UVLED y el Curado Ultravioleta en Recubriemiento Curado en Polvo<\/h1><\/div>Polymers Paint Colour Journal, abril de 2016<\/strong>
\n<\/strong><\/em>Autores: Michael F. Knoblauch, presidente; Robert VanAmburgh, qu\u00edmico jefe de I+D; Brad Hauser, qu\u00edmico, Keyland Polymer, LLC.<\/p>\nUn estudio realizado por Michael F. Knoblauch, Robert VanAmburgh y Brad Hauser, de Keyland Polymer, investig\u00f3 el perfil de curado de un revestimiento en polvo curado con UV fabricado con un sistema de resina metacrilada.<\/em><\/p>\nLa mejora incremental de la qu\u00edmica es el motor de innovaci\u00f3n esperada en la industria de recubrimientos. Esta es la innovaci\u00f3n a trav\u00e9s de la manipulaci\u00f3n de resinas, formulaciones, aditivos o una combinaci\u00f3n de los tres para abordar una limitaci\u00f3n o deficiencia de rendimiento conocida. Estos tipos de innovaci\u00f3n permiten que el usuario o el aplicador de recubrimientos contin\u00faen usando el mismo proceso de aplicaci\u00f3n y \/ o equipo. En su mayor parte, estas mejoras incrementales s\u00f3lo han aportado una diferenciaci\u00f3n a corto plazo y ganancias marginales a la industria de los revestimientos. El sector de los revestimientos se enfrenta a m\u00faltiples retos: requisitos normativos para eliminar los disolventes, precio y mercantilizaci\u00f3n de los productos y consolidaci\u00f3n.<\/p>\n
El recubrimiento en polvo de curado UV tiene el potencial de cambiar el patr\u00f3n hist\u00f3rico de innovaci\u00f3n en la industria de los recubrimientos. La velocidad y el ahorro de tiempo son los motores de los recubrimientos en polvo de curado UV: una r\u00e1pida fusi\u00f3n del recubrimiento seguida de un curado casi instant\u00e1neo iniciado por la luz UV. La adopci\u00f3n del recubrimiento en polvo de curado UV requiere el abandono parcial o total del equipo de aplicaci\u00f3n de recubrimiento existente y su sustituci\u00f3n por un sistema de curado UV. Los recubrimientos en polvo de curado UV no contienen COV y cumplen todos los requisitos normativos conocidos para su fabricaci\u00f3n y uso. Normalmente, un sistema de polvos de curado UV se dise\u00f1a para los productos o materiales que se van a recubrir. El curado en la l\u00ednea de visi\u00f3n es una limitaci\u00f3n. La luz UV debe llegar a la superficie del objeto que se va a curar en dosis e intensidad suficientes para iniciar un curado por radicales libres de los materiales de revestimiento. Los sistemas de l\u00e1mpara de arco UV y l\u00e1mpara de microondas UV han sido las ofertas est\u00e1ndar para el curado UV. Los sistemas de arco UV y microondas UV tienen una eficiencia energ\u00e9tica modesta, requieren tratamiento del aire para la refrigeraci\u00f3n, tienen limitaciones de posicionamiento y la vida \u00fatil de las l\u00e1mparas var\u00eda. Existen diferentes bombillas UV para materiales espec\u00edficos. La bombilla de tipo \u00abV\u00bb cura los recubrimientos en polvo UV. En la figura 1 se muestra la producci\u00f3n de energ\u00eda de un sistema de l\u00e1mpara de microondas con bombilla V de 300 W.![\"\"](\"https:\/\/www.kpuvpowder.com\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/PPCJ-2016-Fig1.png\")
<\/a> Los recientes y r\u00e1pidos avances en la tecnolog\u00eda UVLED apuntan a interesantes y significativas oportunidades para los recubrimientos en polvo de curado UV.<\/p>\nLa introducci\u00f3n de la tecnolog\u00eda de iluminaci\u00f3n LED en el sector de la iluminaci\u00f3n general est\u00e1 cambiando lo que hasta ahora era una industria de bajo coste y de productos b\u00e1sicos. Las empresas de iluminaci\u00f3n, como la nueva divisi\u00f3n Current de General Electric, est\u00e1n desarrollando y lanzando al mercado sistemas de iluminaci\u00f3n LED que ofrecen al cliente mayor eficiencia, mayor duraci\u00f3n y mayor valor. Varios informes del sector estiman que la penetraci\u00f3n mundial de los LED en la iluminaci\u00f3n general podr\u00eda alcanzar m\u00e1s del 60% en 2020. Los fabricantes de chips LED aumentan su capacidad, incrementan la potencia de producci\u00f3n, desarrollan sistemas auxiliares de proceso y control, y los precios bajan. Estos avances y ventajas se est\u00e1n trasladando al sector de los UVLED. Se prev\u00e9 un crecimiento significativo en todas las \u00e1reas de uso de UVLED, siendo el curado UV el sector dominante. El desarrollo de la qu\u00edmica de los barnices de curado UV debe coincidir con el de los equipos si se quiere hacer realidad el crecimiento de los UVLED.<\/p>\n
A diferencia de los sistemas de l\u00e1mparas UV de arco y microondas, un sistema de l\u00e1mparas UVLED tiene un \u00fanico espectro de salida: 385 nm, 395 nm o 405 nm (figura 2). Hasta la fecha, el principal uso del curado UVLED ha sido en el \u00e1mbito de las pel\u00edculas finas, como las tintas para impresi\u00f3n y envasado. Los fabricantes de l\u00e1mparas UVLED han ido aumentando la potencia y ampliando el n\u00famero de longitudes de onda de los emisores UVLED. Ahora es posible curar revestimientos m\u00e1s gruesos y m\u00e1s pigmentados, incluidos los revestimientos en polvo curados por UV con UVLED.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.kpuvpowder.com\/wp-content\/uploads\/2016\/04\/PPCJ_UVLEDApril16Fig2.bmp\")
<\/p>\n
La fotocalorimetr\u00eda diferencial de barrido (foto-DSC) es una potente herramienta anal\u00edtica que se utiliza para analizar el comportamiento t\u00e9rmico y las propiedades de los revestimientos. La foto-DSC es extremadamente \u00fatil para determinar, de forma r\u00e1pida y precisa, las temperaturas de fusi\u00f3n y
\ntemperaturas de transici\u00f3n v\u00edtrea (Tg) de los recubrimientos en polvo. La temperatura de fusi\u00f3n (Tm) es la temperatura a la que un s\u00f3lido pasa a estado l\u00edquido. Tg es el punto en el que un pol\u00edmero pasa de un estado v\u00edtreo a un estado similar al caucho. Por debajo del T9, el pol\u00edmero pierde su elasticidad y flexibilidad y comienza a comportarse como un vidrio quebradizo. La Tg no es una temperatura \u00fanica. Se trata de un intervalo de temperatura peque\u00f1o, como de 35\u00b0C a 50\u00b0C. Estas mediciones de temperatura son importantes tanto para el procesamiento como para la aplicaci\u00f3n del recubrimiento en polvo. A medida que el recubrimiento en polvo se cura, su Tg aumenta considerablemente. El grado de curado puede determinarse comparando la Tg del recubrimiento en polvo no curado con la Tg del recubrimiento en polvo curado. A medida que aumenta el grado de curado, mejoran las propiedades f\u00edsicas del revestimiento, como la adherencia, la dureza, la resistencia al impacto, la resistencia a la intemperie y la resistencia a los disolventes. Es f\u00e1cil comprender por qu\u00e9 se desea alcanzar el m\u00e1ximo grado de curaci\u00f3n. La foto-DSC es una medida emp\u00edrica del curado. Las pruebas, como la prueba MEK de 50 frotaciones dobles, se utilizan como aproximaciones para probar y evaluar el grado de curado. Todas las muestras del estudio superaron la prueba MEK de 50 frotaciones dobles tras el curado.<\/p>\n
Este estudio con UVLED investiga e informa sobre el perfil de curado de un recubrimiento en polvo pigmentado negro curado con UV fabricado a partir de un sistema de resina metacrilada y curado con un UVLED de 395 nm. El perfil de curado UVLED se compara con el perfil de curado de un recubrimiento en polvo curado UV transparente y negro curado durante dos minutos y 10 min por foto-DSC, el conjunto de control. El grosor de la pel\u00edcula, las distancias a la l\u00e1mpara y la carga de pigmento fueron las otras variables consideradas. Todos los polvos de curado UV se fabricaron con una formulaci\u00f3n est\u00e1ndar de materias primas y fotoiniciadores; curado superficial y curado pasante. La determinaci\u00f3n del curado se basa en la evaluaci\u00f3n de la Tg inicial y final medida por foto-DSC.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.kpuvpowder.com\/wp-content\/uploads\/2016\/04\/PPCJ_UVLEDApril16fig3-300x249.bmp\")
<\/a>Durante la primera prueba de calor y aplicaci\u00f3n de luz UV al polvo no curado se observa una fuerte reacci\u00f3n exot\u00e9rmica. Esto es indicativo de curaci\u00f3n. Tras el enfriamiento, el recalentamiento y una segunda exposici\u00f3n a la luz UV no se produce ninguna reacci\u00f3n exot\u00e9rmica. El polvo UV est\u00e1 curado. La Tg medida se utiliza como referencia para un sistema curado. La muestra de control ZR16B01R1 (Negro) se cura durante dos y 1O min hasta una Tg de 91\u00b0C y 94\u00b0C respectivamente. Estos resultados indican un grado de curado completo, seg\u00fan el an\u00e1lisis foto-DSC. La salida foto-DSC para el material de control se muestra en la figura 3. Bas\u00e1ndose en los resultados del control, un rango de Tg de curado esperado y aceptable est\u00e1 entre 85\u00b0C y 100\u00b0c, espec\u00edficamente para un sistema altamente reticulado con un rango de inicio de Tg entre 40\u00b0C y 60\u00b0C.<\/p>\n
Polymers Paint Colour Journal, abril de 2016<\/strong> Un estudio realizado por Michael F. Knoblauch, Robert VanAmburgh y Brad Hauser, de Keyland Polymer, investig\u00f3 el perfil de curado de un revestimiento en polvo curado con UV fabricado con un sistema de resina metacrilada.<\/em><\/p>\n La mejora incremental de la qu\u00edmica es el motor de innovaci\u00f3n esperada en la industria de recubrimientos. Esta es la innovaci\u00f3n a trav\u00e9s de la manipulaci\u00f3n de resinas, formulaciones, aditivos o una combinaci\u00f3n de los tres para abordar una limitaci\u00f3n o deficiencia de rendimiento conocida. Estos tipos de innovaci\u00f3n permiten que el usuario o el aplicador de recubrimientos contin\u00faen usando el mismo proceso de aplicaci\u00f3n y \/ o equipo. En su mayor parte, estas mejoras incrementales s\u00f3lo han aportado una diferenciaci\u00f3n a corto plazo y ganancias marginales a la industria de los revestimientos. El sector de los revestimientos se enfrenta a m\u00faltiples retos: requisitos normativos para eliminar los disolventes, precio y mercantilizaci\u00f3n de los productos y consolidaci\u00f3n.<\/p>\n El recubrimiento en polvo de curado UV tiene el potencial de cambiar el patr\u00f3n hist\u00f3rico de innovaci\u00f3n en la industria de los recubrimientos. La velocidad y el ahorro de tiempo son los motores de los recubrimientos en polvo de curado UV: una r\u00e1pida fusi\u00f3n del recubrimiento seguida de un curado casi instant\u00e1neo iniciado por la luz UV. La adopci\u00f3n del recubrimiento en polvo de curado UV requiere el abandono parcial o total del equipo de aplicaci\u00f3n de recubrimiento existente y su sustituci\u00f3n por un sistema de curado UV. Los recubrimientos en polvo de curado UV no contienen COV y cumplen todos los requisitos normativos conocidos para su fabricaci\u00f3n y uso. Normalmente, un sistema de polvos de curado UV se dise\u00f1a para los productos o materiales que se van a recubrir. El curado en la l\u00ednea de visi\u00f3n es una limitaci\u00f3n. La luz UV debe llegar a la superficie del objeto que se va a curar en dosis e intensidad suficientes para iniciar un curado por radicales libres de los materiales de revestimiento. Los sistemas de l\u00e1mpara de arco UV y l\u00e1mpara de microondas UV han sido las ofertas est\u00e1ndar para el curado UV. Los sistemas de arco UV y microondas UV tienen una eficiencia energ\u00e9tica modesta, requieren tratamiento del aire para la refrigeraci\u00f3n, tienen limitaciones de posicionamiento y la vida \u00fatil de las l\u00e1mparas var\u00eda. Existen diferentes bombillas UV para materiales espec\u00edficos. La bombilla de tipo \u00abV\u00bb cura los recubrimientos en polvo UV. En la figura 1 se muestra la producci\u00f3n de energ\u00eda de un sistema de l\u00e1mpara de microondas con bombilla V de 300 W. La introducci\u00f3n de la tecnolog\u00eda de iluminaci\u00f3n LED en el sector de la iluminaci\u00f3n general est\u00e1 cambiando lo que hasta ahora era una industria de bajo coste y de productos b\u00e1sicos. Las empresas de iluminaci\u00f3n, como la nueva divisi\u00f3n Current de General Electric, est\u00e1n desarrollando y lanzando al mercado sistemas de iluminaci\u00f3n LED que ofrecen al cliente mayor eficiencia, mayor duraci\u00f3n y mayor valor. Varios informes del sector estiman que la penetraci\u00f3n mundial de los LED en la iluminaci\u00f3n general podr\u00eda alcanzar m\u00e1s del 60% en 2020. Los fabricantes de chips LED aumentan su capacidad, incrementan la potencia de producci\u00f3n, desarrollan sistemas auxiliares de proceso y control, y los precios bajan. Estos avances y ventajas se est\u00e1n trasladando al sector de los UVLED. Se prev\u00e9 un crecimiento significativo en todas las \u00e1reas de uso de UVLED, siendo el curado UV el sector dominante. El desarrollo de la qu\u00edmica de los barnices de curado UV debe coincidir con el de los equipos si se quiere hacer realidad el crecimiento de los UVLED.<\/p>\n A diferencia de los sistemas de l\u00e1mparas UV de arco y microondas, un sistema de l\u00e1mparas UVLED tiene un \u00fanico espectro de salida: 385 nm, 395 nm o 405 nm (figura 2). Hasta la fecha, el principal uso del curado UVLED ha sido en el \u00e1mbito de las pel\u00edculas finas, como las tintas para impresi\u00f3n y envasado. Los fabricantes de l\u00e1mparas UVLED han ido aumentando la potencia y ampliando el n\u00famero de longitudes de onda de los emisores UVLED. Ahora es posible curar revestimientos m\u00e1s gruesos y m\u00e1s pigmentados, incluidos los revestimientos en polvo curados por UV con UVLED.<\/p>\n La fotocalorimetr\u00eda diferencial de barrido (foto-DSC) es una potente herramienta anal\u00edtica que se utiliza para analizar el comportamiento t\u00e9rmico y las propiedades de los revestimientos. La foto-DSC es extremadamente \u00fatil para determinar, de forma r\u00e1pida y precisa, las temperaturas de fusi\u00f3n y Este estudio con UVLED investiga e informa sobre el perfil de curado de un recubrimiento en polvo pigmentado negro curado con UV fabricado a partir de un sistema de resina metacrilada y curado con un UVLED de 395 nm. El perfil de curado UVLED se compara con el perfil de curado de un recubrimiento en polvo curado UV transparente y negro curado durante dos minutos y 10 min por foto-DSC, el conjunto de control. El grosor de la pel\u00edcula, las distancias a la l\u00e1mpara y la carga de pigmento fueron las otras variables consideradas. Todos los polvos de curado UV se fabricaron con una formulaci\u00f3n est\u00e1ndar de materias primas y fotoiniciadores; curado superficial y curado pasante. La determinaci\u00f3n del curado se basa en la evaluaci\u00f3n de la Tg inicial y final medida por foto-DSC.<\/p>\n
\n<\/strong><\/em>Autores: Michael F. Knoblauch, presidente; Robert VanAmburgh, qu\u00edmico jefe de I+D; Brad Hauser, qu\u00edmico, Keyland Polymer, LLC.<\/p>\n<\/a> Los recientes y r\u00e1pidos avances en la tecnolog\u00eda UVLED apuntan a interesantes y significativas oportunidades para los recubrimientos en polvo de curado UV.<\/p>\n<\/p>\n
\ntemperaturas de transici\u00f3n v\u00edtrea (Tg) de los recubrimientos en polvo. La temperatura de fusi\u00f3n (Tm) es la temperatura a la que un s\u00f3lido pasa a estado l\u00edquido. Tg es el punto en el que un pol\u00edmero pasa de un estado v\u00edtreo a un estado similar al caucho. Por debajo del T9, el pol\u00edmero pierde su elasticidad y flexibilidad y comienza a comportarse como un vidrio quebradizo. La Tg no es una temperatura \u00fanica. Se trata de un intervalo de temperatura peque\u00f1o, como de 35\u00b0C a 50\u00b0C. Estas mediciones de temperatura son importantes tanto para el procesamiento como para la aplicaci\u00f3n del recubrimiento en polvo. A medida que el recubrimiento en polvo se cura, su Tg aumenta considerablemente. El grado de curado puede determinarse comparando la Tg del recubrimiento en polvo no curado con la Tg del recubrimiento en polvo curado. A medida que aumenta el grado de curado, mejoran las propiedades f\u00edsicas del revestimiento, como la adherencia, la dureza, la resistencia al impacto, la resistencia a la intemperie y la resistencia a los disolventes. Es f\u00e1cil comprender por qu\u00e9 se desea alcanzar el m\u00e1ximo grado de curaci\u00f3n. La foto-DSC es una medida emp\u00edrica del curado. Las pruebas, como la prueba MEK de 50 frotaciones dobles, se utilizan como aproximaciones para probar y evaluar el grado de curado. Todas las muestras del estudio superaron la prueba MEK de 50 frotaciones dobles tras el curado.<\/p>\n<\/a>Durante la primera prueba de calor y aplicaci\u00f3n de luz UV al polvo no curado se observa una fuerte reacci\u00f3n exot\u00e9rmica. Esto es indicativo de curaci\u00f3n. Tras el enfriamiento, el recalentamiento y una segunda exposici\u00f3n a la luz UV no se produce ninguna reacci\u00f3n exot\u00e9rmica. El polvo UV est\u00e1 curado. La Tg medida se utiliza como referencia para un sistema curado. La muestra de control ZR16B01R1 (Negro) se cura durante dos y 1O min hasta una Tg de 91\u00b0C y 94\u00b0C respectivamente. Estos resultados indican un grado de curado completo, seg\u00fan el an\u00e1lisis foto-DSC. La salida foto-DSC para el material de control se muestra en la figura 3. Bas\u00e1ndose en los resultados del control, un rango de Tg de curado esperado y aceptable est\u00e1 entre 85\u00b0C y 100\u00b0c, espec\u00edficamente para un sistema altamente reticulado con un rango de inicio de Tg entre 40\u00b0C y 60\u00b0C.<\/p>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.kpuvpowder.com\/wp-content\/uploads\/2016\/04\/PPCJ_UVLEDApril16fig4-300x211.bmp\")
<\/a>Las condiciones UVLED y los resultados de cada ensayo se muestran en la figura 4. Los datos muestran una elevada Tg en todas las muestras curadas con la l\u00e1mpara UVLED de 395 nm. Esta elevada Tg es un fuerte indicador de un alto grado de curaci\u00f3n. Se observa un descenso de la Tg con una media de 8,25\u00b0C cuando se aumenta la distancia de la l\u00e1mpara de 0,5 a 2,0 pulgadas. A medida que aumenta la distancia de la l\u00e1mpara, se dispone de menos energ\u00eda luminosa para que los fotoinitadores se activen y reticulen. Los fotoinitadores menos activos dar\u00e1n lugar claramente a una menor cantidad de curado. La Tg disminuye cuando la distancia de la l\u00e1mpara aumenta de 2,0 a 4,0 pulgadas, como se observa en los conjuntos n\u00ba 7 y n\u00ba 9. Los juegos n\u00ba 7 y n\u00ba 9 tienen un 22% m\u00e1s de pigmento negro que el juego n\u00ba 10. Una mayor carga de pigmento bloquea la energ\u00eda de la luz UV a los fotoiniciadores y, por consiguiente, reduce la Tg y el grado de curado. La dependencia de la Tg de la carga de pigmento y de la distancia UVLED puede verse en las figuras 4 y 5.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/www.kpuvpowder.com\/wp-content\/uploads\/2016\/04\/PPCJ_UVLEDApril16fig5.bmp\")
<\/a><\/p>\n