Trattare mediante radiazioni

Esempi di rivestimenti

Da oltre 40 anni il mercato offre vari trattamenti di essiccazione mediante radiazioni (uv o fascio di elettroni) che, però, solo negli ultimi anni stanno diffondendosi su vasta scala. Oggigiorno tali tecnologie risultano pienamente sviluppate ed offrono soluzioni altamente tecnologiche per il trattamento (essiccazione o adesione) di tutti i tipi di materiali in vari settori merceologici,  dai laminati compositi, alle scarpe e borse in plastica, agli involucri esterni degli smartphone, al getto d’inchiostro e agli inchiostri di stampa.

Caratteristiche fondamentali

Con trattamento mediante radiazioni si intendono fondamentalmente due processi non tradizionali di essiccazione: ultravioletti (UV) e fascio di elettroni (EB).  Entrambi combinano doti quali rapidità e ridotto consumo energetico rispetto ai metodi classici nonché  la possibilità di utilizzo anche su supporti termosensibili. Il principale pregio, però, va individuato nella possibilità di ridurre o addirittura eliminare la maggior parte dei solventi necessari nei processi tradizionali, con un grande beneficio in termini ambientali.

L’essiccazione di vernici tramite raggi UV avviene grazie all’interazione degli elettroni con i materiali trattati andando a polimerizzare combinazioni di monomeri ed oligomeri a formare un substrato. Le fonti di raggi UV sono tipicamente lampade a mercurio a media pressione, lampade pulsate allo xeno, led o laser. I fasci di elettroni, differentemente dai fotoni emessi dalle lampade UV che vengono assorbiti dai materiali superficiali, hanno la capacità di penetrare la materia andando ad interagire con gli strati più interni del materiale.

Nella maggior parte delle applicazioni di tale trattamento, il tempo medio di esposizione risulta inferiore al secondo, con enormi vantaggi in termini di produttività rispetto alle tecniche convenzionali. Inoltre, i sistemi di fotopolimerizzazione sono compatibili con quasi tutte le tecniche di applicazione e richiedono un minimo di spazio. Le lampade UV necessarie per il trattamento possono solitamente essere installate anche  su linee di produzione esistenti.

Processo e materiali

I monomeri sopra citati sono i blocchi di costruzione più semplici da cui sono fatti di materiali organici sintetici. Un semplice monomero derivato dal petrolio è, ad esempio, l’etilene. Esso è rappresentato da: H2C = CH2. Il simbolo “=” tra i due atomi di carbonio rappresenta un “doppio legame”. Monomeri come questi sono in grado di reagire per formare materiali chimici di maggiori dimensioni chiamati oligomeri e/o polimeri. Un polimero è un raggruppamento di molte unità ripetute di uno stesso monomero. Il termine oligomero è un termine speciale usato per designare quei polimeri che possono essere ulteriormente aggregati per formare una grande combinazione di polimeri in un processo detto reticolazione. Nel trattamento mediante fascio di elettroni, gli elettroni ad alta energia interagiscono direttamente con gli atomi del sito insaturo per generare una molecola altamente reattiva. Se, invece, si utilizzano raggi UV o luce visibile come fonte di energia, un fotoiniziatore deve essere aggiunto alla miscela. Il fotoiniziatore, se esposto alla luce, genera, infatti, radicali liberi che iniziano reticolazione.

Le proprietà generali di qualsiasi rivestimento, inchiostro, adesivo o legante reticolato da energia radiante sono determinate principalmente dagli oligomeri utilizzati. I monomeri sono usati principalmente come diluenti per abbassare la viscosità del materiale non polimerizzato e facilitarne l’applicazione. Essi sono solitamente monofunzionali, ovvero contenenti un solo gruppo reattivo o sito di insaturazione. Questa insaturazione permette loro di reagire e diventare parte nel materiale polimerizzato, anziché volatilizzarsi nell’atmosfera come avviene con i rivestimenti tradizionali. Esistono poi i monomeri multifunzionali contengono due o più siti reattivi.

trattamento mediante radiazioni vs essiccazione classica

Spesso si fa uso di additivi: i più comuni svolgono funzioni stabilizzanti, che impediscono la gelificazione e l’indurimento precoce. Pigmenti, coloranti, antischiuma, promotori di adesione,  agenti di flatting, agenti umettanti e ausili antiscivolo sono altri esempi di additivi.

I settori interessati

L’utilizzo di questi trattamenti è oggigiorno molto diffuso sopratutto nel settore dei rivestimenti industriali. La produzione di arredamenti ne è, ad esempio, un tipico campo di applicazione (laminati, pannelli, pavimenti in legno, prodotti in legno per esterni durevoli e laminati vari compresi i prodotti tessili). Anche in altri segmenti, però, come quello delle materie plastiche, dell’elettronica, dell’optoelettronica e dei componenti per l’industria automobilistica tali trattamento stanno trovando sempre maggiore applicazione.

Altro settore in cui tale tecnologia sta trovando grande impiego appare essere quello dell’industria grafica. In tal senso tipiche applicazioni sono la stampa flessografica a bobina in alti volumi, la litografia offset a bobina e a foglio, la stampa digitale di etichette e in grande e grandissimo formato e persino la serigrafia, con strati d’inchiostro molto durevoli ma lenti (con i metodi classici) in quanto a tempi di essiccazione.

Questi nuovi metodi di essiccazione stanno trovando grande diffusione nel settore dell’industria grafica grazie ad una combinazione di fattori tra cui, gli aspetti fondamentali sono il passaggio da classici materiali rigidi a materiali  flessibili, l’aumento dei volumi produttivi senza una riduzione della qualità, la sempre crescente necessità di consegne just-in-time nonché la necessità di ridurre i costi complessivi degli imballaggi. Tutti questi aspetti rendono i processi classici non più economicamente convenienti mettendo, invece, in primo piano i trattenenti basati su radiazioni che fanno della rapidità il loro punto di forza.

Nuovi scenari

Oltre ai settori già citati ed in cui tale tecnologia ha già trovato vasta applicazione, esistono altri campi in cui si stanno registrando nuove applicazioni. Tra questi, ad esempio, il trattamento di interruttori a membrana e pannelli di circuiti, la produzione di pannelli solari a getto d’inchiostro, la lavorazione di vetri per il settore automobilistico e la riparazioni di parabrezza, la realizzazione rapida di prototipi, di strumenti medici usa e getta, trattamenti odontoiatrici e perfino la decorazione delle unghie sono solo alcuni dei tanti nuovi campi che questa tecnologia sta rivoluzionando.

Sostenibilità ambientale

Ultimo aspetto, ma non meno importante, è il potenziale di questa nuove tecnica nella riduzione/contenimento delle emissioni inquinanti. I trattamenti mediante radiazioni, innanzitutto, non aggiungono elementi indesiderati a un prodotto o a un imballaggio trattato, consentendone una sicura applicazione anche in campi severi (dal punto di vista normativo) come quello alimentare. Inoltre, grazie alla rapidità del trattamento (tipicamente inferiore al secondo) consentono di ridurre sensibilmente il consumo energetico con conseguente riduzione dei gas serra. Da ultimo, come già accennato, questa tecnologia permette di ridurre in modo significativo l’utilizzo dei solventi e, quindi, le emissioni di composti volatili organici (CVO) e di inquinanti atmosferici pericolosi (HAP – hazardous air pollutants) contribuendo in modo significativo alla produzione sostenibile.

Conclusioni

Trattamenti basati su emissioni UV o di fasci di elettroni sono allo studio da ormai 40 anni. La tecnologia è oggigiorno affermata in molti settori ed in continua crescita. Offre notevoli benefici sia in termini economici/di produttività che di riduzione dell’impatto ambientale. In altre parole, oggi trattare mediante radiazioni è una scelta sensata.

 

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