbita è estremamente difficile da quantificare nella pratica; mentre la densità di energia può essere approssimata utilizzando radiometri UV e strisce reattive per densità di energia. È sempre importante annotare il contatore e la velocità della linea quando si riportano i valori di densità di energia ottenuti tramite radiometri.

Chimica della polimerizzazione UV e fotopolimerizzazione

Le reazioni chimiche della polimerizzazione UV si basano su fotoiniziatori dispersi all’interno di inchiostri, rivestimenti, adesivi ed estrusioni appositamente formulati. Quando i fotoiniziatori sono esposti a lunghezze d’onda della luce comprese tra 100 e 450 nm, assorbono l’energia UV e producono radicali liberi o specie cationiche. Le specie eccitate guidano le reazioni attraverso l’inizio, la propagazione e la terminazione che modificano rapidamente la struttura molecolare dei componenti della materia prima. Le applicazioni di polimerizzazione UV utilizzano prevalentemente meccanismi di polimerizzazione a radicali liberi, mentre le applicazioni cationiche costituiscono solo una piccola percentuale di tutta la chimica polimerizzabile con UV.

La polimerizzazione dei radicali liberi genera radicali liberi che guidano le reazioni di reticolazione. Per avviare e propagare la cura dei radicali liberi è necessaria un’esposizione continua e diretta ai raggi UV. Le reazioni terminano rapidamente in una frazione di secondo e danno origine a nuove forme di materiale con proprietà desiderabili. La chimica dei radicali liberi può essere sensibile all’ossigeno, in particolare sulla superficie di polimerizzazione. Le molecole di ossigeno impediscono il processo di polimerizzazione dei radicali liberi e/o diminuiscono la forza dei radicali liberi. L’aumento dell’irradiazione della lampada, la polimerizzazione in un ambiente di azoto e l’alterazione della chimica sono strumenti ampiamente utilizzati per contrastare l’inibizione dell’ossigeno.

Un meccanismo di polimerizzazione alternativo e meno utilizzato è la polimerizzazione cationica. Questa reazione genera cationi che guidano la reticolazione. Nella polimerizzazione cationica, l’esposizione ai raggi UV è necessaria per avviare la polimerizzazione, ma la propagazione procede senza esposizione ai raggi UV continua o totale con linea di vista diretta. A seconda della chimica e dell’applicazione, i processi di polimerizzazione cationica si propagano per minuti, ore o addirittura giorni prima di terminare completamente. La chimica cationica è sensibile all’umidità e alla temperatura, entrambe le quali possono interferire con la reticolazione. Di conseguenza, le condizioni ambientali ambientali dovrebbero essere monitorate e controllate ogni volta che si utilizza la chimica cationica.

Le formulazioni polimerizzabili con UV, siano esse radicaliche o cationiche, sono formulate da materiali disponibili in commercio. Sebbene la selezione sia piuttosto diversificata, la maggior parte delle materie prime sono raggruppate in base alle seguenti tipologie.

• Fotoiniziatori – molecole che assorbono l’energia ultravioletta su una gamma definita di lunghezze d’onda e guidano le reazioni fotopolimeriche attraverso la creazione di radicali liberi o cationi. I fotoiniziatori rappresentano dallo 0,5 al 15% in peso della formulazione UV totale.
• Monomeri – tipi di molecole di resina di peso molecolare relativamente basso e struttura semplice in grado di legarsi tra loro o altre molecole simili per formare polimeri reticolati UV. I monomeri sono diluenti reattivi utilizzati per regolare la viscosità complessiva e influenzare le proprietà del materiale indurito. I monomeri possono rappresentare fino al 50% del peso totale della formulazione e, in rare occasioni, possono essere sostituiti in parte o interamente da acqua o solvente.
• Oligomeri – tipi di molecole di resina di peso molecolare relativamente basso e struttura semplice in grado di legarsi tra loro o altre molecole simili per formare polimeri reticolati UV. Gli oligomeri costituiscono la struttura portante dei materiali reticolati, influenzano molte delle proprietà del materiale indurito e compongono tra il 50 e l’80% in peso della formulazione.
• Additivi – tutti gli altri componenti aggiunti per modificare le proprietà della miscela prima della polimerizzazione, nonché le proprietà del polimero dopo la polimerizzazione. Gli additivi includono, tra gli altri, modificatori di flusso, antischiuma, disperdenti e stabilizzanti alla luce. Gli additivi, insieme ai pigmenti, rappresentano la porzione più piccola della miscela UV complessiva.
• Pigmenti – tipi specifici di additivi che conferiscono colore alle formulazioni.

Fotoiniziatori, monomeri, oligomeri, additivi e talvolta pigmenti vengono miscelati dai chimici per formare inchiostri, rivestimenti, adesivi ed estrusioni polimerizzabili con UV. I radicali liberi o le specie cationiche vengono prodotti all’interno della chimica quando esposti a una combinazione ottimale di lunghezza d’onda UV (nm) e irradianza (W/cm²). La fotopolimerizzazione avviene molto rapidamente con tempi di lavorazione che si verificano in frazioni di secondo. Il tempo esatto e la capacità della miscela di reticolare adeguatamente dipendono dalla miscela di materie prime; l’emissione spettrale della sorgente emittente (nm), l’irradianza (W/cm²) e la densità di energia (J/cm²); la domanda; l’impostazione della linea di produzione; e l’uso di meccanismi di polimerizzazione a radicali liberi o cationici. La seguente illustrazione mostra una formulazione UV non polimerizzata e la reticolazione che si ottiene quando la formulazione è esposta a un’idonea fonte di energia UV.

La natura liquida delle formulazioni UV consente ai materiali di essere estrusi, nonché spruzzati, spruzzati, erogati, arrotolati, immersi, stampati, spruzzati, aspirati o versati su un’ampia gamma di superfici e materiali. Una volta applicata, l’esposizione all’energia ultravioletta è tutto ciò che è necessario per indurre una reazione di propagazione e reticolazione che lega in modo efficiente ed efficace le molecole in strutture solide omogenee.

Processo di polimerizzazione UV

Le reazioni di reticolazione che si verificano durante la polimerizzazione UV non sono che una fase di una sequenza di numerosi processi di produzione correlati che si verificano prima e dopo la polimerizzazione. Tutte le fasi dovrebbero essere identificate, inserite nel processo, valutate in termini di impatto reciproco e quindi mantenute al fine di produrre costantemente prodotti che soddisfino sia i requisiti di qualità che quelli di prestazione dell’uso finale.

Le fasi del processo relative alla polimerizzazione UV spesso includono:  

• Valutazione della superficie di polimerizzazione – La forma, la struttura, il tipo di materiale, la qualità del materiale, l’energia superficiale e la pulizia della superficie di polimerizzazione sono importanti. Questi aspetti determinano se è necessario il pretrattamento; l’inchiostro, il rivestimento o la formulazione adesiva appropriati; la movimentazione dei materiali; e l’orientamento necessario del gruppo lampada UV. Le superfici dovrebbero essere valutate durante lo sviluppo del processo e valutate periodicamente durante la produzione regolare.
• Pretrattamento e modifica del substrato – le superfici delle parti e dei materiali spesso necessitano di essere pulite, rimosse dall’elettricità statica o trattate per aumentare l’energia superficiale. Questi passaggi sono spesso necessari per facilitare la bagnatura di inchiostri, rivestimenti e adesivi e per migliorare l’adesione. I trattamenti comprendono il lavaggio; bagni o salviette chimiche; dispositivi antistatici; l’applicazione di primer, rivestimenti di base o collanti; fiamma; corona; plasma; levigatura; e sabbiatura tra gli altri.
• Movimentazione dei materiali – le superfici dei materiali vengono generalmente alimentate attraverso apparecchiature di produzione come fogli, nastri o parti tridimensionali. La movimentazione del materiale deve consentire l’applicazione uniforme dell’inchiostro, del rivestimento o dell’adesivo sulla superficie del materiale e quindi l’esposizione a una sorgente UV a una distanza di offset definita dal gruppo lampada.
• Formulazione di inchiostro, rivestimento o adesivo – l’applicazione, la superficie del materiale, il metodo di distribuzione della formulazione, il sistema di polimerizzazione e la relativa uscita UV, la velocità della linea o la frequenza del ciclo e i requisiti di utilizzo finale determinano tutti le proprietà necessarie della formulazione. È importante condividere questi dettagli con i fornitori di formulazioni per garantire che vengano utilizzate formulazioni ottimali.
• Apparecchiature per la distribuzione delle formulazioni – Inchiostri, rivestimenti e adesivi possono essere applicati in vari modi durante i processi di produzione, ad esempio mediante spruzzatura, getto, erogazione, laminazione, immersione, trasferimento, polverizzazione, aspirazione o allagamento. L’attrezzatura per l’applicazione deve essere adatta alla formulazione, al tipo di parte da polimerizzare, al materiale di cui è realizzata e alla sua forma o profilo. Anche la velocità della linea di processo è un fattore in quanto determina la densità di energia richiesta.
• Evaporazione di veicoli liquidi – Un piccolo elenco di formulazioni UV contengono anche acqua o veicoli solventi che devono essere evaporati prima dell’esposizione alla luce ultravioletta. In alcuni casi, la durata del viaggio della parte verso la fonte di indurimento è sufficiente perché avvenga l’evaporazione e, in altri casi, è necessario incorporare un meccanismo di essiccazione nel processo per accelerare l’evaporazione.
• Polimerizzazione UV – La chimica dei radicali liberi richiede esposizione diretta ai raggi UV, lunghezze d’onda UV abbinate ai fotoiniziatori nella formulazione, un’irradianza di soglia minima che si adatti alla distanza della lampada dalla superficie di polimerizzazione e una densità di energia sufficiente per polimerizzare alla velocità della linea desiderata. In molte applicazioni è necessario un sistema di essiccazione UV dedicato per ciascun inchiostro, rivestimento e adesivo applicato. In altre applicazioni, più formulazioni possono essere polimerizzate simultaneamente con un’unica esposizione del gruppo lampada.
• Apparecchiature di processo ausiliarie – Molte applicazioni di polimerizzazione UV richiedono altre apparecchiature per assistere nella polimerizzazione o gestire le condizioni del processo. Ciò include sistemi di inerzia di azoto, rulli refrigerati o piastre refrigerate, gruppi lampada o camere di essiccazione con spurgo o pressurizzazione positiva, camere bianche, ottiche esterne, filtri UV e sistemi di misurazione UV integrati.
• Trattamento post-polimerizzazione – una volta polimerizzata la parte o la superficie del materiale, spesso sono necessarie operazioni di trasformazione, finitura, assemblaggio, riempimento, imballaggio e spedizione.
• Ispezioni di qualità – Ogni applicazione ha specifiche di qualità e prestazioni diverse. A volte questo include la corrispondenza dei colori. In altri, potrebbero essere caratteristiche più funzionali. Dovrebbero essere messi in atto processi che forniscano obiettivi quantificabili che possano essere periodicamente monitorati durante la produzione con le variabili di processo corrette secondo necessità.
• Prestazioni d’uso finale – Le condizioni d’uso del prodotto finale sono incredibilmente importanti nel determinare tutte le fasi precedenti del processo in questo elenco. È importante dialogare sull’utilizzo finale con tutti i fornitori correlati al processo.
• Qualifiche, approvazioni e certificazioni – gli articoli sottoposti a lavorazione e polimerizzazione UV vengono infine forniti a un altro soggetto che potrebbe avere requisiti specifici che determinano se il processo di produzione complessivo è adatto alle proprie esigenze o agli obiettivi aziendali. Ottenere qualifiche, approvazioni e certificazioni adeguate dalla parte acquirente e quindi conservare registri di ispezione adeguati è spesso un passaggio fondamentale.

Sebbene l’elenco puntato fornito rappresenti una solida panoramica di un processo di polimerizzazione UV, non è necessariamente un elenco completo di tutte le possibili attività. Ciascuna applicazione di polimerizzazione UV e ciascuna linea di produzione UV avranno caratteristiche uniche che potrebbero introdurre fasi di processo non elencate. In ogni caso, è sempre importante valutare le applicazioni di polimerizzazione UV, la linea di produzione in cui deve essere integrato il processo, le attività di lavorazione post polimerizzazione e l’utilizzo del prodotto finale come processo completo in cui ogni fase ha potenzialmente un impatto sulle altre fasi. Fortunatamente, una volta stabilito il processo di polimerizzazione UV, è incredibilmente affidabile, ripetibile e controllabile.

Nel complesso, la polimerizzazione UV consente ai produttori di realizzare prodotti con proprietà fisiche, meccaniche ed esteticamente gradevoli altamente desiderabili che, in ultima analisi, migliorano l’aspetto generale, la qualità e le prestazioni di numerosi oggetti di uso quotidiano. Comprendere le basi della polimerizzazione UV, della scienza della luce, della chimica UV e delle variabili di processo facilita la selezione ottimale della fonte e della formulazione della polimerizzazione UV, la corretta integrazione, il controllo del processo e la produzione coerente di prodotti di qualità.