Oggi sono sempre piu’ numerose le proposte di apparecchi a luce led per la polimerizzazione di materiali fotosensibili, ma come capire cosa ci stanno proponendo?
Come costruttori di questo tipo di apparecchi riceviamo quotidianamente richieste di chiarimenti su queste problematiche in quanto i produttori di compositi e resine specificano quali range di frequenza sono corretti per i loro prodotti ma spesso sono poco precisi e generici oppure utilizzano terminologie incomprensibili.
La polimerizzazione UV è un processo di fotopolimerizzazione che utilizza l’energia UV per
cambiare una formulazione di solidi non reticolati in una di reticolata.
Dopo l’assorbimento dell’energia UV, i fotoiniziatori producono
radicali liberi che iniziano la reticolazione con i leganti (monomeri
e oligomeri) in una reazione di polimerizzazione per indurire e solidificare il materiale. Le formulazioni UV incorporano anche vari additivi quali stabilizzanti, bagnanti, promotori di adesione, e pigmenti per fornire caratteristiche o colore desiderati
al materiale polimerizzato.
Le sorgenti luminose UV LED convertono in modo efficiente il 20-40% della potenza elettrica in ingresso in luce UV utilizzabile senza esposizione ai raggi UV-C dannosi o agli infrarossi. Tale efficienza si traduce in circa l’80% di risparmio energetico e termico rispetto alle lampade a base di mercurio.
Da questo possiamo capire che a parita’ di efficacia la potenza dichiarata su di un apparecchio a led e’ molto piu’ bassa rispetto ad un apparecchio equivalente a lampade tradizionali.
Ci sono tre parametri chiave di una lampada a LED che dovrebbero essere compresi allo scopo di ottimizzare l’indurimento superficiale. L’identificazione di questi tre parametri si tradurrà nella finitura migliore , nonché in un’adesione e una polimerizzazione ottimale della superficie: irraggiamento di picco , densità di energia e frequenza.
L’irradiamento di picco, chiamato anche intensità, è la potenza radiante che arriva a una superficie per unità di area e si misura in W/cm² ( potenza)
L’irradiamento di picco è influenzato dall’uscita della sorgente di luce, dall’uso di riflettori o ottiche per concentrare i raggi in un’area di impatto superficiale più stretta e dalla distanza della sorgente dalla superficie di polimerizzazione. L’irradiazione dei LED UV sulla superficie di polimerizzazione diminuisce rapidamente all’aumentare della distanza tra la sorgente e la superficie di polimerizzazione. Fig. 1
La densità di energia, detta anche dose o densità di energia radiante, è l’energia che arriva ad una superficie per unità di area durante un periodo di tempo definito (esposizione). Un centimetro quadrato è di nuovo l’unità di superficie e la densità di energia radiante è espressa in unità di joule al cmq (J/cm²). La densità di energia è l’integrale dell’irradiamento nel tempo. Una quantità sufficiente di densità di energia è necessaria per la completa polimerizzazione.
La frequenza o lunghezza d’onda e’ un altro parametro fondamentale per una buona riuscita della polimerizzazione e si misura in Nanometri ( nm )
Normalmente i valori che sono piu’ utilizzati sono quelli che partono da 380 nm. fino a 600 nm.
Ogni produttore di compositi o resine dichiara sulla confezione del prodotto a quale frequenza deve essere sottoposto per una buona polimerizzazione. E’ importante verificare che l’apparecchio che utilizzate per la polimerizzazione possa fornire la corretta frequenza.
Per meglio specificare tuttavia e’ piu’ corretto parlare di range di frequenza, cioe’ capire quale range di Nanometri puo’ coprire il nostro apparecchio, quindi conoscere l’intervallo da – a .
Per esempio da 380 a 600 nM. e piu’ il range e’ esteso e piu’ sara facile soddisfare i bisogni del nostro materiale in termini di differenti frequenze di polimerizzazione.
Considerazioni
La polimerizzazione UV è calibrata specificatamente per ogni prodotto. Il substrato, la formulazione e l’energia UV devono essere combinati/calibrati per massimizzare la resa.
Ad esempio, raddoppiando lo spessore del materiale da 10 µm a 20 µm la resa della polimerizzazione cala drasticamente, in quanto i fotoni dovranno penetrare in maniera doppia per polimerizzare la massa. Per ovviare a questo problema dovremo aumentare il tempo di esposizione.
Ogni lunghezza d’onda ha proprietà uniche e deve essere abbinata ad un fotoiniziatore corretto per garantire una polimerizzazione adeguata. In generale una maggiore
lunghezze d’onda della luce UV determina una polimerizzazione più profonda.
Inoltre, fate attenzione alle affermazioni di marketing, come “massimo irradiamento”.
Un prodotto può avere un’irradiazione di picco maggiore rispetto a un altro
prodotto, ma potrebbe avere una densità energetica drasticamente ridotta.
Fattori determinanti per una buona polimerizzazione:
Come avrete capito non e’ facile tenere presente ogni variabile ed ottenere una buona polimerizzazione. Per semplificare un po’ le cose passo ad elencare per punti le 5 variabili che devono essere sempre considrate:
– POTENZA DELLE LAMPADE
Normalmente e’ indicata sull’etichetta dell’apparecchio.
– ESPOSIZIONE
Questo dato va richiesto al fabbricante, o a volte puo’ essere indicato sul manuale d’uso dell’apparecchio.
– FREQUENZA
E’ un dato che deve essere indicato nel manuale dell’apparecchio e solitamente viene indicato il range. Questo range deve ovviamente coprire i valori indicati per il prodotto da polimerizzare.
– TEMPO
Il tempo del ciclo di lavoro e’ da valutare al momento della lavorazione e va scelto anche tenendo conto degli spessori del materiale applicato. Normalmente si consiglia di procedere per stratificazione con strati sottili che devono essere polimerizzati singolarmente. Poi una volta finita la stratificazione si esegue una cottura finale del prodotto completato.
– CALORE
La temperatura della camera in cui si polimerizza il nostro prodotto non deve eccedere i 45/50 °C per la maggior parte dei compositi in commercio, anche se ci sono materiali che richiedono temperature piu’ alte.
Normalmente questo riscaldamento dell’area di polimerizzazione lo si ottiene dalle lampade stesse che devono essere controllate da un microprocessore o piu’ semplicemente da un termostato.
In molti casi questa temperatura e’ necessaria per una buona essiccazione del prodotto.
