La réticulation directe par UV permet de durcir des systèmes de vernis, de peintures et de revêtements adaptés sans photo-initiateurs ou avec une teneur réduite en photo-initiateurs. L'utilisation ciblée d'un rayonnement UV à ondes courtes et à haute énergie est déterminante à cet égard.
Associé à une formulation adaptée, ce rayonnement peut favoriser directement les réactions de réticulation photochimiques. La possibilité d’un durcissement totalement exempt de photo-initiateurs dépend de la formulation utilisée, du substrat et des conditions de processus spécifiques.
Dans le cas du durcissement radicalaire classique aux UV, les photo-initiateurs absorbent le rayonnement UV et forment des radicaux. Ceux-ci déclenchent la polymérisation des composants réactifs et, par là même, la réticulation du revêtement.
La réticulation directe par UV suit une autre approche : avec des formulations adaptées, la lumière UV à ondes courtes et à haute énergie peut déclencher directement des réactions photochimiques et permettre ainsi une réticulation sans photo-initiateurs ou avec une teneur réduite en photo-initiateurs.
La faisabilité et l’ampleur de ce phénomène dépendent de la formulation concernée et des conditions de procédé. Le spectre de rayonnement, la dose d’UV et d’autres paramètres de procédé doivent donc être adaptés de manière ciblée à l’application.
L'effet du rayonnement UV sur un revêtement dépend essentiellement de sa longueur d'onde. Le rayonnement UVA, à ondes plus longues, possède une profondeur de pénétration relativement élevée et joue donc un rôle important, notamment pour la réticulation des couches profondes.
Les rayons UV à ondes courtes, en revanche, sont davantage absorbés près de la surface. Parallèlement, les photons présentent une énergie plus élevée lorsque la longueur d’onde est plus courte. Ces propriétés rendent la gamme spectrale UVC particulièrement intéressante pour certains processus de réticulation photochimiques.
Le choix de la distribution spectrale adaptée à une application dépend toutefois essentiellement de la formulation utilisée et des propriétés souhaitées pour le revêtement.
Les photo-initiateurs jouent un rôle central dans le durcissement radicalaire classique par UV : ils absorbent le rayonnement UV et forment des radicaux qui déclenchent la polymérisation des composants réactifs.
À la surface, l’oxygène présent dans l’air ambiant peut réagir avec ces radicaux et ainsi inhiber la polymérisation. Ce phénomène, appelé « inhibition par l’oxygène », peut entraîner un durcissement insuffisant de la surface et nuire aux propriétés souhaitées du revêtement.
Pour garantir un durcissement UV fiable, la formulation, le spectre UV utilisé et les conditions de processus doivent donc être harmonisés. Cela vaut en particulier pour les systèmes sans photo-initiateurs ou à teneur réduite en photo-initiateurs, dans lesquels la composition et la réactivité de la formulation jouent un rôle décisif.
Toutes les formulations durcissables aux UV ne peuvent pas être mises en œuvre sans photo-initiateurs. Pour garantir la réussite de la réticulation UV directe, la source de rayonnement, la formulation et le processus de production doivent être considérés comme un système global.
Parmi les facteurs d'influence importants, on peut citer :
Dans le cas des systèmes UV aqueux, il faut en outre tenir compte du séchage physique, c'est-à-dire de l'élimination de la teneur en eau avant la réticulation UV proprement dite.
Avec des formulations et des conditions de procédé adaptées, la réticulation directe par UV peut offrir divers potentiels technologiques et économiques :
Il convient d'évaluer, en fonction de la formulation et des conditions de processus spécifiques, lesquels de ces potentiels peuvent être exploités dans une application concrète.
Les longueurs d'onde plus courtes suscitent également un intérêt croissant dans le domaine de la technologie LED UV. Alors que les systèmes industriels à LED UV fonctionnent actuellement principalement dans la gamme UVA, les LED UVC pourraient ouvrir à l'avenir de nouvelles perspectives pour le durcissement ciblé des surfaces.
Le rayonnement UVA peut pénétrer relativement profondément dans les revêtements, tandis que le rayonnement UVC est davantage absorbé près de la surface. À long terme, la combinaison de différentes longueurs d’onde pourrait donc s’avérer particulièrement intéressante pour adapter de manière spécifique le durcissement en profondeur et le durcissement en surface l’un à l’autre.
Cependant, les LED UVC n’ont pas encore atteint le niveau de maturité technologique et de performance des systèmes à LED UVA bien établis. De plus, le choix des longueurs d’onde et des combinaisons appropriées dépend fortement de la formulation et de l’application spécifiques.
Avec FREEcure, IST METZ propose une solution UV pour le durcissement sans photo-initiateur ou à teneur réduite en photo-initiateur de formulations adaptées.
FREEcure utilise une lampe UV à moyenne pression spécialement conçue, présentant une proportion accrue de rayonnement UV à ondes courtes. Le spectre de rayonnement est conçu pour favoriser les processus photochimiques essentiels à la réticulation directe.
FREEcure peut ainsi être utilisé aussi bien pour des systèmes 100 % UV spécialement formulés que pour des systèmes UV aqueux. La possibilité de se passer complètement de photo-initiateurs ou d’en réduire la proportion dépend de l’application et de la formulation concernées.
