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El curado UV ( curado ultravioleta ) es el proceso mediante el cual la luz ultravioleta inicia una reacción fotoquímica que genera una red reticulada de polímeros a través de la polimerización por radicales libres o la polimerización catiónica . [ 1 ] El curado UV es adaptable a la impresión , el recubrimiento , la decoración, la estereolitografía y el ensamblaje de diversos productos y materiales. El curado UV es un proceso de baja temperatura, alta velocidad y sin disolventes, ya que el curado se produce por polimerización . [ 2 ] Introducida originalmente en la década de 1960, esta tecnología ha optimizado y aumentado la automatización en muchas industrias del sector manufacturero. [ 3 ]
Aplicaciones
El curado UV se utiliza para convertir o curar tintas , adhesivos y recubrimientos . [ 4 ] El adhesivo curado UV se ha convertido en un reemplazo de alta velocidad para los adhesivos de dos componentes, eliminando la necesidad de eliminar disolventes, mezclar proporciones y la posible preocupación por la vida útil. [ 5 ] Se utiliza en procesos de impresión flexográfica , offset , tampografía y serigrafía ; donde los sistemas de curado UV se utilizan para polimerizar imágenes en productos serigrafiados, que van desde camisetas hasta piezas cilíndricas y en 3D. Se utiliza en el acabado fino de instrumentos (guitarras, violines, ukeleles, etc.), la fabricación de tacos de billar y otras industrias de artesanía en madera. [ 6 ] La impresión con tintas curables por UV proporciona la capacidad de imprimir en una amplia variedad de sustratos como plásticos, [ 6 ] papel, lienzo, vidrio, metal, [ 7 ] paneles de espuma, azulejos, películas y muchos otros materiales. [ 8 ]
Las industrias que utilizan el curado UV incluyen la medicina, la automoción, la cosmética (por ejemplo, uñas artificiales y esmaltes de uñas en gel ), la alimentación, la ciencia, la educación y el arte. [ 9 ] Las tintas curables por UV han satisfecho con éxito las demandas del sector editorial en términos de calidad de impresión, durabilidad y compatibilidad con diferentes sustratos, lo que las convierte en una opción adecuada para aplicaciones de impresión en esta industria. [ 10 ]
Ventajas del curado UV
Una ventaja principal del curado con luz ultravioleta es la velocidad a la que se puede procesar un material. Acelerar la etapa de curado o secado [ 11 ] en un proceso puede reducir defectos y errores al disminuir el tiempo que una tinta o recubrimiento permanece húmedo. Esto puede aumentar la calidad del producto final y, potencialmente, permitir una mayor consistencia. Otro beneficio de la reducción del tiempo de fabricación es que se necesita menos espacio para almacenar artículos que no se pueden usar hasta que finalice la etapa de secado.
Debido a que la energía UV interactúa de forma única con muchos materiales diferentes, el curado UV permite crear productos con características imposibles de lograr por otros medios. Esto ha hecho que el curado UV sea fundamental en muchos campos de la fabricación y la tecnología, donde se requieren cambios en la resistencia, la dureza, la durabilidad, la resistencia química y muchas otras propiedades.
El curado UV también permite controlar la apariencia de la superficie, lo que posibilita acabados de alto brillo o mate según la formulación y el proceso (por ejemplo, el uso de agentes matificantes o el curado UV con excímeros). [ 12 ]
Componentes de un sistema de curado UV
Componentes principales en la solución curada con luz ultravioleta
Los componentes principales de una solución de curado UV incluyen resinas, monómeros y fotoiniciadores. La resina es un oligómero que confiere propiedades específicas al polímero final . Un monómero se utiliza como agente reticulante y regula la viscosidad de la mezcla para adaptarla a la aplicación. El fotoiniciador es responsable de absorber la luz e iniciar la reacción, lo que ayuda a controlar la velocidad y la profundidad de curado. Cada uno de estos elementos desempeña un papel en el proceso de reticulación y está vinculado a la composición del polímero final . [ 13 ]
Tipos de lámparas de curado UV
Lámparas de media presión
Históricamente, las lámparas de vapor de mercurio de presión media han sido el estándar de la industria para el curado de productos con luz ultravioleta. [ 14 ] Estas lámparas funcionan enviando una descarga eléctrica para excitar una mezcla de mercurio y gases nobles , generando un plasma. Una vez que el mercurio alcanza el estado de plasma, irradia una alta salida espectral en la región UV del espectro electromagnético . Los picos principales de intensidad de luz se producen en las regiones de 240-270 nm y 350-380 nm. Estos picos intensos, al coincidir con el perfil de absorción de un fotoiniciador , provocan el curado rápido de los materiales. Al modificar la mezcla de la lámpara con diferentes gases y haluros metálicos , se puede alterar la distribución de los picos de longitud de onda y cambiar las interacciones de los materiales.
Las lámparas de media presión pueden ser lámparas de descarga de gas estándar o lámparas sin electrodos , y generalmente utilizan una bombilla alargada para emitir energía. Mediante la incorporación de diseños ópticos como reflectores elípticos o incluso cónicos , la luz puede enfocarse o proyectarse a larga distancia. Estas lámparas suelen funcionar a más de 900 grados Celsius y producen niveles de energía UV superiores a 10 W/ cm² .
Lámparas de baja presión
Las lámparas de vapor de mercurio de baja presión generan principalmente energía UVC de 254 nm y se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones de desinfección . Al funcionar a temperaturas más bajas y con menor voltaje que las lámparas de presión media, al igual que todas las fuentes de luz ultravioleta , requieren protección durante su funcionamiento para evitar la exposición excesiva de la piel y los ojos.
LED UV
Desde el desarrollo del LED de nitruro de galio y aluminio a principios de la década de 2000, la tecnología LED UV ha experimentado un crecimiento sostenido en el mercado del curado UV. Al generar energía de manera más eficiente en las longitudes de onda "UVA" de 365-405 nm, los continuos avances tecnológicos [ 15 ] han permitido mejorar la eficiencia eléctrica de los LED UV, así como aumentar significativamente su rendimiento. Gracias a su funcionamiento a menor temperatura y a la ausencia de mercurio peligroso [ 16 ] , los LED UV han reemplazado a las lámparas de media presión en muchas aplicaciones. Entre sus principales limitaciones se incluyen las dificultades para diseñar ópticas que permitan el curado en objetos tridimensionales complejos y la baja eficiencia en la generación de energía de longitud de onda más corta, si bien el trabajo de desarrollo continúa.
Mecanismos de curado UV
Polimerización por radicales libres
La polimerización por radicales libres se utiliza en la industria para el curado de resinas acrílicas en presencia de luz ultravioleta. [ 17 ] La energía lumínica de la luz ultravioleta descompone los fotoiniciadores, formando radicales. Estos radicales reaccionan con los polímeros, generando polímeros con grupos radicales que, a su vez, reaccionan con monómeros adicionales. La cadena de monómeros se extiende hasta alcanzar otro polímero y reacciona con él. Se forman polímeros con puentes de monómeros entre ellos, dando lugar a una red reticulada.
Polimerización catiónica
La polimerización catiónica se utiliza en la industria para el curado de resinas epoxi en presencia de radiación UV. [ 17 ] La energía lumínica de la radiación UV disocia los fotoiniciadores, formando una solución ácida que luego dona un protón al polímero. Los monómeros se unen al polímero, formando cadenas cada vez más largas que dan lugar a una red reticulada.
Véase también
Referencias
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- Agentes de curado
- radiación ultravioleta