FREEcure - une nouvelle façon d'utiliser la lumière UV
Les solutions de séchage respectueuses de l'environnement sont essentielles dans la transformation industrielle du bois. Le durcissement par UV des encres et des vernis est une méthode éprouvée, rapide et économe en énergie.
Traditionnellement, des photo-initiateurs sont ajoutés aux vernis et encres UV pour absorber la lumière UV, générer des radicaux et ainsi démarrer le processus de durcissement en convertissant la double liaison C=C. L'efficacité du processus de durcissement UV est considérablement réduite à la surface.
L'efficacité du processus de durcissement par UV est considérablement réduite à la surface par l'inhibition de l'oxygène (la réaction d'arrêt de la formation de la chaîne par l'oxygène), ce qui peut entraîner une réduction de la vitesse de production et même une limitation des propriétés de la surface. Les solutions techniques connues à ces problèmes sont l'inertisation de l'espace d'irradiation ou l'ajout excessif de photo-initiateurs. Toutefois, cela entraîne d'autres défis techniques en matière de jaunissement, d'odeur et de migration, ce qui complique l'utilisation dans des domaines d'application sensibles, tels que les surfaces de cuisine.
En raison de goulets d'étranglement dans l'approvisionnement, d'exigences régulières accrues et de la suppression de certains photo-initiateurs, la question s'est posée de savoir s'il était possible de réaliser le processus de polymérisation UV sans photo-initiateur ou avec une teneur en photo-initiateur considérablement réduite, tout en évitant l'inhibition de l'oxygène. Un environnement inerte doit être délibérément évité.
Avant même les discussions sur le développement durable, l'augmentation des prix de l'énergie et la réduction de l'empreinte CO2, nos experts UV ont travaillé à minimiser l'impact environnemental des systèmes de séchage UV IST et à rechercher des approches innovantes pour répondre à la demande croissante des clients en matière de tendances durables. En collaboration avec les experts UV de BASF, nos spécialistes UV ont développé le système FREEcure, qui jouera un rôle de plus en plus important dans la technologie de traitement du bois et qui permet de réduire la consommation d'énergie.
Cela est possible grâce à un processus de durcissement par UV qui est obtenu par la réticulation directe de la double liaison C=C.
Toutefois, pour diviser directement ces composés, il faut une certaine quantité d'énergie lumineuse supérieure à l'énergie de liaison de la double liaison C=C. La lumière UV est d'autant plus énergisante qu'elle est plus forte que l'énergie de liaison du bois.
Comme la lumière UV est d'autant plus énergétique que sa longueur d'onde est courte, le spectre lumineux du système UV a dû être déplacé dans la gamme des UVC à ondes courtes et cette gamme a dû être amplifiée.
Après un examen approfondi de différentes sources de lumière UV, il est apparu clairement que la lampe UV à mercure à moyenne pression offrait les meilleures conditions pour ce processus. C'est pourquoi, sur la base de notre système IST-UV BLK éprouvé et en combinaison avec une lampe UV à mercure à moyenne pression, un système a été développé qui peut générer une augmentation de puissance de plus de 70 % dans la gamme spectrale UVC et qui augmente également de manière disproportionnée les longueurs d'onde inférieures à 220 nm.
Les principales mesures à cet égard ont été les suivantes
- Adaptation et optimisation de la technologie du plasma à l'intérieur de la lampe UV
- Utilisation de matériaux spéciaux dans le domaine des lampes UV, des réflecteurs et des filtres de passage
- Optimisation de la commande électronique
Des études approfondies sur les liants ont montré que FREEcure convient aussi bien aux systèmes à 100 % qu'aux systèmes aqueux. Il est désormais possible de faire appel à une expertise complète. Les aspects suivants jouent un rôle à cet égard :
- Pas de photo-initiateur
- Composition chimique/fonctionnalité du liant
- Modification de l'amine pour une suppression efficace de l'inhibition de l'oxygène
- Séchage physique de la surface des dispersions UV aqueuses.
En résumé, selon les experts de BASF, il peut être confirmé que
- Les liants UV aqueux et 100 % UV peuvent être durcis efficacement avec FREEcure.
- L'utilisation supplémentaire de photo-initiateurs dans les systèmes de vernis à l'eau n'est pas nécessaire, tandis que dans les systèmes 100%, elle peut être réduite au minimum (<<0,5%).
- Des conversions élevées de doubles liaisons (>80%) sont possibles dans les revêtements.
- Il est possible d'obtenir une résistance chimique élevée, comparable à celle des systèmes classiques utilisant des quantités standard de photo-initiateur.
- Des exigences particulières sont imposées au liant afin de garantir une performance optimale du revêtement.
Cela aide le formulateur à surmonter les obstacles résultant des diverses exigences réglementaires relatives à la composition et au traitement de ses produits.
C'est l'application qui décide
Dans certaines applications, la réduction/élimination des photo-initiateurs occupe une place centrale.
Il a été possible de polymériser des vernis UV à base d'eau pulvérisables de différentes couleurs (bleu, jaune, noir, rouge, blanc) ainsi que des apprêts UV sur un film de mélamine sans photo-initiateurs, tout en conservant l'ensemble des propriétés.
Pour les systèmes 100 % UV utilisés sur les lignes de vernissage à rouleaux à grande vitesse dans l'industrie du meuble, il peut être judicieux d'ajouter une certaine proportion de photo-initiateurs (environ 1/4 à 1/3 de la quantité d'origine) afin d'atteindre la vitesse de production souhaitée avec le moins d'unités UV possible. L'argument de l'efficacité énergétique prend ici tout son sens. Des vitesses par unité FREEcure de l'ordre de 30 à 50 m/min sont envisageables. Cela signifie qu'un maximum de 2 à 3 unités FREEcure sont nécessaires, même pour les lignes de vernissage à rouleaux à grande vitesse. En fonction de l'application, il est possible de combiner les unités FREEcure avec des systèmes LED UV afin de polymériser de grandes épaisseurs de couche, même en profondeur.
Les affirmations ci-dessus se confirment également dans le secteur de l'imprimerie. C'est notamment le cas pour l'impression et le vernissage d'emballages alimentaires. Nous avons acquis de l'expérience avec des encres offset et flexo qui peuvent être durcies sans photo-initiateur jusqu'à 200 m/min.
Les avantages en un coup d'œil :
- Efficacité énergétique : Le rendement élevé du système FREEcure permet des temps de durcissement extrêmement courts et des économies d'énergie significatives, qui réduisent également l'empreinte CO2.
- Respect de l'environnement : En éliminant ou en réduisant l'utilisation de photo-initiateurs, le potentiel d'odeur et de migration des revêtements est réduit.
- Rentabilité : La réduction des coûts d'exploitation grâce à la diminution du nombre d'unités UV, de l'encombrement et du coût des pièces de rechange, ainsi que de la consommation d'énergie, se traduit par un processus de production rentable.
Résumé
Le procédé FREEcure offre donc une toute nouvelle approche de l'utilisation de la lumière UV, puisqu'il minimise l'utilisation de photo-initiateurs, voire les élimine complètement, grâce à une proportion extrêmement élevée de lumière UVC. Ceci est particulièrement important et avantageux pour la production de produits sensibles utilisant des encres et des vernis à faible migration. Ce système extrêmement puissant favorise les économies d'énergie, car l'utilisation de FREEcure permet dans de nombreux cas de réduire le nombre de sécheurs UV et d'économiser de l'espace. Concrètement, cela signifie des économies d'énergie possibles allant jusqu'à 75 % et donc dans une fourchette d'euros à 6 chiffres, des économies de plusieurs centaines de tonnes de CO2 en fonction du site de production, une empreinte nettement plus faible et des temps d'amortissement de 1,5 à 2,5 ans. On peut également s'attendre à une réduction des coûts des pièces de rechange à long terme. A long terme, la combinaison de LED UV pour toutes les couches inférieures et de FREEcure pour la couche de finition dans la zone du bois est un pas dans la bonne direction pour réaliser l'équilibre entre le plus grand respect possible de l'environnement et des revêtements de haute performance en même temps.
