Opakowania, płyty DVD i CD, czasopisma i broszury, karty kredytowe, sprzęt komputerowy, wyposażenie samochodów – to tylko początek długiej listy przedmiotów, przy produkcji których stosuje się sieciowanie radiacyjne (z udziałem promieniowania). Dzięki niemu można szybko i łatwo otrzymać utwardzoną powłokę lakierniczą, warstwę tuszu drukarskiego czy kleju. Na czym polega ten proces i dlaczego jest tak cenną alternatywą dla innych sposobów utwardzania?
fot. Chesterf (stockfreeimages.com)
Malując ściany czy lakierując drewniane meble otrzymujemy trwałą powłokę poprzez odparowanie rozpuszczalnika z nałożonej na powierzchnię farby, czyli tradycyjne schnięcie. Niestety bywa to proces bardzo czasochłonny, a do tego niebezpieczny (ze względu na ulatniające się opary rozpuszczalnika). Dlatego też współcześnie często zastępuje się go sieciowaniem, czyli stymulowaniem cząsteczek farby do tworzenia ze sobą sieci wytrzymałych wiązań. Można to osiągnąć poddając materiał działaniu światła ultrafioletowego (UV) lub wiązki elektronów (EB – ang. electron beam), czyli promieniowania (in. radiacji).
Jakie korzyści?
Wśród zalet tej metody należy wymienić:
- dużą szybkość utwardzania – zwykle wystarczy już sekunda ekspozycji na promieniowanie!
- efektywność – zużycie energii jest stosunkowo niewielkie, a dzięki chemicznym wiązaniom powstałe pokrycie cechuje duża wytrzymałość;
- możliwość utwardzania wrażliwych materiałów – zwłaszcza posiadających niewielką odporność termiczną; wysoka temperatura nie jest w tym wypadku konieczna;
- brak zagrożenia dla ludzkiego zdrowia ani dla środowiska – nie jest wymagane stosowanie tradycyjnych, szkodliwych rozpuszczalników.
Szczególnie sieciowanie UV jest bardzo łatwe w aplikacji – wystarczy wyposażyć się w odpowiednią lampę (rtęciową, ksenonową, diodę LED lub laser). Tego typu urządzenia bez problemu można zainstalować na istniejących liniach produkcyjnych.
Podstawy chemiczne
Farba przed utwardzeniem składa się z nieusieciowanych łańcuchów – krótkich oligomerów oraz dłuższych polimerów. Tworzącymi je ogniwami, najmniejszymi podjednostkami, są tzw. monomery, dodawane niekiedy również jako rozcieńczalnik (w celu zmniejszenia lepkości farby). Prostym monomerem otrzymywanym z ropy naftowej jest etylen o wzorze H2C=CH2. „=” oznacza podwójne wiązanie, które jest nietrwałe i pod wpływem odpowiedniego bodźca łatwo ulega rozpadowi. Tworzy się w ten sposób bardzo reaktywne miejsce – monomer za wszelką cenę dąży do połączenia się z inną cząsteczką. Reagując z podjednostką innego łańcucha, powoduje powstanie wiązania poprzecznego między polimerami. Następnie tworzą się kolejne wiązania, niczym szczeble drabiny, wkrótce do struktury przyłączają się inne łańcuchy i stopniowo tworzy się sieć.
Posiadający dużą energię elektron z wiązki elektronów może samodzielnie rozbić wiązanie podwójne, tworząc miejsce reaktywne. W przypadku sieciowania UV natomiast potrzebny jest do tego jeszcze jeden związek – fotoinicjator. Ma on zdolność pochłaniania światła, a następnie generowania małych cząsteczek o bardzo wysokiej energii – wolnych rodników – które powodują rozpad wiązania podwójnego i umożliwiają reakcję monomeru z innymi cząsteczkami.
Czasem, choćby pod wpływem niewielkiej dawki światła widzialnego, może dojść do przedwczesnego sieciowania tego typu farby. Aby temu zapobiec stosuje się odpowiednie dodatki – stabilizatory. Inne związki wchodzące często w skład receptury to tradycyjne barwniki, substancje sprzyjające adhezji, czynniki matujące i zwilżające.
Na podstawie: www.radtech-europe.com
