EL CURADO DE PIGMENTOS NEGROS CON SISTEMAS UV
Norbert Pietschmann, Ilse Peter, Peter Stroh
Los pigmentos negros secados con sistemas UV, son materiales que se emplean en los recubrimientos de madera y estos han sido preparados con composiciones diferentes de pigmentos.
Combinaciones reactivas de oligomeros/monomeros con la funcionalidad alta en acrilatos y, así, una reacción de propagación de cadena intensa, con una mezcla conveniente y eficaz de onda larga y de onda corta que absorbe a los fotoiniciadores, y una selección de pigmento cuidadosa así como un ajuste cuidadoso de concentración de pigmento, hacen posible, la opacidad y el endurecimiento.
Se han obtenido buenos resultados con soporte de madera empleando el carbón negro de tamaño de partícula más grande y con anilina negra ( en diez veces el contenido de pigmento ).
Al contrario, formulaciones que contienen un estándar como el carbón mullido negro (que da muy buena intensidad de color en capas convencionales y marítimas) con malas cualidades en lo que concierne al curado. Sin embargo, las formulaciones con la anilina negra también han mostrado excelentes curados. 
Durante los últimos 10 – 20 años, exigencias ambientales han generado un gran interés en los sistemas que permiten la reducción de emisión de VOCs, y una disminución en el consumo de energía durante el secado y el endurecimiento.
Sin embargo, a pesar de las ventajas en los sistemas curables por ultravioleta, las desventajas persisten en algunas áreas. Uno de estos problemas conocidos se relaciona con la curación de capas pigmentadas.
La explicación común de estos problemas particulares es que los pigmentos, por absorber la radiación ultravioleta, compiten con los fotoiniciadores, y disminuyen su eficacia. Perturbaciones adicionales pueden estar previstas al dispersar la radiación UV por las partículas del pigmento.
Los negros de carbón, así como los pigmentos orgánicos negros, absorben la radiación, en el UV y en regiones visibles ligeras(de luz). Así pues, estos ofrecen una clara » ventana espectral » con el inconveniente de reducir la absorción para el curado UV.
Por otra parte, pigmentos negros de carbón dan la suficiente fuerza en color hasta en concentraciones de pigmento bajas, de esta forma hacen posible un compromiso entre la opacidad suficiente y el curado entre los límites de grosor de película.
En lo que concierne a las partículas de pigmento negro, el tamaño de esta partícula puede influir muy significativamente en el endurecimiento. Así, con frecuencia se recomiendan a ciertos negros de carbón un tamaño de partícula más grande para el empleo en algunos recubrimientos. Sin embargo la tersura puede ser algo inferior comparados con otros tipos de pigmentos negros.
Se debe mencionar que las propiedades de curado de recubrimientos opacos pigmentados, dependen de la formulación individual, condiciones de irradiación, reflexión del sustrato, etc. Sin embargo los tipos de fotoiniciadores, vehículos, pigmentos, también afectan a las propiedades de curado en gran parte. Por ejemplo, el oxido de bisacyl phosphine como fotoiniciador, es eficaz en recubrimientos negros pigmentados curables UV.
Para verificar la influencia de varios parámetros del sistema en las materias primas de las formulaciones sobre recubrimientos negros pigmentados en madera, se van a comparar la intensidad de color, la opacidad, y el curado del comportamiento de dos negros diferentes de carbón y un pigmento orgánico negro (la anilina negra)
Las formulaciones optimizadas han sido desarrolladas sobre la base de estos resultados.
Los materiales empleados:
Los siguientes pigmentos negros de Degussa – Hüls han sido probados:
- Carbón mullido negro con alta fuerza en color y sombra para recubrimientos convencionales y marítimos (» FW Negro De carbón 200 «)
- El carbón negro de tamaño de partícula más grande, (» Especial Negro 100 «, (Figuran 1)
- La anilina negro (» el LICENCIADO 890 «, (Figura 2
Figura 1: fotografía de microscopía electrónica del negro de un tamaño de partícula más grande, (amplificación 50,000: 1)
Figura 2: fotografía de microscopía electrónica de anilina negra (amplificación 50.000: )
La incorporación de pigmentos ha sido realizada utilizando un dissolver (empotrado como el molino de perla vertical) con bolas de dióxido de circonio con 1,6 a 2,5 mm de diámetro. Las películas aplicadas han sido con una mano de 100 micras que se corresponde con 50 micras de película seca, sobre tablero de partículas recubierto de melamina blanca.
Para la comparación se han ensayado otras muestras sobre cristal y acero.
La películas han sido curadas con una velocidad de 5 a 10 m / minuto, empleando dos lámparas de 80 W /cm, una de mercurio y otra dopada con galio.
Otra comparación que se ha realizado es con otra lámpara de 120 W / cm dopada con hierro y reflectores elípticos. Los resultados que se han obtenido en este caso han sido similares.
La dureza superficial ha sido comprobada según el procedimiento habitual, así como la resistencia a los disolventes como el acetato de etilo y el etanol con agua en la relación 1:1. Después del curado se ha evaluado la adherencia sobre el sustrato empleando la cinta adhesiva para comprobar la adherencia. Este procedimiento ha demostrado ser más efectivo que el de arranque por tracción.
La dureza tomada por el sistema del péndulo ha sido probada sobre cristal y acero con las formulaciones correspondientes.
Para ver la opacidad del resultado se han efectuado pruebas curadas sobre cristal con capas de negro sobre otras blancas. Un espectrofotómetro ha servido para evaluar el grado de transmitancia a través de la probeta de cristal.
Investigaciones realizadas y principios de formulación
Se han preparado formulaciones UV basadas en las combinaciones siguientes:
- Un poliéster acrilato trifuncional sin modificación con aminas
- Poliéster modificado con acrilato
- Poliéster acrilato flexible
- Un epoxi acrilato
- Uretano acrilato y uretano alifático hexafuncional
- Uretano acrilato y uretano alifático bifuncional flexible
Estas formulaciones (también conteniendo aditivos, fotoiniciadores, etc.) han sido usadas para comparar la antiguas formulas, variando las concentraciones » en especial los negros «, y el fotoiniciador diferente en mezcla.
De las pruebas realizadas podemos decir lo siguiente:
- El comportamiento del curado no solo depende de la formula empleada, del espesor de película o la dosis de radiación, si no, que el sustrato reflectante también actúa en el curado. Esto se explica por la absorción de los pigmentos negros y fotoiniciadores empleados.
- El grado en el que el sustrato absorbe la radiación residual y lo refleja a las capas inferiores tiene una influencia significativa sobre el curado de las capas inferiores.
- Esto tiene una correlación con los materiales que contienen unos niveles altos de pigmento blanco. Este efecto a veces permite que una película opaca pigmentada en negro, permite tener mejor resultado de curado sobre un sustrato blanco o pálido sobre otro oscuro o negro.
- Por otra parte también es posible que una formulación de película lo suficientemente curada con una flexibilidad mas alta, refleje peor en el sustrato de madera, mientras que este resultado de mejores prestaciones cuando el sustrato sea cristal o metal debido a una mejor reflexión de los rayos en el soporte.
- Para el uso sobre sustratos con un medio reflectante pobre, será necesario encontrar formulaciones de compromiso entre la opacidad y el grosor de película requerido y la necesaria adherencia exigida sobre el sustrato.
- Algunas concentraciones de negro tuvieron que ser reducidas al mínimo de lo posible comprometiendo la opacidad. El empleo de algunos negros mejoro la opacidad de las formulaciones sin afectar al curado.
- Una reducción de la velocidad de trabajo, y por consiguiente mayor dosis de irradiación, puede mejorar el curado final.
- Formulaciones con mezclas de fotoiniciadores diferentes que tengan absorciones de onda corta y larga incluso en la zona de las regiones de lo visible han sido curados usando la combinación de lámparas de Galio y mercurio. El resultado ha sido que no se han diferenciado en las propiedades de curado.
- Por otra parte, los materiales fabricados con una formulación que contiene fotoiniciadores que absorben en onda corta (2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane-1) curado a tan solo 5 metros / minuto, y usando una lámpara sin dopar, ha dado unos resultados satisfactorios
Conclusión
Los pigmentos negros de carbón y anilina negra absorben tanta radiación UV como luz visible. Esto, al igual que los efectos de destello de las partículas de pigmento lleva
a limitaciones en el curado de barnices negros opacos. En principio estos problemas se pueden resolver. Por otro lado, a través del curado de sustratos de madera o fibras de madera con poco reflejo parecen ser más difíciles que en materiales reflectantes como metal o cristal. Si la velocidad de trabajo o la dosis de radiación, respectivamente, permanecen en un rango moderado se requerirá un óptimo resultado del uso de:
- Una combinación reactiva oligomero / monómero con una alta funcionalidad acrylato y además, una reacción intensa en cadena de propagación (Se debe tomar en cuenta en consideración cierta flexibilidad).
- La formulación preferentemente sin componentes que contengan benzofenonas o grupos de amina.
- Una combinación iniciadora efectiva y ajustada ( una mezcla líquida de hydroxyketona y phosphine oxido que puede ser fácilmente incorporada)
- Un compromiso seguro con respecto a la pigmentación lo que permite a ambos la opacidad suficiente a través del curado.
En sustratos de madera, el segundo puede lograrse con ambos “Negro Especial 100” y con Anilina Negra «BS 890» mientras que las formulaciones con carbón negro «FW 200» han fracasado. La película obtenida con anilina negra era significativamente más negras y más brillantes que los que contenían “Especial Negro 100”. Sin embargo, una opacidad suficiente requiere diez veces más de porcentaje de pigmento (por peso), esto también ha influenciado en el esmalte y viscosidad.
El poder de opacidad de los materiales del barniz negro con un nivel de pigmentación bajo y suficiente para asegurar por medio del curado, incluso en sustratos poco reflectantes puede ser mejorado con extenders (10 % en peso sulfato de bario y carbonato de calcio).
