¿Qué es el curado UV?
Si bien este artículo abordará el tema ‘Matificar superficies con curado UV Excimer’, primero es importante explicar qué es el curado UV.
El curado UV es una tecnología versátil empleada en una variedad de aplicaciones de impresión y recubrimiento. Es adecuado para inyección de tinta, flexografía, huecograbado, serigrafía, offset, ranura, varilla Mayer, rodillo, cortina y pulverización, entre muchos otros métodos de transferencia y deposición. Las lámparas de vapor de mercurio, diodos emisores de luz (LED) y excímeros suministran energía UV a piezas y sustratos en entornos de producción. Algunos procesos de fabricación incluso incorporan combinaciones de las tres tecnologías para lograr propiedades específicas que no son posibles con una sola tecnología de curado UV por sí sola.
El curado UV permite a los convertidores de banda estrecha, media y ancha fijar rápidamente tintas, recubrimientos, adhesivos y extrusiones en línea, ocupando poco espacio y a alta velocidad, al mismo tiempo que producen propiedades de rendimiento superiores a las que se pueden lograr con materiales secados convencionalmente. El curado UV no seca. Es una reacción química a nivel molecular que transforma materiales líquidos que están húmedos al tacto en polímeros reticulados que están completamente secos al tacto. Para beneficio de los convertidores, esta transformación del material se produce en una fracción de segundo.
Las formulaciones UV suelen ser 100% sólidas, no contienen vehículos líquidos que deban evaporarse y no requieren secadores térmicos que consuman energía y que también transfieran calor a la red. Una vez que una banda sale de una estación de curado UV, está inmediatamente lista para su posterior procesamiento, laminado, corte, rebobinado y envío. Además, las superficies curadas con UV no se rayan, estropean ni dañan cuando pasan a través de componentes de la línea de fabricación o equipos de acabado posteriores. Todo esto mantiene los productos en curso fuera del inventario, reduce los desechos y facilita tiempos de entrega más rápidos.
Las reacciones iniciadas por los rayos UV crean fuertes enlaces químicos entre las moléculas y proporcionan una adhesión superior a los sustratos. En comparación, los procesos convencionales de secado de láminas y bandas dejan sólidos residuales desconectados que descansan sobre la superficie de sustratos no porosos, como películas poliméricas y papeles revestidos, o dispersos dentro de las capas superiores de materiales porosos, como papeles no revestidos. Otra característica de los procesos de reticulación iniciados por UV es la generación de largas cadenas moleculares continuas que impulsan propiedades funcionales y estéticas robustas y altamente deseables.
Mate vs Brillo
Los materiales curados con UV tienen un aspecto natural brillante y brillante. Esto es el resultado de que las formulaciones UV son 100% sólidas y tienen pesos moleculares bajos. Estas dos características permiten que las formulaciones UV fluyan suave y uniformemente sobre la red durante la aplicación y luego se curen inmediatamente en su lugar. Las superficies lisas son inherentemente reflectantes, lo que significa que la luz se dirige desde la superficie curada con el mismo ángulo de incidencia. Cuanto más reflectante es una superficie, más brillante y parecida a un espejo parece.
Alternativamente, las superficies mate son rugosas y tienen una mayor superficie total. Como resultado, las superficies mate absorben más luz que las brillantes. Las superficies mate también dispersan la luz reflejada en numerosas direcciones. Esto se conoce como reflexión difusa y es la razón por la que las superficies mate parecen opacas y presentan propiedades antideslumbrantes y antihuellas.
Los formuladores UV crean materiales mate o semibrillantes agregando agentes matificantes. Los agentes matificantes son partículas sólidas como sílice pirógena, carbonato de calcio y cera o polvos de talco que curan en la superficie del material. Variar el tamaño de las partículas y la composición de estos aditivos afecta la forma en que la luz se dispersa desde la superficie curada y, por lo tanto, su apariencia mate. Desafortunadamente, existen límites en la cantidad de agentes matificantes que se pueden agregar a las formulaciones y la consiguiente reducción del brillo que se puede lograr. Esto se debe a que una concentración demasiado grande de partículas sólidas disminuye la transparencia y aumenta la viscosidad, lo que hace que la formulación sea más difícil de aplicar. La incorporación de lámparas UV excimer en los procesos de curado permite a los convertidores producir superficies mate sin el uso de agentes matificantes.
Fuentes de curado UV
Si bien las tecnologías de lámparas de vapor de mercurio, LED y excimer emiten energía ultravioleta, los mecanismos que generan la energía, así como las características de la emisión UV correspondiente, son muy diferentes. Comprender estas diferencias es fundamental para aplicar la tecnología correctamente y maximizar su valor.
Lámparas de vapor de mercurio
Las lámparas de vapor de mercurio son un tipo de lámpara de descarga de gas de presión media en la que una pequeña cantidad de mercurio elemental y una mezcla específica de gas inerte se vaporizan en un plasma dentro de un tubo de cuarzo sellado. Una vez vaporizado, el plasma de mercurio genera una salida de luz ultravioleta de amplio espectro que irradia 360° desde el tubo de cuarzo. Para concentrar la energía UV emitida en la banda o la lámina se utilizan reflectores de forma óptima, situados detrás del tubo de cuarzo. En la Figura 1 (a) se muestra una imagen de varias lámparas de arco de mercurio y un conjunto de cabezal de lámpara.
Puede obtener más información sobre los sistemas de lámparas de arco de mercurio de GEW aquí.
Lámparas LED UV
Las lámparas LED son componentes electrónicos de estado sólido compuestos por numerosos chips de materiales cristalinos semiconductores delgados conectados eléctricamente entre sí en una sola fila o una combinación de filas y columnas. Cuando los electrones libres en la región negativa del LED cruzan a la región positiva, pasan a un estado de menor energía. La respectiva caída de energía se libera del semiconductor como combinación de luz y calor. Cualquier calor emitido por los LED se debe a ineficiencias eléctricas y no a energía infrarroja.
Los LED UV emiten bandas de energía de longitud de onda casi monocromáticas cuando se conectan a una fuente de alimentación de CC. La luz emitida se proyecta hacia adelante desde cada LED en un ángulo completo de 180° sin el uso de reflectores, se enciende y apaga rápida y fácilmente y tiene un ajuste lineal completo de potencia. En la Figura 1 (b) se muestra una ilustración de tres módulos LED integrados en una matriz mucho más larga con muchos más módulos, así como el cabezal de lámpara LED correspondiente. Cada uno de los cuadrados morados del gráfico representa un único LED.
Puede obtener más información sobre los sistemas de curado LED UV de GEW aquí.
Lámparas excimer
Al igual que las lámparas de vapor de mercurio, las lámparas excimer son un tipo de lámpara de descarga de gas. Las lámparas excimer constan de un tubo de cuarzo que sirve como barrera dieléctrica. El tubo está lleno de gases raros capaces de formar moléculas excimer o exciplex. Diferentes gases producen diferentes moléculas excitadas y determinan qué longitudes de onda específicas emite la lámpara.
Un electrodo enrollado corre a lo largo del interior del tubo de cuarzo, mientras que los electrodos de tierra corren a lo largo del exterior. Los voltajes se pulsan hacia la lámpara a altas frecuencias. Esto hace que los electrones fluyan dentro del electrodo interno y se descarguen a través de la mezcla de gases hacia los electrodos de tierra externos. Este fenómeno científico se conoce como descarga de barrera dieléctrica (DBD).
A medida que los electrones viajan a través del gas, interactúan con los átomos y crean especies energizadas o ionizadas que producen moléculas excimer o exciplex. Las moléculas excimer y exciplex tienen una vida increíblemente corta y, a medida que se descomponen de un estado excitado a un estado fundamental, se emiten fotones de una distribución casi monocromática. En la Figura 1 (c) se proporciona una imagen de una lámpara excimer y su correspondiente cabezal.
Figura 1: Tipos de lámparas de curado UV utilizadas en la conversión web.
Puede obtener más información sobre los sistemas de curado con excímeros de GEW aquí.
Diferencias críticas en las longitudes de onda emitidas
Uno de los diferenciadores más importantes de las lámparas de arco de electrodo, LED y excimer es la distribución espectral. Las lámparas de vapor de mercurio son de banda ancha porque emiten una mezcla de VUV (100 a 200 nm), UVC (200 a 285 nm), UVB (285 a 315 nm), UVA (315 a 400 nm), UVV (400 a 450 nm). ), visible (400 a 700 nm) e infrarrojo (700 nm a 1 mm). Mientras que la luz irradiada de cualquier longitud de onda contiene energía que puede convertirse en calor, las longitudes de onda infrarrojas son la principal banda generadora de calor. Las lámparas de curado LED emiten predominantemente bandas UV estrechas centradas en uno de los siguientes: UVA (365, 385, 395 nm) o UVV (405 nm), mientras que las lámparas excimer emiten bandas UV estrechas centradas en VUV (172 nm), UVC (222 nm). , o UVA (308, 351 nm).
Las longitudes de onda más cortas, como VUV y UVC, tienen una penetración relativamente mínima a través de las películas junto con una energía por fotón relativamente mayor. Por el contrario, las longitudes de onda más largas, como UVA y UVV, tienen una penetración relativamente mayor a través de las películas, pero contienen menos energía por fotón. La relación entre la absorción de longitud de onda y la profundidad de transmisión para cada banda ultravioleta de energía se ilustra en la Figura 2.
Figura 2: Las longitudes de onda de VUV y UVC se absorben en la superficie de la película, mientras que las longitudes de onda de UVA y UVV se absorben en todo el espesor de la película.
Matificando Superficies con Lámparas Excimer
Los fotones de la luz ultravioleta del vacío (de 100 a 200 nm) contienen la mayor cantidad de energía de todas las longitudes de onda de la luz ultravioleta, pero se absorben completamente dentro de los 10 a 200 nm superiores de una película. Como resultado, las lámparas excimer de 172 nm solo reticulan la superficie más externa de las formulaciones UV y siempre deben integrarse en serie con sistemas de mercurio o LED para lograr una profundidad de curado completa.
Siempre que una película UV aplicada se expone a longitudes de onda de alrededor de 172 nm en un ambiente inertado con nitrógeno, la parte superior de la película instantáneamente se arruga y se separa del material subyacente sin curar. Estas arrugas introducen micropliegues y aumentan la superficie total de la tinta o recubrimiento. Esto hace que el excimer sea ideal para la matificación y elimina la necesidad de agentes matificantes.
Un proceso de curado de dos etapas utiliza excimer para curar la superficie y mercurio o LED para el curado final. Un proceso de curado de tres etapas incorpora una lámpara de arco de mercurio dopada con galio o LED de baja potencia antes de la lámpara excimer. Esta lámpara de “pregelificación” aumenta la viscosidad de la tinta o del recubrimiento para limitar el flujo y mejorar la uniformidad de la matificación en toda la banda; También se logra cierto control limitado sobre el nivel de brillo. En la Figura 3 se proporciona una ilustración de un proceso de curado UV con excímero escalonado.
Figura 3: Proceso de matificación usando excimer en combinación con cualquiera de los dos vapor de mercurio o LED para el curado final.
Arrugar la superficie de una película usando lámparas excimer produce una superficie más rugosa en comparación con las formulaciones curadas con vapor de mercurio o LED. Las superficies más rugosas permiten que el material curado absorba mayores cantidades de luz y al mismo tiempo dispersan la luz reflejada en muchas direcciones. El resultado es una hermosa apariencia mate que ofrece protección antideslumbrante y antihuellas junto con la resistencia a las manchas, la abrasión física y química y al desgaste siempre asociada con el curado UV. No es posible obtener índices de brillo muy bajos, alrededor de 2 GU, con agentes matificantes, pero se logran fácilmente con el curado UV con excimer. Además, a pesar de tener una superficie más rugosa en comparación con los materiales curados estrictamente con vapor de mercurio o LED, el aumento de la superficie producida con lámparas excimer también hace que las superficies curadas sean suaves al tacto.
Puede obtener más información sobre una integración típica de ExciRay utilizando la tecnología Excimer de GEW en nuestra página de producto.
Aplicaciones de excímeros
El curado UV excimer en anchos de banda y láminas de hasta 2,3 metros se utiliza en numerosas aplicaciones de conversión industrial. Los procesos y productos que requieren un acabado mate consistente y controlable son los más adecuados para esta tecnología. Algunos ejemplos son las láminas de acabado y de embalaje, así como los papeles decorativos, todos los cuales utilizan lámparas excimer para crear superficies de calidad en muebles y productos de diseño de interiores. También son usos comunes los pisos laminados y de PVC incorporados en salas y pasillos de mucho tránsito peatonal, así como en hospitales y laboratorios que desean superficies más estériles y resistentes a las manchas. Otros incluyen piezas y conjuntos de vidrio y plástico utilizados en dispositivos electrónicos, automóviles y otras industrias donde se desean superficies antideslumbrantes y antihuellas. Si bien la tecnología excimer no es nueva, ciertamente está recibiendo cada vez más atención por parte de los convertidores y fabricantes de productos. Esto se debe a que el curado UV con excimer ofrece una increíble funcionalidad de rendimiento del producto final que simplemente no se puede lograr mediante ningún otro método.
Para obtener más información sobre ExciRay, la tecnología Excimer de GEW que se utiliza para matificar superficies con excimer, visite nuestra página de ExciRay.
