Marc Eberhardt, Guillaume Jaunky – BYK
I rivestimenti polimerizzabili con radiazioni, per esempio i sistemi di polimerizzazione a raggi ultravioletti (UV) ed a fascio di elettroni (EB), sono ben noti per la rapidità dei tempi di polimerizzazione, i vantaggi per l’ambiente e la qualità superiore della finitura. Questi rivestimenti sono comunemente utilizzati nei settori della stampa e degli imballaggi per migliorare l’aspetto e la durata dei materiali stampati. Tuttavia, per ottimizzare le proprietà superficiali e ottenere una lunga durata spesso sono necessari additivi specialistici. Tra questi, gli additivi di superficie a base siliconica si distinguono per le loro peculiarità chimiche e fisiche.
CONSIDERAZIONI CHIAVE PER LO SVILUPPO DI NUOVI ADDITIVI
Lo sviluppo di nuovi additivi per sistemi polimerizzabili con radiazioni deve soddisfare un insieme eterogeneo di requisiti, in quanto gli utenti finali hanno esigenze specifiche e spesso complesse (Fig. 1).
L’IMPORTANZA DELLA FUNZIONALITÀ PER OTTENERE PRESTAZIONI APPLICATIVE OTTIMALI
Nel caso della tecnologia convenzionale, gli additivi risultanti sono una miscela di strutture polimeriche con vari gradi di funzionalità (di-, mono- o completamente non funzionali). Le strutture non funzionali e mono-funzionali non si legano adeguatamente alla matrice del rivestimento, cosicché sono soggette a migrazione attraverso l’interfaccia tra il rivestimento e l’adesivo, nella colla del nastro, cosa che incide negativamente sulle prestazioni di distacco del nastro (Fig. 2).
Per esaminare ulteriormente l’impatto della funzionalità sulle proprietà del rivestimento sono state sintetizzate strutture di additivi con diversi gradi di funzionalità, dal 100% allo 0%. A garanzia di confronti accurati, la componente polisilossanica e la modifica organica di tutte le strutture sono state mantenute coerenti in termini di peso molecolare e composizione chimica.
Tutti gli additivi da A a E sono stati incorporati (dosaggio del 5% sulla formulazione totale) in un inchiostro da stampa UV (a base di Laromer® LR 8986, Ebecryl® 210 e HDDA), assorbiti su un film in PET (Hostaphan GN 460, Pütz Folien) utilizzando un dispositivo ‘proofer’ di stampa automatico K-Lox di Erichsen con una racla a spirale da 6 μm e induriti con forno UV di essicazione “Aktiprint Mini” UV (120 W/cm2) e una velocità del trasporto di 12 m/min) in 3 passaggi consecutivi.
Per valutare la durata dei rivestimenti, sulla superficie del rivestimento è stato posizionato un dito (diametro 16 mm) di un crockmetro, (la forza verso il basso applicata è di 9 N, la lunghezza della corsa 104 +/- 3 mm), dotato di un panno privo di polvere (blu Sonatra®, Glutfelter Gernsbach GmbH) imbevuto di MEK (solvente di prova) ed è stato eseguito un numero definito di corse doppie. Inizialmente sono stati misurati i valori del coefficiente di attrito (COF) (con un Thwing-Albert FP 2260), le proprietà di distacco del nastro (in conformità ad ASTM D3330) e l’angolo di contatto (acqua) (KRÜSS DSA100 con software di imaging), dopo 10 e 40 corse doppie. In sintesi, la presenza di strutture non funzionalizzate negli additivi da B a E si riduceva in seguito alla pulizia con panni imbevuti di solvente, determinando prestazioni inadeguate dell’applicazione.
Al contrario, la struttura completamente funzionalizzata dell’additivo A è fortemente incorporata nella matrice del rivestimento e conferisce un effetto stabile e permanente.
ANALISI COMPARATIVA DEGLI ADDITIVI DI SUPERFICIE BASATI SULLA NUOVA TECNOLOGIA RISPETTO AI PRODOTTI ESISTENTI
Aspetto ottico
È stata sviluppata una nuova classe di strutture di additivi che offre numerosi vantaggi rispetto ai prodotti esistenti. Un efficace processo di produzione consente di realizzare additivi incolori, inodori e pressoché trasparenti con livelli molto bassi di silossani ciclici D4, D5 e D6 (ciascuno < 0,1%). Inoltre, questi nuovi additivi contengono il 100% di sostanza attiva e sono caratterizzati da strutture strettamente di-funzionali a elevata reattività.
Riduzione della tensione superficiale
La Tabella 2 presenta i risultati dei test degli additivi (concorrente 1, concorrente 2 e additivo 3 sono basati sulla tecnologia esistente, mentre i nuovi additivi BYK-UV per il distacco del nastro sono stati prodotti con la nuova tecnologia) a concentrazioni pari a 0,3% e 1%, utilizzando la miscela di diluente reattivo TPGDA/TMPTA (1:1) e HDDA come liquidi di prova. Le misurazioni della tensione superficiale sono state condotte con un tensiometro KRÜSS K100, utilizzando il metodo dell’anello di du Noüy.
Tutti gli additivi hanno ridotto efficacemente la tensione superficiale rispetto al controllo (privo di additivi), dimostrando il forte orientamento superficiale delle strutture a base di polisilossano.
Effetto di distacco del nastro
I cinque diversi additivi sono stati testati a tre livelli di dosaggio (0,5%, 2% e 5%) in base alla formulazione totale. Come formulazione di prova è stata selezionata una vernice da sovrastampa (OPV) con polimerizzazione UV.
Le prestazioni di distacco del nastro sono state valutate in conformità allo standard ASTM D3330, in cui valori di forza inferiori indicano migliori proprietà di distacco. Come illustrato nella Figura 4, l’additivo 3 presenta i valori di forza più elevati a tutti e tre i livelli di dosaggio, il che è indice di una minore efficacia di distacco del nastro.
Al contrario, BYK-UV 3595 ha ottenuto risultati simili al prodotto concorrente 1, mentre BYK-UV 3590 ha eguagliato le prestazioni del concorrente 2.
In particolare, entrambi i nuovi additivi BYK-UV per il distacco del nastro hanno evidenziato valide prestazioni di distacco del nastro, anche al livello di dosaggio più basso pari a 0,5%.
RIEPILOGO
Quando si sviluppano nuovi additivi di superficie siliconici per sistemi polimerizzabili con radiazioni è necessario soddisfare svariati requisiti. Facendo leva sulla propria esperienza, BYK ha introdotto due nuovi additivi reticolabili: BYK-UV 3590 e BYK-UV 3595.
Questi additivi sono degni di nota per le loro eccezionali proprietà di distacco del nastro, l’elevata scivolosità superficiale e le eccellenti capacità antischiuma negli inchiostri da stampa UV, negli inchiostri per serigrafia UV e nelle vernici da sovrastampa UV.
Entrambi gli additivi sono strettamente di-funzionali, il che riduce al minimo la migrazione dopo la polimerizzazione e offre proprietà di distacco di lunga durata. Il forte orientamento superficiale riduce significativamente la tensione superficiale, migliorando il flusso.
Inoltre, entrambi i nuovi additivi per il distacco del nastro BYK-UV sono incolori, inodori e pressoché trasparenti, con livelli molto bassi di silossani ciclici D4, D5 e D6 (ciascuno < 0,1%).
