A cura por radiação ultravioleta, simplificando, é uma técnica empregada para transformar instantaneamente uma substância líquida em uma película sólida e insolúvel. Ao olharmos nossos hábitos diários, veremos que temos um contato intenso com a tecnologia ultravioleta, mas não sabemos que estamos lidando diretamente com a mesma. Existem situações corriqueiras que nos levam aos produtos derivados desta indústria como, por exemplo, ao ler ou manusear uma revista podemos estar certos que ela foi impressa com tintas de cura UV ou que foram finalizadas com verniz UV. Observa-se também produtos finalizados com revestimentos UV como CDs, DVDs, cartão de crédito, painéis de carros, e muitos outros objetos relacionados ao dia a dia. Estes exemplos nos colocam em contato direto com a tecnologia e nos mostram o quanto ela é utilizada.
Os sistemas de cura por radiação ganham espaço dia após dia no setor moveleiro, dado as suas características de alta produtividade, baixo consumo de energia e uma das características mais importante: a grande redução no uso de solventes orgânicos, colaborando na preservação da saúde e do meio ambiente.
Sabe-se que esta tecnologia é considerada uma tecnologia limpa, que dispensa o uso de solventes orgânicos, pois são produtos compostos por 100% de sólidos, ou seja, toda quantidade de produto que se aplica permanece na camada do revestimento, não ocorrendo a evaporação de voláteis. Sabemos também que vários dos solventes de possível aplicação causam sérios problemas ambientais e de saúde. Porém, a competitividade do mercado obriga os fabricantes de tintas e vernizes a buscarem formas de reduzirem custos de produção, e muitas vezes utiliza-se de solventes com esse objetivo.
A irradiação UV ativa o fotoiniciador contido na tinta UV, que subseqüentemente proporciona uma rápida reação de cura da tinta UV. A tinta UV permite uma alta velocidade na linha de impressão e simultaneamente a manutenção de um padrão de qualidade superior com alto brilho e dureza, o que não é facilmente alcançado com tintas a base de solventes.
A velocidade da cura da tinta UV depende de vários fatores, por exemplo:
- a escolha de resina da formulação da tinta,
- a potência das lâmpadas UV contidas no túnel,
- o tipo de substrato,
- a reatividade e a concentração do sistema de fotoiniciador na tinta UV.
Para uma boa eficiência da tinta UV o sistema de fotoiniciador deve prover uma alta reatividade à irradiação UV e boa compatibilidade com a emissão de espectro da lâmpada UV, além de contar com o espectro de absorção do pigmento, para o caso de tintas UV pigmentadas. Para facilitar a incorporação do fotoiniciador na pasta do pigmento e no veículo (resinas), boa solubilidade também é necessária.
Além da escolha do fotoiniciador outros componentes de uma tinta de impressão curável por UV são os monômeros, oligômeros, pigmentos e aditivos. Monômeros e oligômeros formam a matriz do sistema da tinta depois de ocorrer a polimerização utilizando a cura UV.
O fotoiniciador é um componente crítico no processo de cura por ser o aditivo que inicia o processo de polimerização para alcançar rapidamente o produto final reticulado. Conforme a energia da luz UV é emitida, é absorvida pelo fotoiniciador na formulação líquida, levando à sua fragmentação em espécies reativas. Essas espécies podem ser radicais livres ou catiônicas. A maioria desses sistemas são baseados em radicais livres que reagem com os componentes insaturados do líquido, provocando assim a polimerização. Essa reação é praticamente instantânea e leva a um filme totalmente curado.
A fonte de luz também é de igual importância a do fotoiniciador. Basicamente dois tipos de fonte de luz estão sendo utilizados na indústria, uma para cura de sistemas incolores (vernizes, fillers e massa) e outra fonte de luz para pigmentados (primers, impressão e esmaltes). Para sistemas incolores há duas escolhas: lâmpada de arco de vapor xenônio e de mercúrio. A lâmpada de mercúrio de média pressão é atualmente a escolha mais atraente para a indústria por causa de sua alta potência ( 80 – 300 W/cm), e suas linhas de emissão que são absorvidas pela maioria dos fotoiniciadores disponíveis.
Para sistemas pigmentados, tem-se utilizado lâmpadas de gálio, pois a cura deve ser mais intensa. Esse sistema requer também não só a troca da lâmpada, mas também a escolha de um fotoiniciador de acordo com a absorção dos pigmentos.
Depois de citarmos algumas das vantagens da tecnologia, podemos afiançar que a tecnologia UV proporciona um ganho geral de qualidade final. Entretanto, em todos os aspectos da vida as vantagens são sempre acompanhadas de desvantagens e neste caso não é diferente.
Existem muitas alegações de que o investimento inicial é muito alto, porém temos de considerar que este custo inicial será compensado com a maior produtividade, com a redução de custo proporcionado pela redução de estoques, entre outros. Outra limitação à adoção desta tecnologia é o alto preço dos produtos específicos para este uso. No entanto, se fizermos um cálculo detalhado de custo benefício, veremos no final que o preço por unidade de medida (R$/m2) é mais baixo do que o custo levantado com o uso de produtos convencionais. Entre as desvantagens alegadas, cita-se também que o cheiro residual das matérias primas é fator limitante à implantação da tecnologia.
A radiação UV utilizada para curar tintas, vernizes e revestimentos é gerada em equipamentos que devem ser muito bem projetados, pois emitem alta intensidade de luz (radiação). Os sistemas químicos curáveis por radiação podem ocasionar irritações da pele e toxidade através do odor durante a cura, mas isto pode ser evitado se o operador utilizará de maneira correta os EPIs durante o processo.
O segmento mais importante da aplicação na indústria é o setor de madeira, para móveis. Aqui observamos a necessidade de propriedades distintas para a aplicação, como tintas e vernizes de boa resistência, alto brilho, resistência a riscos. Os produtos mais significativos e importantes que são utilizados, em volume, neste ramo da indústria destacam-se os fillers e massas, especificamente formulados para corrigir as imperfeições de superfície da madeira, compensados, aglomerados e MDF. Também muito significativos são os vernizes de acabamento que representam ,hoje, mais da metade da aplicação total no ramo da indústria de móveis de madeira.
LUZ UV
A luz UV é produzida naturalmente pelo sol, mas, as moléculas de oxigênio e de ozônio presentes na estratosfera absorvem entre 97% a 99% dos fótons de comprimento de onda entre 150nm e 300nrn. Então, no espectro da luz solar que chega a superfície da Terra, a luz UV presente é constituída quase que somente por UVA e por UVB Esses dois tipos de luz são responsáveis por alguns efeitos como o bronzeamento e as queimaduras causadas pelo sol na pele, cegueira causada pela luz refletida pela neve e pela fotossíntese que ocorre nas plantas. A luz UVB é absorvida pelas moléculas de DNA existentes nas células e esta energia absorvida pode romper algumas ligações deste material. A maior parte dessas ligações atingidas são reconstituídas por proteínas presentes nos núcleos destas células. Porém, um dano genético no DNA que não foi reparado, pode causar câncer de pele.
A radiação UV pode também ser gerada intencionalmente por fontes industriais.
O espectro da luz UV, como é mostrado na Tabela 1, é subdividido em UVV, UVA, UVB, UVC e UV-vácuo. Os fótons com comprimento de onda entre 315mn e 450mn (UVA e UVV) conseguem atravessar vidro comum e filmes plásticos finos. Mas, esses materiais absorvem completamente os fótons de comprimento de onda menor que 315nm (UVB, UVC e UV-vácuo). A luz UV com comprimento de onda na faixa de 200nm a 315nm consegue atravessar somente o quartzo puro.
Tipo de Luz UV Faixa de comprimento de onda
UV V 400—450nm
UV A 315—400nm
UV B 280—315nm
UV C 200—280nm
UV vácuo 40—200nm
Tabela I - Tipos de Radiação UV
A radiação UVC, gerada por lâmpadas especiais, apresentam propriedades esterilizantes muito importantes e são muito utilizadas comercialmente para esse fim.
As radiações UV de comprimento de onda menores que 200cm (UV-vácuo), não são utilizadas em processos de cura de tintas e vernizes e de esterilização de materiais, porque são efetivamente absorvidas pelo invólucro de quartzo da lâmpada.
A radiação UV utilizada na cura por radiação é gerada em equipamentos que são especialmente projetados para uma determinada aplicação.
Uma fonte de radiação eletromagnética eficiente deve produzir uma alta quantidade de radiação na região do espectro onde, o fotoiniciador presente na formulação da tinta ou do verniz absorve (entre 200 - 400cm). A lâmpada ideal deverá produzir fótons suficientes de forma que, uma unidade compacta seja capaz de promover a cura em uma velocidade alta. Essa lâmpada deverá ser capaz de converter de uma forma eficiente, a energia elétrica a ela fornecida em radiação UV. Além disso, deve ter um tempo de vida relativamente alto. Essa fonte deve iniciar a produção da luz desejada em muito pouco tempo depois que foi ligada e, também não permitir que continue produzindo radiação. Depois de desligada. A sua manutenção elétrica deve ser simples, barata e segura.
Um equipamento de cura UV contém, de uma maneira geral, os seguintes componentes básicos:
• A fonte de luz;
• Uma fonte de tensão necessária para energizar o bulbo;
• Sistemas de refletores usados para focalizar ou espalhar a luz;
• Um sistema obturador;
• Sistemas de refrigeração para remover o calor da área da lâmpada;
• Um sistema de esteiras para transportar os produtos que estão sendo curado.
COMPONENTES
Os componentes de revestimentos e tintas curáveis por UV são os seguintes:
- Monômeros,
- Pré-polímeros ou Oligômeros;
- Pigmentos;
- Aditivos;
- Fotoiniciador ou fotosensibilizante. (Somente para UV)
Os monômeros têm a mesma função que os solventes no sistema convencional, ou seja, reduzir a viscosidade dos pré-polímeros. Nas formulações curáveis por UV não se utiliza solventes não reativos. Os monômeros são líquidos de baixa viscosidade que facilitam a aplicação, mas eles permanecem no revestimento final curado. Eles não são perdidos durante a cura.
A maioria dos revestimentos e tintas UV comerciais são, hoje em dia, sistema acrilados. Então, os monômeros são ésteres acrílicos. Uma molécula de um monômero individual pode ter de um a três ou mais sítios de reação ativos. Os monômeros com mais de um sítio ativo são chamados de polifuncionais. Com raras exceções, quanto maior o número de sítios reativos mais rapidamente o monômero vai reagir. Isto ocorre por causa do maior número de oportunidades para reagir com outros monômeros e com outros elementos insaturados presentes na formulação, tais como os oligômeros. Esse efeito é denominado de reticulação. A presença de ligações cruzadas ou reticuladas entre as moléculas do oligômero e do monômero no filme curado, melhora muito as suas propriedades físico-químicos e mecânicas como, resistência a solventes, dureza, resistência a riscos, entre outras.
Entretanto, com o aumento da funcionalidade e da concentração do monômero, o filme curado ficará mais quebradiço e encolherá. Ambos os efeitos são causados pelo aumento da reticulação entre monômeros e os pré-polímeros. Ao invés de apresentar um grupo de longas cadeias com apenas uma pequena concentração de ligações reticuladas, o resultado será uma estrutura de uma malha apertada, altamente reticulada com menos flexibilidade. Quando a reticulação aumenta, a densidade aumenta. Isto gera o encolhimento e prejudica a adesão.
A viscosidade dos monômeros difere, como acontece com os solventes na cura de sistemas convencionais. Alguns monômeros reduzem a viscosidade melhor do que outros. Como é esperado, monômeros de viscosidade mais baixa resultam em formulações finais com viscosidade menor.
Os monômeros mais utilizados em cura por radiação são da família dos acrilatos, como por exemplo o tripropilenoglicol diacrilato (TPGDA), 1,6 - Hexanodiol diacrilato (HDDA), trimetilolpropano triacrilato (TMPTA), etc.
A escolha do monômero é uma etapa importante do processo, porque este material influencia na velocidade da cura, na flexibilidade, na adesão, na resistência a solventes e a riscos e nas propriedades de resistência a tensão e a elongação do fume curado.
Os oligômeros utilizados comercialmente são poliéster acrilado, epoxi acrilado, peliuretano acrilado e silicone acrilado. Os pré-polímeros ou oligômeros apresentam cadeias moleculares de comprimento médio. É este componente que determina as características totais do fume curado.
Os fotoiniciadores iniciam a reação de cura quando o sistema é exposto a luz UV. A escolha desse material vai depender da espessura e da cor do filme que está sendo curado, da velocidade do processo, da toxicidade, etc. Eles não são necessários em uma formulação curável por feixe de elétrons.
Os pigmentos e os aditivos utilizados nas tintas convencionais na maior parte dos casos, são as mesmas utilizadas nas formulações curáveis per UV. Nos sistemas convencionais, a escolha do tipo de pigmento a ser usado é determinada pelo seu custo, cor, resistência química e solidez a luz.
No caso das tintas curáveis por radiação, a escolha dos pigmentos está sujeita a outros fatores. Como alguns pigmentos podem catalisar uma reação de polimerização “no escuro”, não devem ser utilizados porque diminuem o tempo de estocagem do revestimento. Algumas impurezas presentes no pigmento como sais ou outros materiais podem afetar a estabilidade da cor. Alem disso, pigmentos de mesma composição química, mas, de fabricantes diferentes tem, estabilidade diferente.
Os aditivos usados em sistemas curáveis por radiação também são os mesmos usados na tinta convencional, e a escolha dos tipos mais adequados vai depender do tipo de aplicação, do substrato, etc.
Na cura catiônica os reagentes, tais como, os oligômeros e os monômeros utilizados, são diferentes dos empregados na cura via radical.
Os fotoiniciadores catiônicos são geralmente compostos de sais arilsulfônicos que, quando expostos à luz UV decompõem-se, produzindo um catalisador ácido. Esses sais, em geral, são formados por um complexo de estruturas aromáticas contendo enxofre com anions não nucleofilicos.
As resinas epóxies são os oligômeros mais utilizados nessa cura e os éteres divinílicos de baixo peso molecular são utilizados como diluentes reativos.
Fonte: Vasco Martins Junior, diretor da SV Martins, consultoria especializada em engenharia de produção para a indústria de madeira e móveis, com informações de Marisa Duarte |
