In questo articolo un esperto di Radtech illustra le diverse possibilità e i vantaggi che si ottengono con l'indurimento di inchiostri e vernici mediante il metodo Electron Beam
di David Helsby *
I primi esperimenti con fasci di elettroni (EB) furono eseguiti già negli anni '20 negli USA, ma i primi tentativi di trattare le vernici con la tecnica dell'EBC (Electron Beam Curing: trattamento con fascio di elettroni) risale solo al 1960. EBC si basa sulla capacità di un fascio di elettroni di indurre legami ponte all'interno di un rivestimento applicato (che sia inchiostro o vernice e su un supporto qualsiasi – ndr), provocando quindi una polimerizzazione dei radicali, così come la conosciamo nella chimica organica. Questo legame ponte è possibile solo se il rivestimento contiene legami doppi, ad esempio sotto forma di gruppi di etilene, propilene, vinile o acrilato. Soprattutto questi ultimi sono apprezzati per le loro proprietà combinate .
Elettroni accelerati in un campo elettrico
Gli elettroni vengono generati facendo passare della corrente elettrica attraverso un filamento di tungsteno e poi accelerati in un campo elettrico applicato. Questo avviene in un ambiente sotto vuoto, con una finestra in lamina di titanio permeabile agli elettroni. La tecnica è adatta principalmente a superfici piane e sottili, benché il fascio di elettroni sia attivo anche per il trattamento su una determinata altezza.
Il prodotto con la vernice o l'inchiostro freschi passa sotto la finestra in titanio per l'esposizione al fascio EB. Occorre un'atmosfera inerte, poiché la presenza di ossigeno provoca una serie di legami reattivi indesiderati nel rivestimento. Solitamente viene utilizzato dell'azoto puro (al 99,98%), oppure con 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, oppure 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 certo livello di alimentazione.
Il campo elettrico ad alto voltaggio che viene applicato determina l'energia degli elettroni e quindi la profondità di penetrazione nell'inchiostro o nella vernice da trattare. Per il trattamento di vernici e inchiostri generalmente è adatto un voltaggio compreso tra 70 kV e 300 kV. Si ottiene così una profondità di penetrazione rispettivamente di 15 µm e di 500 µm, benché ciò dipenda anche dalla densità del materiale di rivestimento. È importante regolare adeguatamente questo fattore, poiché con un voltaggio troppo basso il rivestimento non viene trattato in profondità. Invece, con un voltaggio troppo alto lo si potrebbe sottoporre a un trattamento troppo intenso e non necessario, che oltre a un eccessivo consumo di energia può provocare scolorimento.
Basso consumo e assenza di prodotti di scarto
Il trattamento con fascio di elettroni presenta tutta una serie di importanti vantaggi rispetto alle vernici umide e alla verniciatura a polvere. Prima di tutto non sono presenti solventi, organici e non, e questo aspetto lo rende ecologico, senza emissione di CO2. Per poter utilizzare i materiali per i processi di rivestimento, vengono aggiunti come "solventi" solo glicoli polietilenici (PEG) a basso peso molecolare, PGA o altri composti multifunzionali.
Un altro vantaggio è il basso consumo energetico. Se nei calcoli si tiene conto del raffreddamento, le differenze sono enormi. Anche l'emissione di CO2 è notevolmente inferiore.
Inoltre, con l'EBC le reazioni di legame ponte sono rapide e complete. Altri vantaggi includono la resistenza ai graffi, la resistenza chimica e la stabilità dei colori.
Ostacoli per la conversione all'EBC
Un importante ostacolo alla conversione al trattamento con fascio di elettroni sono i costi iniziali. Questi sono dovuti alla necessità di avere una camera a vuoto e un'alimentazione ad alto voltaggio per generare la corrente e all'esigenza di creare un'atmosfera inerte.
Se consideriamo però le caratteristiche uniche dei rivestimenti sottoposti a questo trattamento e gli aspetti ambientali, fattori come il consumo energetico e l'assenza di acque e gas di scarico assumeranno sempre più importanza in futuro. Il progresso tecnologico va avanti, ed è una delle priorità di RadTech Europe fare in modo che il settore sia consapevole della qualità e del valore che il trattamento con fascio di elettroni può offrire. Una delle piattaforme utilizzate a questo scopo è la conferenza ed esposizione biennale di RadTech Europe, che si terrà quest'anno a Basilea, dal 15 al 17 ottobre 2013.