Polimerización UV de recubrimientos en polvo: radical y catiónico, diferencia sustancial

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ACABADOS CON PINTURAS UV: 60 AÑOS DE HISTORIA INDUSTRIAL


Desde los paneles de madera (años 60) al revestimiento de latas, envases cosméticos, parquet, decoración metálica (años 70 y 80), desde cascos y componentes plásticos para mobiliario de jardín (años 90), la pintura UV se ha desacelerado entre los finales de los 90s y la primera década de este siglo, manteniéndose constante en algún sector concreto (mobiliario y packaging cosmético, por ejemplo), y finalmente, en los últimos diez años, intentando abrir nuevos mercados (lentes para faros de coche, PVD decorativo, metalización, envases de vidrio y poco más).

En la década de 2000, intentamos demostrar cómo la tecnología de polimerización UV también podría usarse en el caso del uso de recubrimientos en polvo y en muchos sectores de productos que usan materiales sensibles al calor.

Desafortunadamente, la forma compleja de la mayoría de las piezas metálicas producidas por la metalurgia fue una barrera para la introducción de los sistemas UV (líquidos y especialmente en polvo), porque los productos disponibles requieren, para endurecerse, ser total y directamente iluminados por la radiación ultravioleta.

Por otro lado, el uso de esta tecnología de polimerización es potencialmente muy interesante, más aún cuando se trata de pintura en polvo, debido a la posibilidad de reducir considerablemente el tamaño de los hornos de convección de aire caliente típicos de esta tecnología, y los altos costos energéticos relacionados.

POLVOS DE RADICALES UV


Una de las razones de la limitación a la industrialización de los polvos UV radica en el mecanismo de su polimerización, de tipo «radical», que, en virtud de los fotoiniciadores utilizados, activa tres etapas de reacción diferentes:

  1. La absorción de luz «excita» numerosos estados químicamente reactivos del fotoiniciador.
  2. Los iniciadores de reacciones radicales se forman por «fotoplegamiento» intramolecular del fotoiniciador, o por extracción intermolecular (donación) de hidrógeno del propio fotoiniciador, con la creación de radicales libres.
  3. La polimerización comienza por interacción de los radicales con los monómeros u oligómeros reactivos de la pintura en polvo (previamente fundidos, por ejemplo por irradiación IR).

En otras palabras, la reacción de endurecimiento de la capa de polvo por irradiación UV comienza cuando el protón luminoso reacciona con el fotoiniciador, el cual se escinde donando átomos de hidrógeno, formando radicales libres extremadamente reactivos.

Estos reaccionan con las moléculas que encuentra (típicamente, del producto de pintura fundido), y forman otros radicales que, a su vez, inician inmediatamente la reacción de polimerización de los polímeros, hasta que se encuentran dos radicales libres, finalizando la reacción de endurecimiento.

Dado que el endurecimiento de un polvo UV se debe a la formación inicial de radicales que se activan bajo la acción de la radiación ultravioleta, si la luz no llega al fotoiniciador, la capa de polvo fundido no podría endurecerse.

POLVOS CATIÓNICOS UV


¿Es posible utilizar un mecanismo diferente? De hecho, en la polimerización fotoiniciada catiónica, los productos químicos generados por la fotólisis continúan polimerizando los oligómeros epoxi (incluso en la oscuridad). Esto contrasta marcadamente con la fotopolimerización por radicales (en la que las especies reactivas de propagación a los oligómeros decaen cuando se elimina la fuente de radiación o cuando no llega directamente a la capa de polvo fundido).

Mientras que en el caso de la fotopolimerización radical se requieren fotoiniciadores donadores de hidrógeno intra e intermoleculares, en la catiónica son indispensables las sales derivadas del “ácido de Lewis”, generadas por fotoiniciadores como la sal de triarilsulfonio.

VENTAJAS DE LA POLIMERIZACIÓN CATIONICA DE POLVOS UV


El desarrollo de nuevas clases de fotoiniciadores para el endurecimiento UV catiónico ampliaría considerablemente el desarrollo de la polimerización UV de polvos aplicados a cualquier tipo de producto moldeado.

Entre otras cosas, de hecho, mientras que el curado UV fotoiniciado con radicales libres se limita a los monómeros vinílicos y acrílicos, susceptibles a la adición de radicales, la polimerización catiónica va desde monómeros saturados como epóxidos, lactonas, éteres cíclicos, acetales a compuestos vinílicos, todos insensibles a la presencia de oxígeno (al contrario de la polimerización por radicales).

Para el formulador esto supone una ventaja adicional considerable, ya que la gama de monómeros que contienen epóxidos de baja viscosidad, ausencia de color y olor, baja toxicidad y excelentes propiedades físicas y químicas es muy amplia.

En el campo de la formulación de pinturas líquidas UV catiónicas, estas ventajas han demostrado ser válidas no solo teóricamente: Carola Corcione, investigadora de la Universidad de Lecce, trató las fachadas de la Catedral de Lecce con su producto Hybrid, en el campo de los recubrimientos en polvo UV esperamos los comentarios de los polvos producidos experimentalmente por SBS (Venegono Inferiore, Varese), el primer fabricante italiano de polvos que ha desarrollado este tipo de productos, disponibles para aquellos que deseen, en Italia o en el extranjero, experimentar industrialmente las posibilidades que ofrece la nueva tecnología.

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