ELECTRON BEAM CURING Come e perché adottare il trattamento con fascio di elettroni per l’indurimento di rivestimenti superficiali. Aggiornamenti al convegno di RadTech Europe. David Helsby*
I primi tentativi di trattare le vernici con l’Electron Beam Curing risalgono agli anni Venti del secolo scorso, ma ci sono voluti altri quarant’anni prima che la tecnologia di essiccazione/indurimento con fasci di elettroni si sviluppasse appieno.
L’EBC è basato sulla capacità di un fascio di elettroni di provocare legami ponte all'interno di un rivestimento applicato, provocando quindi una polimerizzazione dei radicali così come la conosciamo nella chimica organica. Questo legame ponte si crea solo se il rivestimento trattato contiene legami doppi, ad esempio sotto forma di gruppi di etilene, propilene, vinile o acrilato; soprattutto questi ultimi sono apprezzati per la loro peculiare combinazione di proprietà.
Gli “ingredienti” principali. Gli elettroni vengono generati facendo passare della corrente elettrica attraverso un filamento di tungsteno e poi accelerati in un campo elettrico applicato. Tutto ciò viene effettuato in un ambiente sotto vuoto, con una finestra in lamina di titanio permeabile agli elettroni. Questa tecnologia è principalmente adatta al trattamento di oggetti piatti, benché il fascio di elettroni si possa applicare anche a manufatti che presentano il profilo di una determinata altezza.
Successivamente, il prodotto con la vernice o l’inchiostro da trattare viene guidato sotto la finestra di titanio per essere esposto al fascio di elettroni. Il procedimento richiede un’atmosfera inerte, perché la presenza di ossigeno provoca nel rivestimento una serie di legami reattivi indesiderati. Solitamente, viene utilizzato dell’azoto con una percentuale di purezza del 99,98%, oppure un contenuto di ossigeno inferiore a 200 ppm.
Dose e densità energetica. L’EBC è caratterizzato da due variabili principali: la dose e la densità energetica degli elettroni.
La dose, che è la quantità di elettroni “sparati” sulla superficie, dipende dalla temperatura del filamento così come dall’intensità e/o dal voltaggio della corrente. La dose determina la velocità e il livello del legame ponte che è possibile ottenere in combinazione con un determinato livello di alimentazione.
Il campo elettrico ad alto voltaggio che viene applicato determina, invece, l’energia degli elettroni e quindi la profondità di penetrazione nell’inchiostro o nella vernice da trattare. Per le vernici e gli inchiostri generalmente è indicato un voltaggio compreso tra 70 e 300 kV. Con questi valori si ottiene una profondità di penetrazione rispettivamente di 15 e 500 µm: un risultato che, però, dipende anche dalla densità del materiale di rivestimento. Quest’ultimo fattore va regolato adeguatamente perché con un voltaggio troppo basso il rivestimento non viene trattato in profondità, mentre con un voltaggio troppo alto il trattamento rischia di essere troppo intenso e non necessario, oltre a comportare un eccessivo consumo di energia che rischia di provocare scolorimento.
Trattamenti UV ed EB: il convegno Radtech
I sistemi di essiccazione e indurimento basati sui raggi UV o sull’EB vengono impiegati su tutti i tutti i tipi di materiali, nei settori più disparati fra cui anche la produzione di imballaggi e, soprattutto, la stampa. Il loro successo si deve alla rapidità del processo, alla compatibilità coi supporti termosensibili, al ridotto consumo energetico e ai vantaggi di ordine ambientale. In particolare, questi trattamenti consentono di eliminare la maggior parte dei solventi richiesti nei processi tradizionali, agevolando, fra l’altro, la conformità alle normative sui composti organici volatili (COV).
Nelle arti grafiche, i sistemi UV o ElectronBeam (EB) vengono impiegati nell’essiccazione di vernici (in particolare nel packaging) e inchiostri in tutte le di stampa: flexo, offset, digitale e persino serigrafica. I fattori chiave di questa diffusione sono gli sviluppi interni al packaging – tipicamente, il passaggio da materiali rigidi a flessibili – la stampa di qualità di volumi elevati, la tendenza alle consegne just-in-time, la necessità di ridurre i costi…
La fiera-convegno organizzata da RadTech Europe (quest'anno a Basilea, CH, dal 15 al 17 ottobre) è la più autorevole occasione di aggiornamento, tecnologico e di mercato, e il luogo dove si evidenziano le nuove applicazioni (dai circuiti stampati ai pannelli solari a ink et, dagli ausili odontoiatrici alla decorazione delle unghie…) e si fa il punto sulla legislazione in materia di sicurezza e ambiente, dove le radiazioni UV ed EB offrono molti e vari vantaggi in quanto non aggiungono elementi indesiderati al prodotto o imballaggio trattati, e sono compatibili anche con le norme di alimentarietà. Inoltre contribuiscono in misura significativa alla riduzione dei consumi energetici e dei gas serra, delle emissioni di composti volatili organici e di inquinanti atmosferici pericolosi (HAP – hazardous air pollutants).
* David Helsby
Presidente RadTech Europe
