Desarrollo de un barniz de secado por luz ultravioleta para el sector de las artes gráficas en Colombia
Autor: Díaz Gómez, Mauricio
Asesor: Giraldo Gómez, Gloria Inés (Thesis advisor)
Fecha: 2003-11
Programa: Bogotá - Medicina -Fisioterapia
Facultad: Facultad de Medicina

Resumen: El objeto de éste trabajo, es desarrollar un barniz de curado ultravioleta para el sector de las Artes Gráficas con la compañía Química Vulcano S.A. Todas las actividades industriales encaminadas a la producción de los impresos, se comprenden hoy bajo el nombre de Artes Gráficas; nombre general, que abarca así la preparación, ejecución, acabado y presentación de todo trabajo y obra impresa. Un barniz se denomina como una sustancia que aplicada correctamente sobre una superficie compatible, forma una fina película protectora. El mecanismo de formación de la película en el barniz UV se realiza mediante un enlace químico bajo la irradiación de rayos UV a una longitud de onda entre 250-400nm, que se logra en fracciones de segundo. Cuando las sustancias del barniz no reciben suficiente radiación UV, permanece pegajoso y blando, emitiendo un olor intenso e irritante. Las características después del secado son aún mejores, produciendo un terminado suave, duro y brillante que está normalmente bien adherido al substrato y no emite olor. El barniz UV produce un brillo más alto que el barniz normal tanto que parece una plastificación y no es tan costoso. En el caso de las maderas los barnices se emplean para evitar el ataque de insectos y la humedad principalmente, en el sector automotor se utiliza para generar brillo y protección a la pintura por la acción del sol hacia los pigmentos que son degradados, y por otro lado en las artes gráficas se utiliza para realzar la estética y belleza de los colores en los diferentes productos de impresión. En casos especiales los barnices son utilizados para resistir sustancias químicas específicas. / Abstract: The objective of this process is to obtain a ultraviolet varnish for the graphic arts sector with the Chemical Company Vulcano S.A. All the industrial activities are focused on the production of the graphic arts which is its general name. This covers the preparation, execution, finish and presentation of the product. A varnish is said to be a substance that correctly applied on a compatible surface, produces a thin protecting coating. The creative mechanism of coating in the UV varnish is made by a chemical union under the irradiation of UV rays at a wave length between 250-400nm, which is obtained in seconds fractions. When the substances in the varnish do not receive enough UV irradiation, it remains soft and sticky, emitting and intense and irritating smell. The features after drying it are even better, producing a caring, hard, and shiny finish which is normally well pasted to the substrate and doesn’t emit any smell. The UV varnish produces a higher shine that the normal varnish that it seems to be plastified and it’s not so expensive. In the case of wood the varnishes are used to avoid the insects attack and mainly wet, in the automovil sector it is used to generate shine and protection to the painting because of the sun action against the pigments which are degradated, on the other hand in graphic arts it is used to improve the colors a esthetics and beauty in the different printing products. In some special cases the varnishes are used to tolerate specific Chemical Substances.

DESARROLLO DE UN BARNIZ DE SECADO POR LUZ ULTRAVIOLETA PARA
EL SECTOR DE LAS ARTES GRÁFICAS EN COLOMBIA
MAURICIO DÍAZ GÓMEZ
CÉSAR AUGUSTO SABOYÁ CALLEJAS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
INGENIERÍA QUÍMICA
MANIZALES, NOVIEMBRE DE 2003DESARROLLO DE UN BARNIZ DE SECADO POR LUZ ULTRAVIOLETA PARA
EL SECTOR DE LAS ARTES GRÁFICAS EN COLOMBIA
MAURICIO DÍAZ GÓMEZ
CÓDIGO 397513
LÍNEA DE PROFUNDIZACIÓN EN INGENIERÍA AMBIENTAL
CÉSAR AUGUSTO SABOYÁ CALLEJAS
CÓDIGO 397055
LÍNEA DE PROFUNDIZACIÓN EN INGENIERÍA AMBIENTAL
Modalidad
PASANTÍA
Director
Luis Ignacio Rodríguez Varela
Ingeniero Químico
Profesor Ingeniería de Procesos U.N. Sede Bogotá
Director Ad Hoc
Milton Andrade Giraldo
Ingeniero Químico
Director Línea Gráfica Química Vulcano S.A.
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MANIZALES
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
INGENIERÍA QUÍMICA
MANIZALES, NOVIEMBRE DE 2003Nota de aceptación
__________________________
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__________________________
Jurado
__________________________
Jurado
Manizales, Noviembre de 2003.A Dios.
A Nuestros Padres.AGRADECIMIENTOS
Mauricio Díaz Gómez y César Augusto Saboya Callejas autores del trabajo, expresan
sus agradecimientos a:
Ingeniero Luis Ignacio Rodríguez Varela, Director del Trabajo de Grado.
A la Universidad Nacional de Colombia.
A Química Vulcano S.A.
Personas que con su trabajo y dedicación hicieron posible la realización de este trabajo.TABLA DE CONTENIDO
1. RESUMEN 1
2. INTRODUCCIÓN 2
3. MARCO TEÓRICO 3
3.1. Generalidades 3
3.2. Polimerización por radicales libres 6
3.3. Polimerización catiónica 7
3.4. Entrecruzamiento 8
4. ANTECEDENTES 9
5. DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE CURADO
QUE PERMITE LA MAS ADECUADA DOSIFICACIÓN DE
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA 13
5.1. Calibración de la banda de curado 13
5.2. Selección de los substratos 15
5.3. Máxima velocidad de curado 18
5.4. Determinación de la mejor dosificación de radiación UV sobre el substrato 31
6. PREPARACIÓN DE FORMULACIONES 33
6.1. Revisión bibliográfica que permite conocer los componentes de los barnices UV 33
6.1.1. Oligómeros 33
6.1.1.1. Epoxi-acrilatos 34
6.1.1.1.1. Epoxi-acrilatos difuncionales aromáticos 35
6.1.1.1.2. Epoxi-acrilatos acrilatados en aceite 35
6.1.1.1.3. Epoxi-acrilatos novolac 35
6.1.1.1.4. Epoxi-acrilatos alifáticos 36
6.1.1.1.5. Epoxi-acrilatos varios 36
6.1.1.2. Acrilatos Uretánicos 366.1.1.2.1. Funcionalidad 37
6.1.1.2.2. Tipo de isocianato 37
6.1.1.2.2.1. Monoisocianatos 37
6.1.1.2.2.2. Diisocianatos 38
6.1.1.2.2.3. Isocianato polimérico 38
6.1.1.2.2.4. Tipo de modificante poliol 39
6.1.1.2.3. Peso molecular 39
6.1.1.3. Poliéster acrilatos 39
6.1.1.4. Poliéter acrilatos 40
6.1.1.5. Amino polieter modificados acrilatos 41
6.1.1.6. Acrilatos acrílicos 41
6.1.1.7. Acrilatos varios 41
6.1.2. Monómeros 42
6.1.2.1.Corta descripción de los monómeros 42
6.1.3. Fotoiniciadores 44
6.2. Parámetros necesarios para conocer una buena formulación 44
6.3. Formulaciones existentes de barnices ultravioleta 47
6.3.1. Barniz sobreimpresión para papel no penetrante y de baja irritación 48
6.3.2. Recubrimiento base para papel melamina 50
6.3.3. Barniz de acabado final resistente al rasguño para madera 51
6.3.4. Barniz final de bajo brillo para madera 52
6.3.5. Barniz para PVC de baja irritación 53
6.3.6. Barniz para policarbonato recubierto con poliuretano blanco 54
6.3.7. Barniz para poliestireno resistente al impacto 56
6.3.8. Barniz para poliolefinas 56
6.3.9. Barniz resistente a químicos para acero 57
6.3.10. Formulación base solvente para aluminio y acero 58
6.4. Proveedores de materia prima 59
6.5. Selección del proveedor de materia prima 60
6.6. Compra de materia prima 616.7. Alternativas de formulación 62
6.8. Preparar el barniz UV con las materias primas y formulaciones seleccionadas 64
7. SELECCIÓN DE LA FÓRMULA QUE CUMPLE
LA RELACIÓN COSTO CALIDAD MAS ADECUADA
AL MERCADO COLOMBIANO 66
7.1. Selección de las formulaciones que superaron los controles de calidad 66
7.2. Establecer la formulación que hace posible la mejor relación costo – calidad 79
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS 81
9. CONCLUSIONES 83
10. SUGERENCIAS 85
11. BIBLIOGRAFÍA 86
12. ANEXOS 88INDICE DE GRAFICAS
Gráfico 5.1. Curva de calibración de la banda UV 15
Gráfico 5.2. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre pp a 4µm 21
Gráfico 5.3. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre pp a 8µm 21
Gráfico 5.4. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre pp a 12µm 22
Gráfico 5.5. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre pe a 4µm 25
Gráfico 5.6. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre pe a 8µm 25
Gráfico 5.7. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre pe a 12µm 26
Gráfico 5.8. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre aluminio a 4µm 28
Gráfico 5.9. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre aluminio a 8µm 28
Gráfico 5.10. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre aluminio 12µm 29
Gráfico 5.11. Dosificación de radiación en función de la velocidad 32
Gráfico 7.1. Curva de amarillamiento del barniz #3 sobre pp a 12µm 67
Gráfico 7.2. Curva de amarillamiento del barniz #3 sobre pe a 12µm 69INDICE DE FIGURAS
Figura 3.1. Síntesis por radicales libres 6
Figura 3.2. Polímeros sin entrecruzamiento 8
Figura 3.3. Polímeros con entrecruzamiento 8
Figura 4.1. Consumo por sectores de productos UV 10
Figura 4.2. Consumo por año de productos UV 11
Figura 4.3. Consumo de barniz UV 11
Figura 5.1. Vista lateral equipo de curado 13INDICE DE TABLAS
Tabla 3.1. Tipos de radiación 3
Tabla 5.1. Datos de calibración de la banda UV 14
Tabla 5.2. Tensión superficial de los substratos utilizados 17
Tabla 5.3. Pruebas de calidad sobre polipropileno 20
Tabla 5.4. Pruebas de calidad sobre polietileno 24
Tabla 5.5. Pruebas de calidad sobre lámina de aluminio 27
Tabla 5.6. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min 30
Tabla 5.7. Dosificación de radiación en función de la velocidad 31
Tabla 6.1. Criterios de selección de proveedores 60
Tabla 6.2. Posibles formulaciones de barniz UV 63
Tabla 6.3. Formulaciones seleccionadas para preparar el barniz UV 65
Tabla 6.4. Propiedades físicas de cada formulación. 65
Tabla 7.1. Prueba de calidad sobre pp para la fórmula #3 66
Tabla 7.2. Prueba de calidad sobre pe para la fórmula #3 67
Tabla 7.3. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min 69
Tabla 7.4. Pruebas de calidad sobre pp para la fórmula #5 70
Tabla 7.5. Pruebas de calidad sobre pe para la fórmula #5 71
Tabla 7.6. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min 72
Tabla 7.7. Pruebas de calidad sobre pp para la fórmula #8 73
Tabla 7.8. Pruebas de calidad sobre pe para la fórmula #8 74
Tabla 7.9. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min 75
Tabla 7.10. Pruebas de calidad sobre pp para la fórmula #10 76
Tabla 7.11. Pruebas de calidad sobre pe para la fórmula #10 77
Tabla 7.12. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min 781. ABSTRACT
The objective of this process is to obtain a ultraviolet varnish for the graphic arts sector
with the Chemical Company Vulcano S.A.
All the industrial activities are focused on the production of the graphic arts which is its
general name. This covers the preparation, execution, finish and presentation of the
product.
A varnish is said to be a substance that correctly applied on a compatible surface, produces
a thin protecting coating. The creative mechanism of coating in the UV varnish is made by
a chemical union under the irradiation of UV rays at a wave length between 250-400nm,
which is obtained in seconds fractions. When the substances in the varnish do not receive
enough UV irradiation, it remains soft and sticky, emitting and intense and irritating smell.
The features after drying it are even better, producing a caring, hard, and shiny finish which
is normally well pasted to the substrate and doesn’t emit any smell. The UV varnish
produces a higher shine that the normal varnish that it seems to be plastified and it’s not so
expensive.
In the case of wood the varnishes are used to avoid the insects attack and mainly wet, in the
automovil sector it is used to generate shine and protection to the painting because of the
sun action against the pigments which are degradated, on the other hand in graphic arts it is
used to improve the colors a esthetics and beauty in the different printing products. In some
special cases the varnishes are used to tolerate specific Chemical Substances.1. RESUMEN
El objeto de éste trabajo, es desarrollar un barniz de curado ultravioleta para el sector de las
Artes Gráficas con la compañía Química Vulcano S.A.
Todas las actividades industriales encaminadas a la producción de los impresos, se
comprenden hoy bajo el nombre de Artes Gráficas; nombre general, que abarca así la
preparación, ejecución, acabado y presentación de todo trabajo y obra impresa.
Un barniz se denomina como una sustancia que aplicada correctamente sobre una superficie
compatible, forma una fina película protectora. El mecanismo de formación de la película
en el barniz UV se realiza mediante un enlace químico bajo la irradiación de rayos UV a
una longitud de onda entre 250-400nm, que se logra en fracciones de segundo. Cuando las
sustancias del barniz no reciben suficiente radiación UV, permanece pegajoso y blando,
emitiendo un olor intenso e irritante. Las características después del secado son aún
mejores, produciendo un terminado suave, duro y brillante que está normalmente bien
adherido al substrato y no emite olor. El barniz UV produce un brillo más alto que el barniz
normal tanto que parece una plastificación y no es tan costoso.
En el caso de las maderas los barnices se emplean para evitar el ataque de insectos y la
humedad principalmente, en el sector automotor se utiliza para generar brillo y protección a
la pintura por la acción del sol hacia los pigmentos que son degradados, y por otro lado en
las artes gráficas se utiliza para realzar la estética y belleza de los colores en los diferentes
productos de impresión. En casos especiales los barnices son utilizados para resistir
sustancias químicas específicas.
12. INTRODUCCIÓN
La tecnología de luz ultravioleta fue desarrollada a mediados de los años Sesenta y es usado
con éxito en la industria desde los Ochenta1, como un método revolucionario para curar
tintas de impresión. Desde ahí ésta tecnología se ha desarrollado extendiéndose al área de
los barnices y los adhesivos entre otros. Actualmente un barniz se utiliza con dos
propósitos: proteger superficies de ataques químicos y/o físicos, embellecer y realzar la
estética del producto final terminado.
En Colombia los barnices UV son utilizados por el sector maderero y de artes gráficas
principalmente. En el primer sector no hay producción nacional y en el último es
insuficiente, dado que el 80 % de éste es importado. Por lo tanto, se desarrolló un barniz
de curado ultravioleta, dadas las favorables2 condiciones del mercado Colombiano para la
producción, distribución y comercialización de éste, y ante la ausencia de productores
nacionales representativos que ofrezcan un barniz UV poseedor de una calidad y costo
favorable a las necesidades de los consumidores nacionales.
Se obtuvo un producto con una adecuada relación costo–beneficio frente al barniz UV
importado debido a que la fabricación nacional infiere una mano de obra más barata que en
países desarrollados y los aranceles de importación de las materias primas individuales con
respecto al barniz terminado son inferiores.
Éste trabajo se desarrolló en el Laboratorio de Tintas de Química Vulcano S.A, ubicado en
la ciudad de Bogotá D.C. y contó con los recursos técnicos, humanos y económicos
necesarios para la ejecución del proyecto en mención.
1 R.J. Greenslade, Coates Lorilleux International
2 Según datos suministrados por la Línea Gráfica de Química Vulcano S.A.
23. MARCO TEÓRICO
3.1. Generalidades.
La impresión de barnices para el sector de las artes gráficas esta basada en dos tecnologías
de curado, Ultravioleta y Haz de Electrones, las cuales pueden ser aplicadas en la mayoría
de los procesos de impresión. La principal característica de estos barnices es su secado
instantáneo pasando de una fase líquida a una fase sólida por medio de una reacción
química que bien pude ser iniciada por energía Ultravioleta o Haz de Electrones.
El término radiación es el termino usado parar describir el paso de la energía desde de una
fuente transmisora hacia un cuerpo receptor sin intervención de ninguna otra materia.
Cuatro tipos de radiación han encontrado lugar en el campo del curado de barnices y son:
Tabla 3.1. Tipos de Radiación
Tipo de Radiación Partícula Radiante
Microondas y Radiofrecuencia Fotón
Infrarrojo Fotón
Ultravioleta Fotón
Haz de Electrones Electrón
La radiación UV se ha conocido para iniciar procesos de curado desde hace mucho tiempo
y se han reportado resultados desde antes de 1960. Los materiales de curado UV se
polimerizan cuando se exponen a una fuente de radiación la cual actúa sobre cadenas
moleculares de monómeros, oligómeros y fotoiniciadores para formar polímeros. Los
oligómeros son creados por uniones de tres a cinco moléculas de monómeros los cuales
forman cadenas que tienen entrecruzamientos. Estas cadenas de polímeros pueden ser miles
de oligómeros y monómeros.
3La polimerización es iniciada por un componente incluido en la formulación llamado
fotoiniciador. Un fotoiniciador absorbe la energía UV y forma radicales libres o cationes y
aniones. El fotoiniciador debe recibir suficiente energía UV para romper en radicales libres,
cationes o aniones, iniciando de este modo una reacción en cadena. Estos radicales libres y
cationes poseen la suficiente energía para crear un polímero a partir de monómeros y
oligómeros.
Una reacción por radicales libres genera una reacción muy rápida que ocurre casi
instantáneamente (milisegundos) y por propósitos prácticos se considera que la reacción es
completa. Solo cantidades muy pequeñas de monómeros, oligómeros y fotoiniciadores
permanecen sin reaccionar instantáneamente y deben reaccionar muy lentamente a medida
que se difunden a través del polímero formado.
Por otro lado una reacción catiónica es más lenta y debe tomar algunos segundos hasta que
se completa. Afortunadamente los cationes son más estables que los radicales libres y por
ende duran mucho más tiempo.
Al inicio de la reacción las moléculas de monómeros y oligómeros son suficientemente
pequeñas para moverse, y por ello el estado es líquido. A medida que la polimerización
progresa las cadenas de polímeros crecen en longitud y comienzan a moverse menos,
formando un gel. En el estado de gel el polímero se solidifica pero no tiene suficiente
fuerza mecánica. A medida que la polimerización continua el entrecruzamiento ocurre y el
polímero gana resistencia mecánica. El material esta completamente curado cuando los
procesos de polimerización y entrecruzamiento están virtualmente completos. El
entrecruzamiento interconecta cadenas de carbono y como resultado provee a los polímeros
de una gran resistencia a la abrasión, temperatura y deterioro entre otros.
Los recubrimientos de tipo UV secan por polimerización y entrecruzamiento formando una
película sólida. Hay muchos mecanismos de polimerización, sin embargo actualmente solo
dos mecanismos de polimerización son usados en el curado UV: polimerización por
4radicales libres y polimerización catiónica. La radiación UV rompe la molécula
fotoiniciadora por fisión homolítica (para obtener radicales libres), o fisión heterolítica
(para obtener cationes y aniones). La fisión se refiere al rompimiento de una molécula mas
que a un átomo (éste caso no corresponde con las reacciones nucleares). Estos radicales
libres y cationes se combinan con moléculas de monómeros y oligómeros para formar un
polímero.
Las propiedades de un polímero dependen de las siguientes características:
a. Las interacciones entre las moléculas de monómero y oligómero que hacen parte de la
cadena polimérica, las cuales dependen de las características del oligomero.
b. El tipo de entrecruzamiento que es logrado por los dobles enlaces.
c. La longitud de la cadena del polímero antes de la etapa terminación. Un polímero logra
su etapa de terminación por los siguientes medios:
• Cuando una cadena se enlaza con otra, se crean dos electrones apareados los cuales no
reaccionan.
• La reacción de un electrón libre de un átomo de oxígeno con un radical libre, crea un
par de electrones apareados que no reaccionan. La presencia de moléculas de oxígeno
genera cadenas poliméricas cortas y de este modo se limita el entrecruzamiento.
• A medida que el polímero crece, la movilidad del monómero disminuye y la reacción se
detiene. Por otro lado el agotamiento de los reactantes hacen que los radicales libres
alcancen el final de su ciclo.
Los tipos de monómeros y oligómeros usados en una formulación, definen la estructura del
polímero y por lo tanto sus propiedades básicas, que son modificadas molecularmente por
el entrecruzamiento entre las cadenas poliméricas.
53.2. Polimerización por radicales libres.
Éste proceso comienza con una molécula llamada iniciadora, la cual posee la capacidad de
fragmentarse (así esto sea inusual debido a que los electrones tienden a estar apareados). A
estos fragmentos formados se le llaman radicales libres y poseen un electrón libre. Éstos
electrones libres tratarán de aparearse de modo tal, que su configuración sea más estable, y
por ello buscan a las moléculas monoméricas. A las moléculas iniciadoras que se activan
por medio de la luz ultravioleta se le llaman fotoiniciadoras y son moléculas insaturadas
(anillos aromáticos) que forman radicales libres muy fácilmente. Los electrones valentes no
son reactivos cuando están apareados; sin embargo, un electrón desapareado siempre busca
un segundo electrón. Un electrón libre es formado por fisión homolítica gracias a la
suficiente cantidad de energía UV absorbida por el fotoiniciador. Los radicales libres
existen por un tiempo determinado y ellos deben encontrar los monómeros y oligómeros
para reaccionar dentro de su periodo de vida.
UV o Electrones
Iniciación 2R R• + R•
Propagación R• + R RR•
1 1
Transferencia de Cadena RR• + AH RR H + A•
n n
Terminación R• + R• R R
n m n m
Figura 3.1. Síntesis por radicales libres
Cuando un radical libre captura un electrón de un monómero o un oligómero, ese
monómero o ese oligómero se convierte en parte del radical libre. Un electrón valente
desapareado siempre se enlaza en una reacción por radical libre otra y otra vez, hasta que
6este forma un polímero; a esto se le denomina una reacción en cadena. De este modo
monómeros y oligómeros forman polímeros que contienen largas cadenas de moléculas.
La velocidad de formación de radicales libres y por ende la velocidad de curado, es
proporcional a la intensidad de la radiación UV y la concentración del fotoiniciador. Para
un barniz aplicado con un espesor cercano a 10µm la ecuación de Lambert-Beer provee
una descripción aproximada del cambio en intensidad (I) con el espesor y la concentración.
(-K.C.L)
I=I .e
0
Donde,
I = La intensidad de radiación en la superficie
0
L = La intensidad a la profundidad L desde de la superficie
K = Coeficiente de absorción de las especies absorbidas de la radiación
C = La concentración de las especies absorbidas
3.3. Polimerización Catiónica.
Los fotoiniciadores catiónicos son moléculas insaturadas que se rompen por fisión
heterolítica bajo la acción de la radiación UV para formar cationes y aniones. En la fisión
heterolítica los fragmentos son diferentes. Los fragmentos catiónicos inician y mantienen el
proceso de polimerización, mientras que los aniones no contribuyen mucho. Los cationes
son por lo general, ácidos de Bronsted o ácidos de Lewis. Estos ácidos fuertes orgánicos
son iones positivos que donan protones o reciben electrones. Los cationes también causan
fisión parar continuar hasta que todas las moléculas del fotoiniciador sean ionizadas. Por lo
tanto una vez arrancada la polimerización esta tomará toda la superficie disponible de la
película recubierta para lograrlo.
73.4. Entrecruzamiento.
El entrecruzamiento puede resultar en la polimerización por radicales libres o en la
polimerización catiónica. Esto ocurre como parte de la polimerización cuando se unen los
oligomeros mediante grupos reactivos, como los dobles enlaces, que hacen que incremente
su tamaño con el monómero adicional. El entrecruzamiento produce resistencia mecánica,
al calor, a la deformación, al esfuerzo, y al deterioro. Las siguientes figuras ilustran las
cadenas poliméricas con entrecruzamiento y sin entrecruzamiento.
Figura 3.2. Polímeros sin entrecruzamiento
Figura 3.3. Polímeros con entrecruzamiento
84. ANTECEDENTES
Durante 1999 el mercado de la tecnología Ultravioleta creció3 un 10% en Estados Unidos,
Europa y América Latina, y se proyecta como uno de los sectores económicos con más alto
crecimiento productivo. En Estados Unidos las ventas de UV han crecido de 45000
toneladas métricas en 1995 a 70000 toneladas métricas en 1999, por ello el pronóstico de
incremento en las ventas para el periodo 2000-2005 se supone será del 8% al 10 %. La
tecnología de curado UV esta siendo usada en muchas aplicaciones industriales tales como
tintas de inyección, instrumental medico y odontológico, fibra óptica, adhesivos,
recubrimientos de automóviles, recubrimientos electrónicos, envases metálicos, discos
compactos, productos de madera, etc. El crecimiento de consumo de barniz UV se debe al
alto brillo, secado instantáneo, tiempo de curado reducido y principalmente a la
disminución de los costos de éste con respecto a la laminación con películas plásticas, el
cual actualmente cuesta $0.08 dólares americanos por metro cuadrado de superficie
aplicada4, lo cual es muy económico dadas las bondades de éste producto.
Algunos autores definen el crecimiento económico de un país de acuerdo al consumo por
año de materiales de impresión en Artes Gráficas, pues ello define la capacidad financiera
del sector industrial para realizar publicidad.
Hace 10 años en Colombia se consumían alrededor de 5 ton/mes de barniz UV,
actualmente se consumen cerca de 12 ton/mes, distribuidas en las siguientes ciudades5:
Bogotá 6 Ton/mes
Cali 3 Ton/mes
Medellín 1.5 Ton/mes
Otros 1.5 Ton/mes
3 Kenneth Lawson, Study prepared for RadTech
4 Rainer Wagner, Revista Conversión edición 6 - 2001
9De acuerdo al modo de impresión, los barnices UV pueden clasificarse en barnices para
impresión Flexográfica, impresión Letterpress, e impresión Screen y por ello es importante
conocer cual es la participación en el mercado Colombiano de cada uno de éstos. El
consumo6 de barniz UV en Colombia de acuerdo al tipo de impresión, se divide así:
Flexografía 50 %
Letterpress 30%
Screen 20%
El crecimiento7 en la utilización de la tecnología UV en el año 2002 en las principales
industrias de Estados Unidos se muestran a continuación, siendo el grupo Flexográfico el
principal entre los sistemas de impresión existentes:
Figura 4.1. Consumo por sectores de productos ultravioleta
En los últimos siete años ha crecido el consumo de productos formulados con tecnología
UV en Estados Unidos, como resultado de las diferentes clases de aplicaciones en la
industria. El aumento y masificación de ésta tecnología ha disminuido los costos de los
equipos y materias primas. El siguiente gráfico ilustra lo anterior:
5 Estudio de mercadeo realizado por Química Vulcano S.A.
6 Estudio de mercadeo realizado por Química Vulcano S.A.
7 Resultados encuesta preliminar “Status of UV/EB Curing in North America – 2002; RadTech”
10Figura 4.2. Consumo por año de productos ultravioleta.
Por otra parte, el consumo de barniz UV en las artes gráficas ha aumentado en Estados
Unidos como resultado de la utilización del producto en empaques de alimentos,
representado así una buena oportunidad para el crecimiento de éste mercado8.
Figura 4.3. Consumo de barniz ultravioleta
Los anteriores datos se elaboraron de acuerdo a los datos suministrados por 83 empresas
dedicadas a la manufactura y desarrollo de barniz UV en Estados Unidos, de los cuales los
principales productores se citan a continuación9:
8 Resultados encuesta preliminar “Status of UV/EB Curing in North America – 2002; RadTech”
9 International Market Overview Session. Gary Cohen, Executive Director, RadTech International May 2002
11• 3M
• Actinic Inc.
• Allied Photo Chemical Co.
• Buhler Inc.
• Ciba Specialty Chemicals
• Consolidated Research
• Dymax Corp.
• Elementis
• GE Silicones
• Hanovia
• INX International Ink Co.
• IST America Corp.
• Kustom Group Inc.
• Miltec UV.
• Nazdar
• Nicollet Tech Corp.
• Northwest Coatings
• R&D Coatings
• Red Spot Paint
• Rohm & Haas Company
• Sartomer
• UCB Chemicals Corp.
• UV III Systems, Inc
• UV Systems
• Xenon Corp.
125. DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE CURADO QUE PERMITE LA
MAS ADECUADA DOSIFICACIÓN DE RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
5.1. Calibración de la banda de curado.
La banda de curado UV del Laboratorio de Química Vulcano consta de las siguientes
partes:
Figura 5.1. Vista Lateral Equipo de Curado
1. Entrada del substrato.
2. Salida del substrato.
3. Entrada de aire frío.
4. Salida de aire caliente.
5. Deflector o espejo que concentra la luz UV.
6. Lámpara UV.
7. Banda de curado.
8. Encendido y apagado de la banda.
9. Encendido y apagado de la lámpara UV.
10. Regulador de velocidad de la banda.
11. Voltímetro digital del motor de la banda.
12. Amperímetro análogo de la lámpara UV.
13La calibración de la velocidad de la banda de curado se hace teniendo en cuenta la lectura
del voltaje consumido del motor, frente a la medición de la velocidad de la banda. La
velocidad de la banda se calcula midiendo la longitud de la banda (1.71 metros) y el tiempo
que demora ésta en dar una vuelta.
Velocidad = Distancia / Tiempo
1.71m s
V = *60 = 2.2m/min
46.65s min
Para lo anterior se toman los siguientes datos.
Tabla 5.1. Datos de Calibración de la Banda UV
Velocidad
Voltaje (v) Tiempo (s)
(m/min)
15 46.65 2.2
20 30.12 3.4
25 19.54 5.25
30 15.01 6.83
35 11.44 8.96
40 8.88 11.55
45 7.44 13.8
50 6.28 16.34
55 5.57 18.42
60 4.94 20.77
65 4.36 23.53
70 3.94 26
75 3.64 28.18
14Velocidad = -5.9+0.45*Voltaje
30
25
20
)nim/m(
15 dadicoleV
10
5
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Voltaje (V)
Gráfico 5.1. Curva de Calibración de la banda UV.
5.2. Selección de los substratos.
La adherencia de los barnices ultravioleta a los substratos depende en gran medida de la
tensión superficial crítica del substrato, debido a que la unión entre los dos depende de un
enlace físico mas no químico.
Los líquidos o los sólidos en la frontera de dos fases (líquido - vapor o líquido - sólido)
poseen propiedades que son diferentes a aquellas contenidas dentro de la masa del líquido
mismo. Esta diferencia resulta en un desbalance entre las fuerzas de atracción de la capa
superficial de las moléculas y las moléculas contenidas dentro del líquido.
De manera simple las moléculas de solvente en el interior del líquido pueden rodearse entre
ellas mismas en las tres dimensiones con los terminales de cargas opuestas de otras
moléculas. Así como los lados opuestos de un magneto, la moléculas interiores se orientan
para mantenerse unidas. Las moléculas que están en la superficie se comportan algo
diferente porque no tienen moléculas de líquido arriba de ellas, consecuentemente, las
15moléculas en la capa superficial compensan este desbalance de la carga ajustándose más
apretadamente entre ellos, creando el fenómeno de tensión superficial.
Existen dos reglas básicas para predecir si una combinación de barniz/película tiene
problemas relacionados con la tensión superficial:
• La óptima humectación o el máximo contacto superficial, es necesaria para la
formación de una impresión estética y con las mejores propiedades de adhesión.
• Para obtener una humectación óptima, la tensión superficial del barniz debe ser menor o
igual que la tensión superficial crítica de la película.
Para determinar la tensión superficial crítica de un sólido se examina el ángulo de contacto
por medio de líquidos de tensión superficial conocida (Ver anexo A.1.6).
Para la selección de los substratos se tuvo en cuenta los materiales más utilizados por el
mercado Colombiano10. Los Substratos sobre los cuales se imprimirán las muestras son:
• Papel Recubierto Blanco Propalcote 90-115g/m2, que se utiliza para la elaboración de
afiches, libros, volantes informativos, entre otros.
• Cartulina Recubierta Blanca Cartón de Colombia 240g/m2, que se utiliza en la
elaboración de cajas plegadizas.
• Polietileno y Polipropileno blanco, que se emplea para la impresión de etiquetas
autoadhesivas.
• Lámina de Aluminio, que se destina para la elaboración de tapas de aguas, jugos y
refrescos.
• Lámina de Poliestireno, para publicidad exterior.
10 Según Recomendación de Química Vulcano S.A.
16A los substratos seleccionados se les mide la tensión superficial, porque de ello dependen
las características finales de adherencia del producto impreso. Para conocer la tensión
superficial de cada substrato se realizó el procedimiento adjunto en el anexo A.1.6.
Tabla 5.2. Tensión superficial de los substratos utilizados.
Propiedades Espesor (mm) Tensión
Superficial
Substratos (dinas/cm)
Papel Blanco Propal 90 0.1 44
g/m2
Cartulina Blanca 0.625 48
Cartón de Colombia
240 g/m2
Polietileno Blanco 0.16 30
Polipropileno Blanco 0.12 32
Poliestireno Blanco 0.32 40
Lámina de Aluminio 0.047 33
Dado lo anterior, se deduce que entre mas elevada sea la tensión superficial del substrato,
más fácil es la adherencia del barniz. La tensión superficial óptima de los substratos para la
impresión debe ser mayor o igual a 38 Dinas.
Las poliolefinas (polietileno, poliprolpileno y poliestireno) son por lo regular substratos de
difícil adherencia debido a su baja tensión superficial. Según los datos de tensión
superficial de la tabla 5.2, se deduce que el polipropileno, polietileno y la lámina de
aluminio son los substratos de más difícil adherencia, mientras que el poliestireno es de
fácil adherencia debido a que posee un tratamiento de corona que consiste en crear un
campo eléctrico alrededor de la película para oxidarla y con ello elevar la tensión
superficial. Por ello solo se imprimieron las formulaciones seleccionadas de barniz sobre
estos substratos (baja tensión superficial crítica). Sin embargo los substratos de fácil
17impresión se probaron también con las formulaciones que superaron los controles de
calidad de los substratos difíciles.
5.3. Máxima velocidad de curado.
El conocimiento de la máxima velocidad de curado es importante, porque con ella se
pueden representar las condiciones de operación en máquina, que hacen el proceso de
manufactura más productivo. Para obtener la máxima velocidad de curado, tomamos como
estándar el barniz de la compañía Industrial Innovation con referencia Arocoat 5132, que es
nuestro punto de comparación para las formulaciones realizadas. Éste barniz es de
reconocida calidad en el mercado de las Artes Gráficas y lo representa Química Vulcano en
Colombia. (Ver anexo A.4).
Para conocer la máxima velocidad de banda a la cual se puede curar un barniz UV, se debe
realizar el siguiente procedimiento:
a. Tomamos 2 mL del barniz Arocoat 5132 y se aplica sobre la plancha del simulador de
impresión, llamado Little Joe (Ver anexo A.3).
b. Se escoge un tipo de substrato y se imprime la muestra de barniz UV. El simulador
puede reproducir aplicaciones con tres tipos de películas (4µm, 8µm y 12µm), comunes
en las máquinas de impresión.
c. Se coloca la muestra impresa en la banda de curado a una velocidad determinada. No
debe transcurrir más de 10 segundos entre la etapa de impresión y la de curado.
d. Para comprobar la calidad de la muestra impresa, se realizan las siguientes pruebas a los
tres tipos de espesores de película obtenidos:
• Prueba de brillo: Lo realiza un equipo (Horiba IG 330), que mide la capacidad de una
superficie para reflectar la luz (brillo). La medida de un brillo aceptable se estima en
60º como mínimo y puede llegar hasta 90º en excelentes casos11. (Ver anexo A.3).
11 Notas Sicpa. Ph.D. San Lee. Barnices base UV.
18• Prueba de adherencia: Se realiza con la sujeción de cinta transparente Scotch a la
superficie y luego se retira rápidamente en forma perpendicular al plano donde está el
substrato. (Ver anexo A.1.1).
• Prueba de scratch: Se realiza un “raspado” de la superficie impresa con la uña por diez
ciclos. No deben quedar residuos del barniz en la uña. (Ver anexo A.1.2).
• Prueba de fricción: Se comprueba la resistencia del barniz al roce de una superficie
impresa contra otra igualmente impresa. Estas superficies deben estar libres de grumos,
rugosidades o cualquier material extraño que pueda rallar la superficie. (Ver anexo
A.1.3).
• Prueba de permanganato: Se mide el nivel de curado, gracias al amarillamiento
producido por éste oxidante, que es medido con un Espectrodensitómetro (Ver anexo
A.1.4, A.2 y A.3).
• Prueba al choque térmico: Se evalúa la resistencia del barniz aplicado de los distintos
substratos a soportar los distintos cambios de temperatura. (Ver anexo A.1.5).
e. Se repite el procedimiento anterior a otras velocidades de banda, hasta encontrar la
velocidad máxima más adecuada.
19Tabla 5.3. Pruebas de calidad sobre polipropileno.
Velocidad m/min
3.4 5.25 6.83 8.96 11.5 13.8 16.3 18.4 20.7 23.5 26
Prueba
Brillo 92 97 96 97 93 98 96 98 96 93 92
Adhesión O O O O O O O O O O O
Scratch O O O O O O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O O O O O O
4
KMnO 0.46 4.25 7.02 12.56 13.59 14.97 20.53 22.32 23.5 23.8 24.9
4
Choq Térm O O O O O O O O O O O
Brillo 96 98 92 99 97 97 97 97 98 96 97
Adhesión O O O O O O O O O O O
Scratch O O O O O O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O O O O O O
8
KMnO 1.81 3.18 7.23 8.92 12.48 13.65 17.3 19.6 20.74 22.68 25.52
4
Choq Térm O O O O O O O O O O O
Brillo 97 98 97 99 98 96 97 97 93 98 98
Adhesión O O O O O O O O O O O
Scratch O O O O O O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O O O O O O 21
KMnO 1.1 3.41 10.25 12.37 13.16 17.98 19.41 21.67 22.41 23.6 25.54
4
Choq Térm O O O O O O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
2030
25
20
15 *bD
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.2. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre polipropileno a 4µm.
25
20
15
*bD
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.3. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre polipropileno a 8µm.
2130
25
20
15 *bD
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.4. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre polipropileno a 12µm.
De acuerdo a las características de las curvas de amarillamiento para el polipropileno sobre
los tres espesores de película, es evidente que el curado del barniz disminuye a medida que
aumenta la velocidad de la banda, pues el tiempo de exposición a la energía ultravioleta es
menor. Si quedan más enlaces sin reaccionar debido al poco tiempo de exposición al UV,
entonces el permanganato tendrá mas posibilidades de oxidar los enlaces que no se unieron
y por ello el amarillamiento aumenta. A pesar de esto el barniz superó todos los controles
de calidad, lo cual indica que el grado de curado esta dentro de un rango permisible.
El barniz Arocoat 5132 (Ver anexo A.4), opera a una velocidad máxima de 25m/min (según
recomendación del fabricante), sin embargo la máxima velocidad a la que se trabajó fue de
26m/min (velocidad máxima del equipo), velocidad a la cual el barniz superó todas las
pruebas de calidad. En las gráficas 5.2, 5.3, y 5.4, se observa que el amarillamiento a
26m/min tiene un valor aproximado de 25, para los tres espesores de película.
Aparentemente el curado del barniz no depende del espesor de película, pero lo que pasa es
22que no se pudo reproducir condiciones limites, para evaluar ampliamente este punto.
Debido a la limitación en la velocidad de la banda no se pudo conocer el valor límite de
velocidad en el cual las pruebas de calidad del barniz comienzan a ser falentes. Entonces,
para este caso la máxima velocidad de curado es la máxima velocidad de la banda. De
todos modos las pruebas realizadas superan los valores de velocidad recomendados por el
fabricante.
El brillo del barniz sobre polipropileno fue excelente, tanto que el valor mínimo fue de 92º
y fue relativamente constante a las distintas velocidades de curado y espesores de película.
23Tabla 5.4. Pruebas de calidad sobre polietileno.
Velocidad m/min
3.4 5.25 6.83 8.96 11.5 13.8 16.3 18.4 20.7 23.5 26
Prueba
Brillo 65 82 83 84 75 68 77 74 74 70 72
Adhesión O O O O O O O O O O O
Scratch O O O O O O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O O O O O O
4
KMnO 2.65 2.81 7.3 11.04 14.91 21.92 22.3 22.9 23.41 24.18 24.59
4
Choq Térm O O O O O O O O O O O
Brillo 79 75 84 83 79 80 67 75 73 74 67
Adhesión O O O O O O O O O O O
Scratch O O O O O O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O O O O O O
8
KMnO 2.11 2.79 6.33 10.6 13.52 18.47 20.94 23.03 24.1 25.13 26.46
4
Choq Térm O O O O O O O O O O O
Brillo 88 84 87 82 84 75 77 75 75 80 82
Adhesión O O O O O O O O O O O
Scratch O O O O O O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O O O O O O 21
KMnO 2.41 2.76 6.88 9.45 13.9 17.37 18.35 24.33 24.5 24.7 25.21
4
Choq Térm O O O O O O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
2430
25
20
15 *bD
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.5. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre polietileno a 4µm.
30
25
20
15 *bD
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.6. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre polietileno a 8µm.
2530
25
20
15 *bD
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.7. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre polietileno a 12µm.
Al igual que en el polipropileno, el amarillamiento del barniz sobre polietileno resultó de
las mismas características, indicando así que el curado del barniz no depende del substrato,
sino de la naturaleza misma del barniz. El efecto de adherencia del barniz al substrato se
debe a una unión física y no a una unión química.
Con respecto al brillo se observó que los valores fueron aceptables, y el valor más bajo fue
de 65º. La diferencia de brillo del polietileno con respecto al polipropileno se debe a dos
motivos. En primer lugar el polipropileno tiene un brillo de 87º y el polietileno de 84º y el
segundo, que la tensión superficial del polipropileno es de 32 dinas/cm y el polietileno de
30 dinas/cm (Ver tabla 5.2), lo que significa que el polipropileno es ligeramente más fácil
de imprimir que el polietileno, y por ello en el momento de la impresión el barniz nivela
mejor sobre el substrato y el brillo es superior.
26Tabla 5.5. Pruebas de calidad sobre lámina de aluminio.
Velocidad m/min
3.4 5.25 6.83 8.96 11.5 13.8 16.3 18.4 20.7 23.5 26
Prueba
Brillo 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Adhesión O O O O O O O O O O O
Scratch O O O O O O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O O O O O O
4
KMnO -1.18 -2.15 0.61 3.22 -1.02 6.69 8.65 6.77 11.6 15.01 9.11
4
Choq Térm O O O O O O O O O O O
Brillo 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Adhesión O O O O O O O O O O O
Scratch O O O O O O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O O O O O O
8
KMnO -1.36 1.21 0.49 -2.86 -0.17 5.82 0.54 4.97 6.9 8.68 6.93
4
Choq Térm O O O O O O O O O O O
Brillo 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Adhesión O O O O O O O O O O O
Scratch O O O O O O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O O O O O O 21
KMnO -1.86 2.05 0.7 1.65 3.36 5.6 4.65 4.87 12.13 3.56 17.73
4
Choq Térm O O O O O O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
2716
14
12
10
8
6 *bD
4
2
0
0 5 10 15 20 25 30
-2
-4
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.8. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre aluminio a 4µm.
10
8
6
4
*bD
2
0
0 5 10 15 20 25 30
-2
-4
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.9. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre aluminio a 8µm.
2820
15
10
*bD
5
0
0 5 10 15 20 25 30
-5
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.10. Curva de amarillamiento del barniz impreso sobre aluminio a 12µm.
Los datos de amarillamiento sobre la lámina de aluminio no se pudieron determinar
apropiadamente, debido a que el espectrodensitómetro no funciona bien sobre substratos
metalizados y colores fluorescentes. Para la correcta medición se requiere un
espectrodensitómetro de geometría esférica. Sin embargo, ya se comprobó con el
polipropileno y el polietileno que el curado del barniz no depende del tipo de substrato.
Por otro lado la lectura de brillo sobre la lámina de aluminio en todos los casos fue de
100º, o sea el caso de brillo máximo, que se debe a que dicha lámina es prácticamente un
espejo e idealmente reflecta toda la luz.
29Tabla 5.6. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min.
Substrato Cartulina 240
Poliestireno Papel 90 g/m2
Prueba g/m2
Brillo 88 33 21
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O
4
KMnO 21.57 19.33 30.88
4
Choq Térm O O O
Brillo 92 48 23
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O
8
KMnO 17.1 23.05 26.23
4
Choq Térm O O O
Brillo 93 63 42
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O 21
KMnO 20.95 19.31 19.57
4
Choq Térm O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
En la tabla 5.6. se muestran los substratos de más fácil adherencia y se comprobó que los
controles de calidad fueron satisfactorios a la máxima velocidad de la banda de curado. El
30brillo en el poliestireno fue muy bueno, mientras que sobre el papel y la cartulina fue
deficiente. Esto se debe a que estos substratos poseen mucha porosidad y absorben el
barniz aplicado, disminuyendo así el brillo.
5.4. Determinación de la mejor dosificación de radiación UV sobre el substrato.
Para determinar la mejor dosificación de radiación UV sobre el substrato, se mide con un
Radiómetro (VersaProbe) la cantidad de energía entregada por unidad de área (mJ/cm2) a
distintas velocidades de banda.
Tabla 5.7. Dosificación de radiación en función de la velocidad.
Velocidad Energía
Voltaje (v)
(m/min) (mJ/cm2)
20 3.4 336.3
25 5.25 215
30 6.83 157.67
35 8.96 124.33
40 11.55 103.33
45 13.8 86
50 16.34 73.33
55 18.42 62
60 20.77 54
65 23.53 48
70 26 43
31400
350
300
250
)2^mc/Jm(
200 nóicacifisoD
150
100
50
0
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad (m/min)
Gráfico 5.11. Dosificación de radiación en función de la velocidad.
Como se observa en el gráfico 5.11, la dosificación de radiación describe una curva
exponencial decreciente, lo cual indica que existe una relación inversa entre la velocidad de
la banda y la radiación absorbida por el substrato. Entre mas baja sea la velocidad, mayor
es la exposición a los rayos UV. Como no se encontró un punto óptimo (máximo o
mínimo), entonces la mejor dosificación de radiación UV es aquella donde un barniz a su
velocidad límite de curado supere los controles de calidad. Para éste caso la mejor
dosificación es a 26 m/min que es la máxima velocidad de la banda y donde los controles
de calidad fueron superados
326. PREPARACIÓN DE FORMULACIONES
6.1. Revisión bibliográfica que permite conocer los componentes de los barnices UV.
Como la gran mayoría de los sistemas Ultravioleta y Haz de Electrones comercialmente
disponibles se basan en sistemas de curado por radicales libres, se hará énfasis en esta
tecnología. En gran medida la mayoría de los recubrimientos UV, para una variedad de
substratos que se extienden desde papel y madera a plásticos y vidrio se basa en los
acrilatos. El amplio rango de formulaciones de esta química origina principalmente que el
formulador tiene una opción entre más de cincuenta diversos diluyentes reactivos
(monómeros, oligoéteres-acrilatos etc.) y una amplia gama de oligómeros. Debido a esta
amplia gama de materias primas para formular, no es siempre fácil seleccionar las materias
primas que darán las características de funcionamiento deseadas. A continuación se
describen oligómeros, monómeros, fotoiniciadores y aditivos utilizados en barnices de tipo
ultravioleta.
6.1.1. Oligómeros.
Los oligómeros son las materias primas que pueden ser comparadas con la “resina” en un
recubrimiento clásico. La selección del oligómero es crítica. Muy a menudo, el oligómero
es el componente más importante de la formulación en peso. Debido a esto, su selección
tiene un mayor impacto en el funcionamiento final del sistema. Las características de
funcionamiento son:
• Reactividad
• Brillo
• Adherencia
• Resistencia química
• Resistencia al rayado
• Resistencia a la abrasión
33• No amarillamiento
Se desea una combinación de estas características, teniendo en cuenta el costo del barniz,
ya que es uno de los criterios más importantes a la hora de la selección.
En la química de los acrilatos, hay varias familias de oligómeros. Cada una de éstas tiene
sus propias ventajas y desventajas. Las familias principales de oligómeros son:
• Epoxi– acrilatos.
• Uretano – acrilatos.
• Poliéster – acrilatos.
• Poliéter – acrilatos.
• Amino Poliéter modificados acrilatos.
• Acrílico – acrilatos.
• Oligómeros acrilatos varios
6.1.1.1. Epoxi-acrilatos.
El nombre de esta familia de oligómeros puede conducir a la confusión. En la mayoría de
los casos, los epoxi-acrilatos no tienen ningún grupo epoxi libre remanente. Los llamados
epoxi-acrilatos se derivan de la resina base para su síntesis, una resina de epoxi. Dentro de
los oligómeros epoxi - acrilatos, hay esencialmente cinco grupos secundarios:
• Epoxi-acrilatos difuncionales aromáticos.
• Epoxi-acrilatos acrilatados en aceite.
• Epoxi- acrilatos novolac.
• Epoxi-acrilatos alifáticos.
• Epoxi-acrilatos varios.
346.1.1.1.1. Epoxi-acrilatos difuncionales aromáticos.
Los miembros más importantes de este subgrupo son los epoxi-acrilatos del Bisfenol A.
Este tipo de oligómeros tienen un peso molecular muy bajo, que les da varias características
atractivas tales como, alta reactividad, alto brillo, baja irritación. El costo de estos
productos es bajo. Esto hace de este tipo de oligómeros recomendables para una amplia
variedad de aplicaciones, desde barnices de sobreimpresión para papel y cartón, hasta
recubrimientos de madera para muebles y pisos; pero también aplicaciones de alta
tecnología como recubrimientos de discos compactos y recubrimientos de fibra óptica. Los
epoxi-acrilatos difuncionales aromáticos tienen tres desventajas principales:
• Alta viscosidad.
• Flexibilidad limitada.
• Amarillamiento en cierto grado.
Debido a esto, son menos convenientes para aplicaciones en substratos flexibles.
6.1.1.1.2. Epoxi-acrilatos acrilatados en aceite.
Estos oligómeros tienen propiedades de buena humectación de pigmento debido a la
utilización de aceite de soya, y son flexibles conjuntamente con una viscosidad
relativamente baja y un bajo costo siendo la principal desventaja su lenta velocidad de
curado. Este tipo de oligómeros se utiliza principalmente en sistemas pigmentados o de
costo reducido.
6.1.1.1.3. Epoxi-acrilatos novolac.
Son realmente productos especializados, usados principalmente en la industria electrónica
para circuitos impresos (resistentes a la soldadura) debido a su alta reactividad y excelente
35resistencia térmica. Las desventajas son la alta viscosidad, carencia de flexibilidad y costos
relativamente altos.
6.1.1.1.4. Epoxi-acrilatos alifáticos.
Son también productos especializados. Hay varios tipos de epoxi-acrilatos alifáticos
disponibles para el formulador, variando en funcionalidad, peso molecular y naturaleza
química. Las características tales como flexibilidad (buena para difuncionales, pobre para
trifuncionales o más), reactividad (buena para difuncionales, excelente para trifuncionales),
viscosidad (muy bajo para difuncionales, medio para trifuncionales) y adherencia (buena a
excelente para difuncionales) dependiendo de la funcionalidad. Algunos Epoxi-acrilatos
alifáticos difuncionales tienen la interesante propiedad de ser compatibles con el agua,
permitiendo formular sistemas diluibles en agua.
6.1.1.1.5. Epoxi-acrilatos varios.
Este grupo abarca esencialmente oligómeros especiales con ácidos grasos modificados, que
dan buenas propiedades de humectación de pigmento y por lo tanto se utilizan en tintas de
impresión y recubrimientos pigmentados. Debido a su peso molecular más alto y más baja
funcionalidad (parte del grupo acrilato se ha sustituido por ácidos grasos) estos oligómeros
no son absolutamente tan reactivos como por ejemplo los epoxi-acrilatos del bisfenol A.
6.1.1.2. Acrilatos Uretánicos.
La química de los acrilatos uretánicos es muy versátil y por lo tanto hay distintos tipos
disponibles para el formulador. Esencialmente, hay cuatro parámetros que se pueden variar
sintetizando los acrilatos uretánicos:
• Funcionalidad.
• Tipo de isocianato.
36• Tipo de modificante poliol.
• Peso molecular.
6.1.1.2.1. Funcionalidad.
Para los acrilatos uretánicos la funcionalidad varía en la práctica, entre uno y seis. De modo
general, cuanto más baja es la funcionalidad, más baja es la reactividad, mejor es la
flexibilidad y más baja es la viscosidad.
Estos oligómeros que poseen funcionalidad dos y tres son buenos componentes para
propósitos generales. Los acrilatos uretánicos monofuncionales son productos
especializados, que se utilizan para mejorar adherencia a los substratos difíciles y mejorar
flexibilidad. Estos productos son de muy baja viscosidad. Los acrilatos uretánicos de alta
funcionalidad (funcionalidad 4 o más) son productos especializados usados para mejorar
reactividad, resistencia al rasguño, resistencia química, etc. Porque tienden a ser muy altos
en viscosidad, estos productos se utilizan típicamente en niveles bajos en la formulación,
típicamente debajo del 15%.
6.1.1.2.2. Tipo de isocianato.
Esencialmente, cuatro tipos de isocianatos se usan para la síntesis de los acrilatos
uretánicos: monoisocianatos, diisocianatos alifáticos, diisocianatos aromáticos e isocianatos
poliméricos.
6.1.1.2.2.1. Monoisocianatos.
Se utilizan solo para acrilatos uretánicos monofuncionales.
376.1.1.2.2.2. Diisocianatos.
Es en gran medida, usado en la síntesis de acrilatos uretánicos. Podemos dividirlos en
diisocianatos alifáticos y aromáticos. Los diisocianatos aromáticos se utilizan para la
fabricación de los acrilatos uretánicos aromáticos. La incorporación de un diisocianato
aromático hace al acrilato uretánico más duro, le da una mejor resistencia al rasguño. Los
acrilatos uretánicos aromáticos son también significativamente más baratos que los
acrilatos uretánicos alifáticos. Esto los hace interesantes para estos usos, donde es necesario
el buen funcionamiento de un acrilato uretánico (por ejemplo buena flexibilidad o
resistencia a la abrasión), y la formulación tenga un costo más bajo. La principal desventaja
de los acrilatos uretánicos aromáticos es que tienden al amarillamiento y por lo tanto son
menos apropiados para aplicaciones de larga vida en substratos blancos o coloreados claros.
Los diisocianatos alifáticos se utilizan en acrilatos uretánicos alifáticos. Los acrilatos
uretánicos alifáticos son levemente más flexibles que los acrilatos uretánicos aromáticos
con la misma funcionalidad, un modificante poliol y un peso molecular similar. La
principal ventaja de los acrilatos uretánicos alifáticos es el hecho de que virtualmente no
amarillean y por lo tanto pueden ser utilizados para usos de larga vida, en substratos
blancos o coloreados claros. Si el modificante poliol se adapta bien, también es posible
formular sistemas con buena resistencia del desgaste por la acción atmosférica. Ejemplos
de aplicaciones de los acrilatos uretánicos alifáticos son: recubrimientos para pisos de
madera, substratos plásticos, fibras ópticas, tintas de Screen para empaques flexibles, etc.
6.1.1.2.2.3. Isocianato polimérico.
Se utilizan menos para los acrilatos uretánicos que los diisocianatos. Se emplean
esencialmente para acrilatos uretánicos de alta funcionalidad (tres o más).
386.1.1.2.2.4. Tipo de modificante poliol.
Es la base de los acrilatos uretánicos (si se utiliza uno). Los modificantes poliol varían en
tipo químico (esencialmente poliéter o poliéster), la funcionalidad (que se extiende
típicamente de dos a cuatro) y el peso molecular. Los acrilatos uretánicos de poliéter son
típicamente más flexibles que los acrilatos uretánicos de poliéster y con un costo a menudo
más bajo. Además, un acrilato uretánico de poliéter tendrá una viscosidad levemente más
baja que un acrilato uretánico de poliéster con la misma funcionalidad y aproximadamente
el mismo peso molecular. La gran ventaja de los acrilatos uretánicos del poliéster (si el
isocianato es alifático) es que tienen características de no amarillamiento excelentes, e
igualan las muy buenas características de resistencia al desgaste por la acción atmosférica.
La funcionalidad del modificante poliol determina muy a menudo (no siempre) la
funcionalidad del acrilato uretánico. Considere siempre la funcionalidad para la influencia
del modificante poliol en las propiedades.
El peso molecular del modificante poliol tiene una gran influencia en características como
reactividad, viscosidad y flexibilidad. En general, cuanto más alto es el peso molecular del
modificante poliol, más alta es la flexibilidad, más baja es la reactividad y más baja es la
viscosidad del acrilato uretánico.
6.1.1.2.3. Peso molecular.
Para los acrilatos uretánicos difuncionales y trifuncionales, el modificante poliol usado
determina sobre todo esta característica. Para acrilatos uretánicos de más alta funcionalidad
éste no es siempre el caso y por lo tanto las reglas generales para la correlación
propiedades/peso molecular pueden ser diferentes.
6.1.1.3. Poliéster Acrilatos.
Al igual que los acrilatos uretánicos, la química de los poliésteres acrilatos es versátil.
Debido a esto, una variedad de poliéster acrilatos está disponible para el formulador,
39variando en funcionalidad, base química y peso molecular. La influencia de la
funcionalidad en características tales como reactividad, viscosidad y flexibilidad es igual
que para los acrilatos uretánicos: Cuanto más alta la funcionalidad, más alta es la
reactividad, más alta es la viscosidad y más baja es la flexibilidad. La base química tiene
una influencia grande en características como reactividad, flexibilidad, estabilidad de color,
viscosidad, dureza etc. Como no se da ninguna información al formulador con respecto a
estas características, es algo difícil usarla en la formulación. Una excepción son los
poliésteres modificados con ácidos grasos que tienen excelentes propiedades de
humectación de pigmento y que por lo tanto se utilizan ampliamente para tintas de
impresión y recubrimientos pigmentados. La influencia del peso molecular en poliéster
acrilatos es a menudo diferente de la de los acrilatos uretánicos: típicamente cuanto más
alto es el peso molecular, más alta es la viscosidad. Como con los acrilatos uretánicos, la
reactividad de poliéster acrilatos de peso molecular más alto es típicamente más baja y su
flexibilidad más alta.
Los poliésteres acrilatos se hacen a menudo en un proceso solvente, que significa que el
solvente tiene que ser extraído. Esto conduce a veces a productos más altamente
coloreados. Otra desventaja de algunos tipos de poliéster acrilatos es su irritación. Esto es
particularmente cierto para bajo peso molecular, productos altamente reactivos. En
términos generales, los poliésteres acrilatos pueden ofrecer al formulador características de
funcionamiento entre los acrilatos uretánicos y los Epoxi-acrilatos.
6.1.1.4. Poliéter acrilatos.
Son muy pocos los poliéter acrilatos disponibles para el formulador. Estos productos son
típicamente “bajos a muy bajos” en viscosidad (puede ser tan bajo como un monómero de
media viscosidad) y tienen a menudo una flexibilidad muy alta. Una característica
interesante de algunos de estos oligómeros es que son compatibles con agua y por lo tanto
pueden ser utilizados en formulaciones de sistemas diluibles del agua. Las desventajas son
la pobre resistencia al agua y la pobre resistencia química. Para superar esto, los poliéter
40acrilatos se utilizan sobre todo conjuntamente con otros tipos de oligómeros o monómeros
especializados.
6.1.1.5. Amino poliéter modificados acrilatos.
Son una familia algo nueva de oligómeros. Varían en funcionalidad, base química, tipo y
grado de modificación amina y de peso molecular. Estas variaciones hacen que ésta gama
de productos exista desde una viscosidad muy baja (tan bajo como un monómero de media
viscosidad) hasta media viscosidad. Todos tienen algo en común, tienen alta reactividad e
irritación típicamente baja. Los Amino Poliéter modificados acrilatos se utilizan
típicamente con muy poco monómero o diluyente reactivo (debido a su baja viscosidad) y
sin las aminas libres o sinergistas amino acrilatadas. Aunque la resistencia al agua y la
resistencia química de los amino poliéter modificados acrilatos es mucho mejor que la de
los poliéter acrilatos, ellos todavía carecen de la flexibilidad y la dureza de los acrilatos
uretánicos. Los usos principales están en los recubrimientos de madera (muebles) y de
papel.
6.1.1.6. Acrilatos acrílicos.
Al igual que los acrilatos uretánicos, la química de los acrilatos acrílicos es muy versátil.
Las variaciones son posibles en funcionalidad, la base química (monómeros usados) y el
peso molecular. Hoy, pocos acrilatos acrílicos están disponibles para el formulador. Poseen
buena adherencia a los substratos difíciles.
6.1.1.7. Acrilatos varios.
Estos abarcan promotores de adherencia, acrilatos de melamina, acrilatos de silicona, etc.
Típicamente, éstos son productos especializados.
416.1.2. Monómeros.
Los monómeros se utilizan como diluyentes reactivos (entrecruzantes) en las
formulaciones. Por esto, son usados a menudo productos de bajo costo y multipropósito.
Sin embargo, a veces las cantidades utilizadas en la formulación son bastante altas,
especialmente en usos de la viscosidad baja. La influencia de los monómeros en las
características de funcionamiento del sistema puede ser significativa y su selección llega a
ser crítica. Los monómeros además de ser diluyentes reactivos, también son utilizados
para alcanzar una variedad de características deseadas, como mejorar adherencia,
reactividad, resistencia química, resistencia al rasguño, etc. Algunos monómeros no se
utilizan como diluyentes reactivos, sino solamente para alcanzar un efecto deseado, como
por ejemplo elevar la reactividad. Muchos monómeros están disponibles para el
formulador; incluso muchos son a veces difíciles de seleccionar. Es importante conocer las
siguientes propiedades en los monómeros a la hora de formular:
• Funcionalidad.
• Tipo de base química.
• Estructura química.
• Peso molecular.
6.1.2.1. Corta descripción de los monómeros.
A continuación se describen algunos monómeros de uso frecuente en las formulaciones de
barnices UV.
• 2-(2-Etoxi etoxi) etil acrilato. Es uno de los monómeros de más baja viscosidad. De los
monómeros monofuncionales, tiene la más alta reactividad. Buena adherencia a
plásticos.
• Nonil fenol etoxilado acrilato. Tensoactivo reactivo.
• Lauril acrilato. Monómero hidrofóbico de baja polaridad. Altamente flexible.
42• Tridecil Acrilato. Altamente hidrofóbico, el monómero de más baja tensión superficial.
Ayuda a solucionar problemas de espuma (1-3 %).
• Isodecil acrilato. Similar al tridecil acrilato, levemente más reactivo.
• 2-Fenoxi etil acrilato. Excelente diluyente reactivo, buena adherencia.
• Tetrahidrofurfuril acrilato. Mejora altamente la adherencia a los sustratos plásticos, por
que hincha los plásticos
• Isobornil acrilato. Combina un alto Tg con baja viscosidad y flexibilidad. Muy irritante.
• Poliletilenglicol 600. Diacrilato altamente flexible y diluible en agua.
• Poliletilenglicol 400. Diacrilato altamente flexible y diluible en agua aunque menos que
el anterior
• Neopentil glicol etoxilado diacrilato. Tiene bajo encogimiento, baja irritación,
altamente flexible
• Neopentil glicol propoxilado diacrilato. Posee bajo encogimiento, baja irritación, muy
baja tensión superficial.
• Tetraetilenglicol diacrilato. Alta reactividad, baja viscosidad. Alta irritación.
• Tripropilenglicol diacrilato. Diluyente reactivo de propósito general.
• Dipropilenglicol diacrilato. Alta reactividad, viscosidad baja. Alta irritación.
• 1,6 Hexanodiol diacrilato. Excelente adherencia, alta reactividad, buena flexibilidad.
Alta irritación de la piel.
• Bisfenol A etoxilado diacrilato. Oligómero de baja viscosidad. Baja Irritación, buena
dureza.
• Trimetilolpropano etoxilado triacrilato. La más baja viscosidad de todos los acrilatos
trifuncionales. Alta reactividad y baja irritación.
• Gliceril triacrilato altamente Propoxilado. Baja tensión superficial, baja irritación.
• Gliceril triacrilato propoxilado. Alta reactividad, buenas propiedades de balance con el
agua. Recomendado para impresión offset.
• Trimetehilolpropano triacrilato. Alta reactividad, excelente adherencia.
irritación/sensibilizador de la piel.
43• Pentaeritritol triacrilato. Alta reactividad, excelente resistencia al rasguño. Irritación de
la piel.
• Tri (2-hidroxietil) isocianurato triacrilato. Alta reactividad, excelente resistencia al
rasguño, especialmente para uso en sustratos plásticos sin la pérdida de adherencia.
• Pentaeritritol etoxilado tetracrilato. Baja viscosidad, alta reactividad y baja irritación
• Ditrimetilolpropano tetracrilato. Elevador de reactividad. Baja irritación
• Pentaeritritol tetracrilato. Altamente reactivo, excelente resistencia al rasguño. Alta
irritación de la piel.
• Dipentaeritritol pentacrilato. Elevador de reactividad, baja irritación y excelente
resistencia química y al rasguño.
6.1.3. Fotoiniciadores.
Los fotoiniciadores son compuestos aromáticos insaturados, como acrilatos amino
funcionales y derivados de la benzofenona, que son más sensibles a la energía ultravioleta
que los monómeros y los oligómeros. Los fotoiniciadores corresponden a un pequeño
porcentaje de la fórmula en peso, con respecto a los oligómeros y los monómeros. La
mayor cantidad de energía ultravioleta emitida es absorbida por el fotoiniciador quien
dependiendo del tipo de reacción inicia una polimerización catiónica o por radicales libres,
por ello la selección del fotoiniciador debe ser cuidadosa. La fuente de radiación
ultravioleta debe ser suficientemente intensa para poder activar el fotoiniciador y formar
radicales libres o cationes.
6.2. Parámetros necesarios para conocer una buena formulación.
Actualmente la gran variedad de compuestos poliméricos existentes en el mercado, hace de
las formulaciones una tarea difícil, debido a que se tienen muchas opciones a la hora de
formular. Existen más de cincuenta diversos tipos de monómeros y una amplia gama de
oligómeros. Como se ha dicho anteriormente el oligómero es el compuesto que aporta las
características fundamentales al barniz y por ello su alto costo en relación con el
44monómero. La composición química exacta de los oligómeros no es revelada por los
proveedores de materia prima por razones de confidencialidad, pero su selección se puede
hacer basándose en varios criterios:
• Familia química del oligómero
• Funcionalidad
• Peso molecular
La familia química del oligómero normalmente es indicada con ciertas restricciones por el
proveedor. Igual se aplica a la funcionalidad. El peso molecular es más difícil. Este se
puede deducir fijándose en las características físicas (viscosidad, flexibilidad, etc) indicadas
en la ficha técnica. De modo general, cuanto más baja es la funcionalidad, más baja es la
reactividad, mejor es la flexibilidad y más baja es la viscosidad.
La composición química de los monómeros es indicada por los proveedores, debido a que
éstos son utilizados como diluyentes reactivos, para alcanzar alguna propiedad adicional en
el barniz (adherencia, nivelación, humectación, etc) y por ello no existe secreto alguno en el
conocimiento de los monómeros.
En una formulación se pretende variar a los monómeros y no a los oligómeros. Existen
cuatro parámetros que pueden variar en la química de los monómeros:
• Funcionalidad.
Entre más alta sea la funcionalidad, más alta es la reactividad y por ende cuanto más alta es
la funcionalidad, más alto es el número de los enlaces dobles del acrilato que está
disponible para enlazar. Cuanto más baja sea la funcionalidad, más baja es la viscosidad.
Por lo tanto, los monómeros monofuncionales son diluyentes reactivos excelentes. Los
monómeros difuncionales son buenos diluyentes reactivos y los monómeros trifuncionales
son favorablemente diluyentes reactivos y los monómeros de funcionalidad múltiple son
45diluyentes reactivos pobres y son utilizados para alcanzar efectos especiales. Cuanto más
baja es la funcionalidad, mas baja es la polimerización y por esto los monómeros de
funcionalidad baja se utilizan a menudo para mejorar la adherencia a los substratos difíciles
tales como plásticos y metales.
• Tipo de base química.
Esencialmente existen tres tipos de base química (hidrocarbonados, éteres, otros).
Los monómeros hidrocarbonados tienen típicamente baja tensión superficial y esto es
particularmente cierto para los tipos mono y difuncionales. La tensión superficial baja es
importante para la humectación del substrato, que alternadamente se requiere para una
buena adherencia. Los monómeros hidrocarbonados tienen típicamente buena flexibilidad
(especialmente para los tipos mono- y difuncionales). Además, tienen muy bajo
amarillamiento y buenas características de resistencia al desgaste por la acción atmosférica,
pues son de naturaleza hidrofóbica. Los monómeros hidrocarbonados poseen una excelente
resistencia al agua.
Los monómeros de tipo éter tienen más alta polaridad que los hidrocarbonados. Debido a
esto, son a menudo mejores diluyentes reactivos, especialmente para acrilatos uretánicos,
acrilatos poliéter y poliéster. Los hidrógenos alfa en el carbono adyacente al átomo del
oxigeno-éter son removibles en reacciones de radicales libres. Debido a esto, los
monómeros del tipo éter son más reactivos que los hidrocarbonados, pero son más pobres
en características de no amarillamiento y desgaste por la acción atmosférica, pues ésta
remoción del hidrógeno es un primer paso en el proceso de degradación de la película.
En monómeros alkoxilados (oligoéter acrilato), que se han desarrollado debido a su baja
irritación, una base hidrocarbonada se combina con un grupo etoxi o propoxi. Esto
normalmente brinda ambas propiedades de estos grupos a la base hidrocarbonada y se
mejoran sus propiedades. Los monómeros etoxilados tienen más alta polaridad que los
46hidrocarbonados, y por lo tanto son mejores diluyentes reactivos. Además, por la
etoxilación removible son introducidos los hidrógenos alfa, conduciendo a una reactividad
más alta a pesar del más alto peso molecular. Los monómeros propoxilados tienen
tensiones superficiales bajas conjuntamente con una viscosidad más baja que la de los
monómeros hidrocarbonados, conduciendo a una buena humectación del substrato y por lo
tanto a una mejor adherencia a los substratos difíciles.
• Estructura química.
En términos de estructura química, existen tres posibles tipos, cíclico, ramificado y lineal.
El principal efecto de la estructura química se evidencia en la temperatura de transición
vítrea (T ) del homopolímero. Los monomeros cíclicos ayudan a formar polímeros que
g
tienen una Tg mucho más alta que los formados, por monomeros lineales o ramificados.
• Peso molecular.
El peso molecular es una característica importante de los monómeros. En términos
generales, cuanto más bajo es el peso molecular, más baja la viscosidad, más alta la
reactividad y más alta la temperatura de transición vítrea del polímero formado. Por
supuesto, al cambiar la base química o la funcionalidad, el peso molecular cambia al mismo
tiempo y el efecto total sobre las características del monómero es un equilibrio de varias
tendencias.
La selección del barniz final debe tener en cuenta la relación de la mas adecuada calidad
teniendo en cuenta el costo y el mercado.
6.3. Formulaciones existentes de barnices ultravioleta.
Los siguientes proveedores hacen parte del mercado de barniz ultravioleta a nivel mundial
y por ende las formulaciones de éste numeral hacen parte de ellos:
47• Cray Valley (1)
• Ciba (2)
• Rheox (3)
• Bayer (4)
• Elf Atochem (5)
• Basf (6)
• Byk Chemie (7)
• 3M (8)
• Goldschmidt (9)
• Dow Corning (10)
A continuación, se exponen diez formulaciones desarrolladas por los anteriores
proveedores y se estudian los principales componentes de cada aplicación, valorando sus
ventajas y desventajas.
6.3.1. Barniz sobreimpresión para papel no penetrante y de baja irritación.
Bisfenol A epoxy acrilato, 80 % en44.0%
CN104180 (1)
NPGPODA
SR9003 (1) Neopentil glicol propoxilado diacrilato 30.9%
SR355 (1) Ditrimetilolpropano tetracrilato 3.2%
CN385 (1) Benzofenona 6.0%
CN386 (1) Sinergistas amino acrilatados 9.9%
Irgacure 184 (2) Fotoiniciador 2.0%
Bentone 27 (3) Aditivo Tixotrópico 0.4%
ZnO (4) Oxido de zinc transparente 3.6%
Viscosidad a 25 °C 420 mPa.s.
Espesor: 6 µ
48Velocidad de curado (1 lamp., 12050 m/min.
W/cm.):
Brillo 60 °: 77 %
Los barnices de sobreimpresión son uno de los usos principales para trabajar UV en las
artes gráficas. En este uso, la ventaja completa se toma de algunas de las características del
curado-UV:
• Alto brillo
• Rápida velocidad de curado
• Ninguna emisión de solventes
Típicamente, esta clase de barnices son aplicadas por barnizadoras y por lo tanto son de
baja viscosidad. Uno de los problemas encontrados a veces es el uso de papel altamente
poroso y por lo tanto absorbente. Esto conduce a la absorción del barniz de baja viscosidad
en el papel resultando en bajo brillo. Usando aditivos especiales se puede solucionar el
problema: La bentonita da al barniz un cierto grado de tixotropía, que reduce la absorción
en el papel. El óxido de zinc transparente tiene un tamaño de partícula que iguala el tamaño
de los poros del papel y reduce también la absorción. El óxido de zinc transparente tiene
poco efecto en el brillo y la transparencia del barniz. Como los acrilatos irritan la piel y los
ojos, se debe tener cuidado en la higiene industrial de los impresores que no está siempre
como debe ser y los trabajadores no utilizan a menudo los guantes protectores que deben
utilizar cuando se trabaja con barnices UV. El oligómero usado aquí es el bisfenol A
diacrilato, diluido en Neopentil glicol propoxilado diacrilato. Se utiliza este oligómero por
que tiene excelente reactividad, alto brillo y baja irritación de la piel y los ojos. El
Neopentil glicol propoxilado diacrilato se usa como un diluyente reactivo, que tiene baja
irritación de la piel y los ojos, buenas propiedades de dilución, y excelente humectación del
substrato debido a su baja tensión superficial. El Dimetilolpropano tetracrilato se utiliza
para mejorar la velocidad de curado y tiene baja irritación de la piel y los ojos. La
benzofenona se usa como fotoiniciadora de curado superficial y tiene que ser utilizada en
49combinación con una amina para superar la inhibición del oxígeno, que conduciría a una
superficie pegajosa, incluso cuando está completamente curada. CN386 es un sinergista
amino-acrilatado, que evita los problemas encontrados a menudo al usar aminas libres en
barnices de sobreimpresión encima de las tintas de impresión: blanqueamiento o floración
de pigmento. Irgacure 184 se utiliza para asegurar el curado interno apropiado.
6.3.2. Recubrimiento base para papel melamina.
CN704 (1) Promotor de adhesión poliéster acrilato 49.9%
CN131 (1) Oligómero monoacrilato aromático de baja viscosidad 9.6%
SR9003 (1) Neopentil glicol propoxilado diacrilato 32.6%
SR9051 (1) Promotor de adhesión triacrilato ácido 4.0%
Irgacure 184 (2) Fotoiniciador 3.9%
Viscosidad a 25°C 1530 mPa.s.
Espesor de película 12 µ
Velocidad de curado (1 lamp., 120
11.5 m/min.
W/cm.):
El papel de melamina, es usado extensamente para aplicaciones de los muebles, es un
substrato donde es muy difícil conseguir buena adherencia con un barniz UV. Hay dos
razones para esto:
• La baja tensión superficial del substrato.
• El encogimiento del barniz UV durante la polimerización.
La formulación anterior se trabaja porque la selección de estos acrilatos trata directamente
estos dos problemas. El CN704 es un promotor de adherencia acrilatado para substratos no
porosos, que mejora la adherencia porque reduce ampliamente el encogimiento en la
polimerización del barniz. Para alcanzar este efecto, la cantidad de este producto en la
50formulación tiene que ser alta: La reducción del encogimiento trabaja solamente si los
componentes principales por porcentaje en la formulación son de bajo encogimiento. El
CN131, es Epoxi-acrilato monofuncional, que también tiene bajo encogimiento, pero
mejora la velocidad de curado de la formulación, pues es de más rápido curado que el
CN704. El Neopentil glicol propoxilado diacrilato se utiliza por que es de bajo
encogimiento y mejora aún más la adherencia y la humectación del substrato, un elemento
vital para conseguir buena adherencia a un substrato. El promotor de adherencia ácido es
usado para mejorar aún más la adherencia a este substrato tan difícil.
6.3.3. Barniz de acabado final resistente al rasguño para madera.
CN550(1) Oligómero poliéter amino modificado acrilato 53,2%
CN501(1) Oligómero poliéter amino modificado acrilato 22.8%
CN976(1) Diacrilato uretánico aromático 20%
CN385(1) Benzofenona 2.0%
Irgacure 184 (2) Fotoiniciador 2%
Viscosidad a 25 °C 2000 mPa.s.
Espesor: 12 µ
Velocidad de curado (1 lamp., 120 W/cm.): 8 m/min.
Dureza Persoz (100 µ, panel Q Acero): 70 s
Resistencia al impacto reverso (24 µ, panel Q Acero): > 100 cm
Dureza Lápiz (100 µ, panel de vidrio): 1H-2H
Los barnices UV se utilizan ampliamente en los substratos de madera, especialmente para
muebles y pisos. En esta aplicación, las velocidades de curado no son tan altas como en la
industria gráfica. Las ventajas principales del UV en estos casos son:
• Ninguna emisión de solventes.
• Curado inmediato que permite apilar o lijar inmediatamente.
51• Baja temperatura de curado.
• Alto brillo.
• Alta resistencia química.
• Alta resistencia a la abrasión.
Este ejemplo es un punto inicial de formulación para un recubrimiento final para madera,
resistente al rasguño y a la abrasión, para muebles o pisos. Para muebles, es importante
tener resistencia al rasguño y, para pisos de madera resistencia al rasguño y la abrasión. En
esta formulación, la resistencia al rasguño es alcanzada usando los oligómeros de poliéter
amino modificados acrilatos, que dan excelente curado y dureza superficiales. El CN550 es
el oligómero base. El CN501 se utiliza para reducir la viscosidad a la viscosidad de
aplicación (rodillo), sin perder la dureza superficial. El acrilato uretánico aromático es un
acrilato uretánico tipo poliéter de alto peso molecular y gracias a esto, es un producto suave
que brinda flexibilidad. La buena resistencia a la abrasión es una característica que puede
ser alcanzada usando oligómeros suaves y flexibles. Esta es la razón por la que el acrilato
uretánico aromático se utiliza en esta formulación. Como fueron usados dos poliéter amino
modificados acrilatos en esta formulación, el valor amino es suficiente para no tener que
usar ninguna amina libre, ni sinergistas en combinación con la benzofenona para obtener un
buen curado superficial. El Irgacure 184 (fotoiniciador) se utiliza en esta formulación pero
probablemente el Irgacure 651 (bencil dimetil cetal), funcione similarmente con menor
costo.
6.3.4. Barniz final de bajo brillo para madera (aplicado en vacío).
CN502 (1) Poliéter amino modificado acrilato 61%
SR9003 (1) Neopentil glicol propoxilado diacrilato 20%
CN385 (1) Benzofenona 3%
Irgacure 184 (2) Fotoiniciador 1%
Orgasol 3501EXD NAT1 (5) Agente mateante 15%
52Viscosidad a 25 °C (Copa Din 4) 47 s
Espesor de película 12 µ
Velocidad de curado (1 lamp, 120 W/cm.) 10 m/min.
Brillo 60 ° 25% (medido en cartón negro
El principal oligómero usado en esta formulación, es un poliéter amino modificado
acrilatado, que es el oligómero de viscosidad más baja disponible para el formulador. Este
tipo de oligómeros dan excelente reactividad, especialmente en el curado superficial y esto
hace que se alcancen bajos niveles de brillo, pues el brillo es el resultado de micro-
rugosidad en la superficie. Esto se logra por las partículas del agente mateante que migran a
la superficie durante el curado. Esto es más difícil si el curado superficial es alto. Por lo
tanto, más agente mateante debe ser usado, que conduce a una viscosidad más alta, que es
indeseado en esta formulación. La solución de este problema es el uso de un agente
mateante especial, que se puede utilizar en concentraciones más altas, sin resultar en una
viscosidad más alta. El Neopentil glicol propoxilado diacrilato se utiliza en esta aplicación
porque tiene una tensión superficial baja.
6.3.5. Barniz para PVC de baja irritación.
CN965 (1) Acrilato uretánico alifático 36%
SR355 (1) Dimetilolpropano tetracrilato 19%
SR9003 (1) Neopentil glicol propoxilado diacrilato 29.9%
SR285 (1) Tetrahidrofurfuril acrilato 8%
CN385 (1) Benzofenona 4%
N-metildietanolamina (6) Coiniciador 2%
Irgacure 184 (2) Fotoiniciador 1%
DC57 (10) Agente de deslizamiento 0.1%
Viscosidad a 25 °C: 480 mPa.s.
53Espesor de película: 12 µ
Velocidad de curado (1 lamp, 120
20 m/min.
W/cm.)
Resistencia al raspado con uña: Buena
La buena adherencia al PVC flexible es normalmente difícil de alcanzar debido a la
migración del plastificante. Se obtienen buenos resultados de adherencia si se logra lo
siguiente:
• Buena humectación del substrato.
• Bajo encogimiento de la película.
• Utilización de monómeros que hinchan el substrato.
El bajo encogimiento se alcanza por medio de acrilatos uretánicos poliéster alifáticos de
alto peso molecular, que no presentan amarillamiento y que hacen posible el uso en PVC
blanco o de colores claros. Obviamente, para un substrato flexible, es necesario un barniz
flexible para evitar el rompimiento y esto se logra usando el acrilato uretánico alifático. que
no es irritante. El Dimetilolpropano tetracrilato se utiliza para mejorar la reactividad y
resistencia química y tiene baja irritación. El Neopentil glicol propoxilado diacrilato posee
baja tensión superficial y por ello es un buen humectante del substrato, requisito vital para
la buena adherencia. El Tetrahidrofurfuril acrilato es un monómero que ataca levemente el
PVC, dando por resultado la formación de una red de interpenetración del polímero en la
superficie del substrato, mejorando ampliamente la adherencia. Se debe utilizar poca
benzofenona debido a que ésta aumenta el amarillamiento, y por ello se recomienda el
Irgacure 184 que es un fotoiniciador que no amarillea.
6.3.6. Barniz para policarbonato recubierto con poliuretano blanco.
CN965 (1) Diacrilato uretánico alifático 10%
54SR368 (1) Tri (2-hidroxi etil) isocianurato triacrilato 27%
SR295 (1) Pentaeritritol tetracrilato 19%
SR238 (1) 1,6 hexanodiol diacrilato 23%
SR285 (1) Tetrahidrofurfuril acrilato 14%
Darocur 1173 (2) Fotoiniciador 4%
Irgacure 184 (2) Fotoiniciador 1%
Byk 306 (7) Tensoactivo 2%
Viscosidad DIN CUP 4 a 25°C 25 s
Espesor de película 16 m/min.
Resistencia al impacto (T = 30°C/1
Buena
kg/altura = 40 cm.):
Los barnices UV son también usados como recubrimientos finales para los cascos de
motocicletas. Además de las ventajas obvias como la no emisión de solventes, rápida
velocidad de curado, los barnices UV también brindan ventajas técnicas adicionales como:
excelente resistencia química y al rasguño. Estos barnices son normalmente aplicados por
aerosol. Las dificultades principales en impresión son la baja adherencia, baja viscosidad,
no amarillamiento, y resistencia al impacto. El bajo encogimiento y el no amarillamiento
se obtiene usando un oligómero acrilato uretánico basado en poliéster alifático de alto peso
molecular. 1,6-Hexanodiol diacrilato y el Tetrahidrofurfuril acrilato son monómeros que
atacan el recubrimiento de poliuretano para dar excelente adherencia. El Pentaeritritol
tetracrilato ofrece excelente resistencia al rasguño y alta reactividad. La alta reactividad y
baja viscosidad sin perder la adherencia se alcanzan usando el THEIC triacrilato, que
mejora aún más la resistencia al rasguño. Se utilizan dos fotoiniciadores que no amarillean.
La combinación de fotoiniciadores mejora a menudo la adherencia, pues modifica la
relación de curado a través de la superficie y por lo tanto el rendimiento del curado en la
formulación.
556.3.7. Barniz para poliestireno resistente al impacto.
SR454 (1) Trimetilol propano etoxilado triacrilato 85.5%
SR238 (1) 1,6 hexanodiol diacrilato 9.5%
CN385 (1) Benzofenona 3%
N metil dietanolamina (6) Coiniciador 2%
Darocur 1173 (2) Fotoiniciador 1%
Viscosidad a 25°C: 80 mPa.s.
Espesor de película: 24 µ
Velocidad de curado(1 lamp., 120
8 m/min.
W/cm.):
Resistencia al raspado con uña: Buena
El poliestireno es otro substrato difícil de adherir para los barnices UV. La adherencia en
esta formulación es alcanzada por el uso de dos acrilatos que hinchan, un oligoéter
Trimetilolpropano etoxilado triacrilato y un 1,6-hexanodiol diacrilato. Debido a esto, la
adherencia es excelente y el barniz es de muy baja viscosidad.
6.3.8. Barniz para poliolefinas.
CN704 (1) Promotor de adherencia poliéster acrilatado 39.9%
CN965 (1) Diacrilato uretánico alifático 15%
SR9003 (1) Neopentil glicol propoxilado diacrilato 31%
CN386 (1) Sinergista amino acrilatado 9%
CN385 (1) Benzofenona 4%
Irgacure 184 (2) Fotoiniciador 1%
Fluorad FC430 (8) Tensoactivo 0.1%
Viscosidad a 25°C 1800 mPa.s.
56Espesor 6 µ
Velocidad de curado (1 lamp., 120 W/cm.): 8 m/min./L
Las poliolefinas (polietileno y polipropileno) son los substratos plásticos más difíciles para
la adherencia de los barnices UV, pues tienen tensiones superficiales muy bajas y son
totalmente inertes, que hace imposible el ataque de los acrilatos a la superficie. Por ello, las
poliolefinas (típicamente usadas para empaques flexibles) son normalmente tratadas con
flama o corona antes de barnizarse. Incluso entonces, es extremadamente difícil alcanzar la
buena adherencia. Los únicos parámetros que pueden ser utilizados son:
• Humectación del substrato reduciendo la tensión superficial.
• Bajo encogimiento en la polimerización.
El bajo encogimiento se aplica a todos los componentes en esta formulación. El Neopentil
glicol propoxilado diacrilato se utiliza como un diluyente reactivo con muy baja tensión
superficial.
6.3.9. Barniz resistente a químicos para acero.
CN704 (1) Promotor de adherencia poliéster Acrilatado 15%
CN132 (1) Oligómero diacrilato alifático de baja viscosidad 30%
CN104 (1) Oligómero Epoxi diacrilato Bisfenol A 5%
SR256 (1) 2-(2-Etoxi etoxi) etil acrilato 18.9%
SR454 (1) Trimetilolpropano etoxilado triacrilato 16.1%
SR9051 (1) Promotor de adherencia éster trifuncional ácido 7%
CN385 (1) Benzofenona 2.5%
Irgacure 184 (2) Fotoiniciador 5%
Tego Rad 2200 (9) Aditivo de deslizamiento 0.5%
57Viscosidad a 25°C: 205 mPa.s.
Espesor: 12 µ
Velocidad de curado (1 lamp, 120 W/cm): 8 m/min.
Resistencia a solventes (etanol, MEK, metil cloruro): 50 roces
Resistencia al agua: 1 hora en agua hirviendo
Flexibilidad: Buena
La adherencia a metales es también muy difícil de alcanzar con los barnices UV. La mejor
adherencia se alcanza usando promotores de adherencia ácidos, que atacan la superficie del
metal y proporciona un vínculo químico entre la superficie metálica y el barniz. El
encogimiento adicional tiene que limitarse tanto como sea posible. El 2-(2-Etoxi etil
acrilato) se utiliza en esta formulación por ser el monómero monofuncional acrilato de más
baja viscosidad y más alta reactividad. El Trimetilolpropano etoxilado triacrilato se utiliza
porque es el acrilato trifuncional de más baja viscosidad, y como es trifuncional se usa para
mejorar la adherencia. El promotor de adherencia poliéster acrilatado reduce el
encogimiento. La baja viscosidad del Epoxi acrilato alifático mejora la adherencia y la
reactividad, sin aumentar la viscosidad.
6.3.10. Formulación base solvente para aluminio y acero.
SB400 (1) Oligómero Carboxil funcional multifuncional metacrilato,
43.6%
70 % in metoxi propanol
SR399 (1) Dipentaeritritol pentacrilate 29.2%
SR9051 (1) Promotor de adherencia triacrilato acidificado 4%
CN385 (1) Benzofenona 4%
Irgacure 184 (2) Fotoiniciador 4%
MEK Solvente 12.2%
Etil acetato Solvente 3%
Condiciones de curado:
58Evaporación del Solvente: 5 min. A 70 °C
UV: 8 m/min., 1 lamp, 120 W/cm
Viscosidad a 25 °C: 260 mPa.s
Espesor de película: 24 µ
Porcentaje de no volatiles: 71.7%
Resistencia al rayado con uña: Buena
Este es un ejemplo de una formulación que contiene solvente, que puede ser aplicado por
aerosol. La adherencia se obtiene combinando un promotor de adherencia acidificado con
un oligómero funcionalizado carboxilico. El Dipentaeritritol pentacrilato es un oligoacrilato
con la funcionalidad OH- libre, que también mejora la adherencia. Este producto es
esencialmente usado para mejorar reactividad: es el acrilato disponible de curado más
rápido. Adicionalmente mejora la resistencia al rayado.
6.4. Proveedores de materia prima.
Se investigaron las diferentes compañías productoras de materias primas para barnices UV,
gracias a la ayuda de Química Vulcano S.A y sus contactos comerciales. Los proveedores
que se estudiaron fueron:
• AGI.
• UCB Chemicals Corporation.
• SARTOMER.
• BYK CHEMIE.
La selección de estos proveedores entre muchos otros, se realizó teniendo en cuenta las
relaciones comerciales de Química Vulcano con ellos y su alto prestigio en el mercado por
la calidad y los precios.
596.5. Selección del proveedor de materia prima.
Ésta selección se realiza teniendo en cuenta la localización geográfica, el tiempo de
entrega, la reputación y los costos.
Tabla 6.1. Criterios de selección de proveedores.
Proveedor Industrial AGI UCB Sartomer Byk Chemie
Innovation
Localización México Taiwan Bélgica USA Alemania
geográfica
Tiempo de 8 días 30 días 10 días 8 días 10 días
entrega
Tipo de Marítimo Marítimo Marítimo Marítimo Marítimo
transporte
Reputación Excelente Buena Buena Excelente Excelente
Costo en puerto US$4.7/Kg US$4.5/Kg US$4.2/Kg US$3.8/Kg US$25/Kg
de origen
Flete y seguro de US$0.1/Kg US$0.08/Kg US$0.08/Kg US$0.1/Kg US$0.08/Kg
transporte por 15
Toneladas
Flete y seguro de US$0.2/Kg US$0.2/Kg US$0.2/Kg US$0.2/Kg US$0.2/Kg
transporte menos
de 15 Toneladas
Impuesto de US$0.71/Kg US$0.23/Kg US$0.21/Kg US$0.19/Kg US$1.25/Kg
entrada a
Colombia
(Nacionalización)
Tiempo 8 días 8 días 8 días 8 días 8 días
Nacionalización
60Costo total para US$5.61/Kg US$4.93/Kg US$4.61/Kg US$4.19/Kg US$26.5/Kg
menos de 15
Toneladas
Costo total para US$5.51/Kg US$4.81/Kg US$4.49/Kg US$4.09/Kg US$26.3/Kg
mas de 15
Toneladas
Los costos de transporte marítimo fueron suministrados por Transborder, firma naviera, la
cual presta sus servicios a Química Vulcano S.A.
Los impuestos de entrada al país (nacionalización) para materias primas tales como
acrilatos y aditivos para tintas y barnices, pagan un impuesto del 5% sobre el costo en
puerto de origen, mientras que para el barniz terminado (el caso de Industrial Innovation) el
impuesto es del 15%. En la tabla 6.1. se muestran los costos del barniz de referencia
(Arocoat 5132) y los de los proveedores de materias primas.
Byk Chemie es el proveedor de un aditivo siliconado necesario en los barnices para su
nivelación a la hora de imprimir, por ello su alto costo.
Todas las variables evaluadas en la tabla 6.1, son favorables a Sartomer, por ello su
selección.
6.6. Compra de materia prima.
Para la realización de las formulaciones, se seleccionaron las materias primas, de acuerdo a
recomendaciones del proveedor (Sartomer) y al estudio de las formulaciones y experiencia
de otros formuladores. El tiempo de entrega de las muestras fue de ocho días y se
relacionaron los siguientes componentes:
61• CN104B80 (Oligómero) 1Kg
• CN978 (Oligómero) 1Lb
• SR492 (Monómero) 1Lb
• SR238 (Monómero) 2Lb
• SR256 (Monómero) 2Lb
• CN372 (Aminosinergista) 1Lb
• Benzofenona (Fotoiniciador) 1Lb
• Sarcure 1122 (Fotoiniciador) 4oz
• Byk Chemie (Aditivo Siliconado) 0.1Kg
6.7. Alternativas de formulación.
De acuerdo a la necesidad de Química Vulcano en desarrollar un barniz de baja viscosidad
(tipo flexográfico), baja irritación, buena reactividad, buen curado y un buen brillo, el
proveedor ha recomendado utilizar nueve componentes con las características necesarias
para lograr nuestro objetivo. De acuerdo a las propiedades de cada uno de ellos se trata de
encontrar las formulaciones que harán posible desarrollar un barniz de muy buena calidad
con un costo atractivo para el mercado.
Para el desarrollo de alternativas de formulaciones del barniz, hay que tener en cuenta las
propiedades de cada uno de los componentes, el precio y la manera como interactuan al
combinarse. Por ejemplo la viscosidad va a depender de cuanto oligómero pongamos en la
formulación; si aumentamos el porcentaje de oligómero, aumentará la viscosidad (Ver
anexo A.4).
Con base en los anteriores criterios (y a las recomendaciones del proveedor) se procedió a
calcular varias formulaciones, para hacer un análisis y seleccionar las más indicadas de
acuerdo al conocimiento de cada uno de los componentes:
62Tabla 6.2. Posibles formulaciones de barniz UV.
Mezclas
Componentes
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CN104B80 60 50 45 45 40 50 40 42.75 35 45
CN978 5 8 10 12 8 10 15 9.8 10 8
SR492 5 9 8 10 12 8.5 10 9 15 10
SR238 10.5 12 12.5 10 9.5 10 12.5 12.35 15.5 12.5
SR256 5 8.5 10 7.5 16 7 8 11.6 10 10
CN372 8 6 8 5 8 8 8 8 8 8
Benzofenona 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
Sarcure 1122 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
Byk 333 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Nota: Las formulas que aparecen en la tabla 6.2. están expresadas en porcentajes en peso.
Todas las formulaciones mostradas en la tabla 6.2 son recetas que cumplen con las
recomendaciones del proveedor de acuerdo a los efectos que se quiere lograr con cada uno
de ellos.
Como se observa en la tabla 6.2, se calcularon diez formulaciones que se evaluaron de
acuerdo a las propiedades de cada componente. Una recomendación muy importante es no
incrementar el porcentaje del CN104B80 en más del 60% ya que este oligomero es muy
rígido y el barniz puede presentar problemas de flexibilidad.
En el análisis de la mezcla número uno, se tiene un porcentaje del 60% del CN104B80 el
cual es un oligómero rígido, pero que es ayudado por el CN 978, el cual es un oligómero de
muy buena flexibilidad. A pesar de esto hay una desproporción muy grande, en donde el
barniz preparado con esta formulación, es un barniz muy viscoso con respecto a lo
requerido, además de presentar problemas de flexibilidad y curado por la cantidad
disminuida de oligómeros en la formulación.
63En el análisis de la mezcla número dos, sigue existiendo un porcentaje un poco alto de
oligómero CN104B80, aunque el porcentaje de monómeros es bueno, hay una disminución
del aminosinergista CN372 el cual es un componente muy importante para el curado del
barniz, y se recomienda que esté entre un 8%-10%. Las posibles fallas de esta formulación
es que seguramente se obtendrá un barniz con una viscosidad media, y con posibles fallas
en el curado.
En un análisis general de todas las mezclas se puede decir que las formulaciones que
posiblemente den un resultado positivo, son aquellas que contengan un porcentaje de
oligómeros entre un 45% a un 55%, dadas las condiciones de viscosidad y rigidez de estos.
Al mismo tiempo que los porcentajes recomendados para los fotoiniciadores están entre un
4% a un 6%. Y para los diluyentes reactivos o monómeros se recomienda que se encuentren
en la formulación en un 30% a un 40%.
Con base a estos criterios generales, las formulaciones escogidas para preparar en forma
experimental el barniz, fueron las mezclas número 3, 5, 8 y10.
6.8. Preparar el barniz UV con las materias primas y formulaciones seleccionadas.
Para preparar el barniz con las formulaciones seleccionadas se deben tener en cuenta las
siguientes recomendaciones:
• Los fotoiniciadores Sarcure 1122 y benzofenona deben ser mezclados aparte,
calentándolos hasta una temperatura de 70ºC, en donde la mezcla se vuelve homogénea,
éstos se deben agregar al final.
• Mezclar los componentes de menor viscosidad primero (monómeros) y luego los de
mayor viscosidad (oligómeros).
• Las preparaciones de cada fórmula se hacen para obtener una muestra de 100 gramos.
• La mezcla de todos los componentes debe ser intensa y suficiente para alcanzar una
buena homogenización, dado que las fases de los reactivos involucrados son diferentes.
64Tabla 6.3. Formulaciones seleccionadas para preparar el barniz UV
Mezclas
Componentes
3 5 8 10
CN104B80 45 40 42.75 45
CN978 10 8 9.8 8
SR492 8 12 9 10
SR238 12.5 9.5 12.35 12.5
SR256 10 16 11.6 10
CN372 8 8 8 8
Benzofenona 4 4 4 4
Sarcure 1122 1.5 1.5 1.5 1.5
Byk 333 1 1 1 1
Tabla 6.4. Propiedades físicas de cada formulación.
Mezclas Densidad Viscosidad (cp)
3 1.19 522
5 1.02 451
8 1.08 476
10 1.17 489
657. SELECCIÓN DE LA FORMULA QUE CUMPLE LA RELACIÓN COSTO
CALIDAD MAS ADECUADA AL MERCADO COLOMBIANO.
7.1. Selección de las formulaciones que superaron los controles de calidad.
A continuación se presentan los controles de calidad realizados a las formulaciones de
barniz seleccionadas.
Tabla 7.1. Prueba de calidad sobre polipropileno para la fórmula tres.
Velocidad m/min
3.4 6.83 11.5 16.3 20.7 26
Prueba
Brillo 93 92 96 98 93 94
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
4
KMnO 1.9 3.72 7.19 7.51 8.51 9.26
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 92 96 93 92 93 93
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
8
KMnO 3.7 3.48 6.09 9.39 10.46 10.64
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 90 90 96 98 94 94
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O 21
KMnO 3.47 4.16 5.24 7.55 7.83 9.7
4
Choq Térm O O O O O O
66O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
10
9
8
7
6
º 5 *bD
4
3
2
1
0
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad (m/min)
Gráfico 7.1. Curva de amarillamiento del barniz #3 sobre polipropileno a 12µm.
Tabla 7.2. Prueba de calidad sobre polietileno para la fórmula tres.
Velocidad m/min
3.4 6.83 11.5 16.3 20.7 26
Prueba
Brillo 88 84 79 82 77 83
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
4
KMnO 3.2 4.62 8.4 10.28 10.88 11.64
4
67Choq Térm O O O O O O
Brillo 85 83 75 80 82 87
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
8
KMnO 3.67 4.11 7.71 9.26 11.58 13.58
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 82 80 79 80 78 83
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O 21
KMnO 3.41 4.89 7.01 10.1 11.58 12.13
4
Choq Térm O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
6814
12
10
8
*bD
6
4
2
0
0 5 10 15 20 25 30
Velocidad (m/min)
Gráfico 7.2. Curva de amarillamiento del barniz #3 sobre polietileno a 12µm
Tabla 7.3. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min para la
fórmula tres.
Substrato Cartulina 240
Poliestireno Papel 90 g/m2
Prueba g/m2
Brillo 78 50 19
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O
4
KMnO 9.65 30.56 32.32
4
Choq Térm O O O
Brillo 78 66 38
8
Adhesión O O O
69Scratch O O O
Fricción O O O
KMnO 15.72 9.17 14.06
4
Choq Térm O O O
Brillo 80 77 54
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O 21
KMnO 11.95 8.86 11.41
4
Choq Térm O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
Tabla 7.4. Prueba de calidad sobre polipropileno para la fórmula cinco.
Velocidad m/min
3.4 6.83 11.5 16.3 20.7 26
Prueba
Brillo 95 93 96 92 90 90
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
4
KMnO 2.36 3.71 7.35 7.95 9.72 13.06
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 93 92 97 93 96 96
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
8
KMnO 3.91 4.32 6.62 10.54 12.29 13.27
4
Choq Térm O O O O O O
70Brillo 94 94 94 93 96 94
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O 21
KMnO 4.72 6.43 7.15 10.18 10.43 13.1
4
Choq Térm O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
Tabla 7.5. Prueba de calidad sobre polietileno para la fórmula cinco.
Velocidad m/min
3.4 6.83 11.5 16.3 20.7 26
Prueba
Brillo 82 89 85 79 85 80
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
4
KMnO 3.49 5.95 9.5 13.31 14.85 15.18
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 89 82 85 84 85 82
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
8
KMnO 3.12 7.55 9.21 12.31 15.38 19.37
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 83 93 85 85 84 80
1
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
71Fricción O O O O O O
KMnO 4.27 8.68 9.96 12.38 13.68 15.86
4
Choq Térm O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
Tabla 7.6. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min para la
fórmula cinco.
Substrato Cartulina 240
Poliestireno Papel 90 g/m2
Prueba g/m2
Brillo 79 46 18
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O
4
KMnO 14.14 31.44 31.29
4
Choq Térm O O O
Brillo 82 62 27
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O
8
KMnO 18.25 16.35 18.41
4
Choq Térm O O O
Brillo 88 67 48
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O 21
KMnO 11.7 7.95 12.49
4
Choq Térm O O O
72O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
Tabla 7.7. Prueba de calidad sobre polipropileno para la fórmula ocho.
Velocidad m/min
3.4 6.83 11.5 16.3 20.7 26
Prueba
Brillo 90 88 92 85 78 91
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
4
KMnO 2.26 2.91 6.98 9.18 9.67 11.98
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 92 99 96 94 88 90
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
8
KMnO 3.43 3.59 5.49 8.37 11.09 12.75
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 88 94 97 93 93 95
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O 21
KMnO 3.2 3.57 6.34 8.21 13.15 13.65
4
Choq Térm O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
73Tabla 7.8. Prueba de calidad sobre polietileno para la fórmula ocho.
Velocidad m/min
3.4 6.83 11.5 16.3 20.7 26
Prueba
Brillo 76 70 75 75 78 75
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
4
KMnO 1.41 4.18 7.31 9.86 11.34 14.67
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 67 87 88 70 84 85
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
8
KMnO 3.45 457 6.65 10.78 14.24 17.86
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 77 92 84 92 89 84
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O 21
KMnO 3.78 6.06 8.7 11.85 14.43 15.73
4
Choq Térm O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
74Tabla 7.9. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min para la
fórmula ocho.
Substrato Cartulina 240
Poliestireno Papel 90 g/m2
Prueba g/m2
Brillo 84 38 20
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O
4
KMnO 12.16 34.37 28.2
4
Choq Térm O O O
Brillo 85 57 40
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O
8
KMnO 17.38 16.76 15.18
4
Choq Térm O O O
Brillo 89 66 62
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O 21
KMnO 14.23 12.75 15.4
4
Choq Térm O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
75Tabla 7.10. Prueba de calidad sobre polipropileno para la fórmula diez.
Velocidad m/min
3.4 6.83 11.5 16.3 20.7 26
Prueba
Brillo 72 68 94 96 93 83
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
4
KMnO 1.38 2.52 4.87 8.09 9.53 9.93
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 85 90 96 96 93 97
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
8
KMnO 2.33 2.89 3.88 7.61 8.96 9.52
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 93 94 97 97 84 97
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O 21
KMnO 2.5 2.69 4.75 11.79 11.85 11.93
4
Choq Térm O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
76Tabla 7.11. Prueba de calidad sobre polietileno para la fórmula diez.
Velocidad m/min
3.4 6.83 11.5 16.3 20.7 26
Prueba
Brillo 79 83 78 83 84 61
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
4
KMnO 2.05 6.98 8.6 9.31 10.61 12.43
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 80 83 92 87 83 69
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O
8
KMnO 2.18 5.74 7.55 8.88 11.29 12.94
4
Choq Térm O O O O O O
Brillo 88 90 89 88 77 78
Adhesión O O O O O O
Scratch O O O O O O
mµ
Fricción O O O O O O 21
KMnO 2.94 6.25 7.66 8.41 13.53 14.11
4
Choq Térm O O O O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
77Tabla 7.12. Pruebas de calidad sobre poliestireno, papel y cartulina a 26m/min para la
fórmula diez.
Substrato Cartulina 240
Poliestireno Papel 90 g/m2
Prueba g/m2
Brillo 85 42 25
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O
4
KMnO 8.95 22.09 29.75
4
Choq Térm O O O
Brillo 87 62 32
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O
8
KMnO 11.31 15.5 16.99
4
Choq Térm O O O
Brillo 85 72 50
Adhesión O O O
Scratch O O O
mµ
Fricción O O O 21
KMnO 10.31 9.34 10.1
4
Choq Térm O O O
O = Prueba de calidad superada
X = Prueba de calidad no superada
78Como se describió al inicio de éste trabajo, el barniz Arocoat 5132 de Industrial Inovation,
se tomó como punto de referencia en cuanto a la calidad. Como se puede ver, las cuatro
formulaciones escogidas para realizar los ensayos, superaron satisfactoriamente las pruebas
de calidad, incluso superando en algunos aspectos el barniz que se tomó como referencia.
Si se observan los datos de amarillamiento de las cuatro formulaciones preparadas, son
inferiores a los datos arrojados por el barniz Arocoat 5132.
El brillo logrado por los barnices formulados, alcanzaron valores semejantes a los
obtenidos por el 5132, incluso en algunos casos superándolo. Ahora se define cual de las
cuatro formulaciones es la mejor de acuerdo al costo, debido a que todas la formulaciones
son de buena calidad.
7.2. Establecer la formulación que hace posible la mejor relación costo – calidad.
Para poder conocer la formulación que cumple una buena relación costo – calidad, se debe
estudiar primero a los costos de las materias primas involucradas en la preparación del
barniz. Los costos de los componentes del barniz desarrollado se presentan a continuación:
Tabla 7.13 Costos de las materias primas Sartomer
Componentes Costo $U.S/Kg
CN104B80 2.13
CN978 4.09
SR492 4.33
SR238 3.01
SR256 5.15
CN372 3.94
Benzofenona 6.27
Sarcure 1122 25.54
Byk 333 25
79De acuerdo a esto, el costo de cada barniz es el siguiente:
Tabla 7.14 Costos de materias primas Sartomer
Costo Mezclas $U.S
Componentes
3 5 8 10
CN104B80 0.9585 0.852 0.9106 0.9585
CN978 0.409 0.3272 0.4008 0.3272
SR492 0.3464 0.5196 0.3897 0.433
SR238 0.3763 0.2859 0.3717 0.3763
SR256 0.515 0.824 0.5974 0.515
CN372 0.3152 0.3152 0.3152 0.3152
Benzofenona 0.2508 0.2508 0.2508 0.2508
Sarcure 1122 0.3831 0.3831 0.3831 0.3831
Byk 333 0.25 0.25 0.25 0.25
Total 3.8 4.01 3.87 3.81
Como se observa, la formula numero tres ofrece un mejor costo con respecto a las demás
formulaciones. Aunque la formula diez solo difiere por 0.01 $U.S , es mejor la formulación
numero tres, ya que esta contiene un poco mas de CN978 que es el oligómero que le da la
propiedad de flexibilidad al barniz.
Inspeccionando detenidamente las cuatro formulaciones, se puede afirmar que los cuatro
barnices obtenidos son buenos, y son semejantes en sus propiedades fisicoquímicas, por
ende la formulación que cumple la mejor relación costo calidad es la numero tres.
808. ANALISIS DE RESULTADOS
• Cuando la velocidad de la banda aumenta, el curado disminuye debido a que también
disminuye el tiempo de exposición de radiación UV.
• El brillo de un barniz depende del espesor de película aplicado, y del substrato donde se
aplique.
• El curado de un barniz, es independiente del substrato donde se aplique; ya que el
barniz puede tener un buen curado, pero puede no ser compatible con el substrato por
fenómenos físicos (tensión superficial).
• Al comparar las características del barniz formulado frente al barniz de referencia, se
nota en la medida del amarillamiento que el barniz desarrollado con las materias primas
de Sartomer es de mejor calidad, ya que la diferencia en el grado de curado es de un
30% aproximadamente.
• La razón por la cual la formulación número tres fue la mejor, se debe al balance que hay
en la proporción de cada uno de los componentes mezclados gracias a unos parámetros
recomendados por el proveedor que hizo un poco más fácil la ejecución de éste.
• El barniz Arocoat 5132 obtuvo un valor máximo de amarillamiento de 25 para los tres
espesores de película sobre polietileno y polipropileno, mientras que para el barniz
formulado se obtuvieron valores de amarillamiento entre 10 y 15 sobre los mismos
substratos. Por ello el curado del barniz formulado fue superior al barniz de referencia.
• El brillo de los barnices sobre polipropileno fueron siempre superiores que sobre
polietileno, debido a que la superficie del polipropileno es de mayor brillo. Por otro
lado el brillo sobre papel y cartulina fue muy inferior debido a la alta porosidad de estos
substratos.
81• El amarillamiento sobre papel y cartulina fue siempre superior que sobre las
poliolefinas debido a que el permanganato oxido el substrato por la alta porosidad que
no permitió al barniz desarrollar una película uniforme que sellara dichos poros.
• El brillo sobre la lámina de aluminio fue siempre máximo debido a que ésta actúa como
un espejo y reflecta idealmente toda la luz.
• El amarillamiento debido al permanganato no se pudo detectar sobre la lámina de
aluminio debido a que el espectrodensitómetro no es apto para leer sobre substratos
metalizados, pues su diseñó es 0º/45º. Para obtener un valor correcto es necesario
utilizar un espectrodensitómetro de geometría esférica.
829. CONCLUSIONES
• La velocidad óptima de curado de un barniz depende de la calidad del barniz y del
espesor de película que se esté trabajando. Ya que si el espesor de película es “grande”
necesitará absorber mas radiación ultravioleta.
• El brillo es una propiedad del barniz que depende del espesor de película aplicado al
substrato y del tipo de substrato que se está trabajando.
• El amarillamiento de un barniz medido con la prueba de permanganato nos indica
que el barniz no ha curado completamente, pero esto no quiere decir que el grado de
curado obtenido este dentro del rango donde este puede cumplir todas las pruebas de
calidad, ya que en el proceso de curado por UV solo se alcanza un curado en un rango
del 90% hasta del 98%. El amarillamiento es una tendencia general de todos los
barnices debido a la naturaleza de sus componentes que tienden a oxidarse y degradarse
con la luz.
• El barniz formulado que cumple con la mejor relación costo – calidad, es de buenas
características para el empleo en los distintos mercados de impresión, ya que es un 20%
más económico que el Arocoat 5132 y que otros barnices del mercado.
• Las cuatro mezclas seleccionadas son de buena calidad para la utilización en el
mercado, pero se selecciona la número tres como la formulación ideal debido a un
criterio económico.
• En las formulaciones desarrolladas no se modifican los fotoiniciadores ni el aditivo,
debido al alto costo de éstos.
83• El Oligómero se mantiene en un porcentaje alto respecto al monómero, debido a que
éste es el que proporciona las características fundamentales al barniz. La adición de
monómero es necesaria para regular la viscosidad del barniz.
• Las características fisicoquímicas de los oligómeros nunca son revelados por los
productores, debido a que en éste componente se encuentran las características finales
del producto.
• La mejor dosificación de UV es aquella donde el barniz a su velocidad límite de curado,
supere los controles de calidad.
• El amarillamiento es una tendencia general de todos los barnices debido a la naturaleza
de sus componentes que tienden a oxidarse y degradarse con la luz.
• El costo de los aditivos es cinco veces mas alto que el de los monómeros y oligómeros.
• Las poliolefinas son substratos de difícil adherencia, debido a su baja tensión
superficial.
• El brillo sobre substratos no porosos (poliolefinas) fue excelente.
• Los objetivos del trabajo realizado fueron cumplidos a cabalidad.
8410. SUGERENCIAS
• Se deben buscar condiciones más críticas para realizar los ensayos de velocidad de
curado del barniz ya que el equipo con que se cuenta es de bajas características. Se
debe buscar un equipo más veloz para encontrar condiciones límite de curado.
• Trabajar con otros proveedores, para tener una dimensión real de todas las materias
primas utilizadas en la elaboración de barnices, y escoger entre muchos cual es el
mejor, sin tener que recurrir a contratos de exclusividad con las empresas productoras.
• Lograr hacer más ensayos de impresión con un rango más alto de substratos.
• Utilizar sólo un tipo de fotoiniciador, para con ello poder conocer el alcance en el
curado superficial y en el curado interno.
• Variar en un rango más amplio el oligómero y el monómero y determinar como se
afectan las pruebas de calidad. Entre mas oligómero se añade, más rigidez se aplica al
barniz.
8511. BIBLIOGRAFÍA
1. GREENSLADE, R.J. Coates Lorilleux Internacional. Recubrimientos Flexo UV:
Una tecnología en desarrollo. Revista Flexo en español. 1993.
2. ANDRADE, Milton. Estudio de mercadeo para Química Vulcano S.A.
3. LAWSON, Kenneth. Study prepared for RadTech “Status of UV curing in North
America”, USA, 2002.
4. WAGNER, Rainer. Revista Conversión. Sexta edición, 2002.
5. COHEN, Gary. Executive Director, International Market Overview Session –
RadTech International May 2002.
6. LEE, San. Características básicas de los Barnices base UV. Sicpa. 1993.
7. WALD, Jack. La rentabilidad de la Flexografía UV en banda angosta y en banda
ancha. Revista Flexo en Español. Enero 1997.
8. AUSTIN, George T. Manual de procesos Químicos en la industria. Primera Edición
en español. McGraw Hill. 1983.
9. Introducción a los barnices de Artes Gráficas, los materiales y sus características.
GAFT – Graphic Arts Technical Foundation. RCC report. Julio 1994.
10. High – Volume security Printer Masters UV curing. Revista UV Printing. Junio
2002.
11. Features and Component of Varnish UV. AGI Corporation. 2000.
8612. Ultraviolet and electron beam cured coatings, inks and adhesives. Prepared by EPA.
13. Guía para entender la comunicación del color. X-Rite Incoporated. 2002.
14. www.uvprocess.com, Página electrónica de un proveedor de equipos para
aplicaciones UV.
15. www.epa.gov, Página electrónica de la agencia de protección ambiental de los
Estados Unidos.
16. www.aninks.com, Página electrónica del proveedor de tintas y barnices de
Química Vulcano S.A.
17. www.gain.net, Página electrónica de la fundación técnica de Artes Gráficas.
18. www.sartomer.com, Página electrónica del proveedor de materias primas UV
utilizado en las formulaciones.
8712. ANEXOS
A.1. Pruebas de calidad 89
A.2. Teoría del color 103
A.3. Equipos 110
A.4. Fichas técnicas 114
88ANEXO 1
PRUEBAS DE CALIDAD
89A.1.1. PRUEBA DE ADHERENCIA
1. Objetivo.
Determinar la adherencia del barniz al substrato.
2. Definiciones.
2.1. Adherencia: Unión de dos partes.
2.2. Substrato: Material sobre el cual se imprime.
2.3. Intersección: Punto o línea donde se cortan líneas, planos o sólidos
3. Condiciones generales.
3.1. Se emplea la cinta estandarizada para la prueba:
• Poliolefinas: Scotch 3M referencia 602 de ½ in.
• Papel: Scotch 3M referencia 602 de ½ in.
• Lámina de aluminio: Tessa 1 in.
3.2. La cinta se debe colocar sobre el área impresa, sin tocar los bordes o corte del troquel.
3.3. La presión empleada para la realización de la prueba debe ser siempre constante (rodillo de
1Kg).
4. Equipos y materiales.
4.1. Cinta adhesiva de acuerdo al tipo de substrato.
4.2. Cuchilla o bisturí.
4.3. Rodillo de caucho de 1 Kg.
5. Descripción.
5.1. Tomar una muestra representativa de la impresión a evaluar.
905.2. Pegar sobre la muestra un pedazo de cinta adhesiva (de acuerdo al substrato) dejando un
extremo libre.
5.3. Aplicar presión uniforme sobre el área cubierta por la cinta adhesiva empleando un rodillo
de caucho de 1Kg.
5.4. Tomar la cinta por el extremo libre y retirar con un movimiento rápido formando un ángulo
de 90. °
6. Resultados.
La adhesión del barniz al substrato se evalúa apreciando la cantidad de barniz desprendido de
la muestra y tasando la tinta arrancada de 0% a 100%.
• Calificar Excelente (E) al no desprendimiento.
• Calificar Bueno (B) a los desprendimientos menores del 5%.
• Calificar Malo (M) a los desprendimientos mayores del 5%.
91A.1.2. PRUEBA DE SCRATCH
1. Objetivo.
Determinar la resistencia del barniz al rayado o desprendimiento al ser sometido al frote con la
uña.
2. Definición.
Scratch: Rasguño.
3. Condiciones generales.
3.1. Los substratos deben colocarse sobre superficies planas, libres de rugosidades.
3.2. Se debe comprobar que la uña este libre de filos o puntas.
3.3. La uña se debe pasar de frente por la zona impresa a evaluar y no de lado.
4. Equipos y materiales.
No se requieren
5. Descripción.
5.1. Colocar la muestra sobre una superficie lisa
5.2. Rasguñar con la uña, la superficie impresa por 10 ciclos.
5.3. Registrar el porcentaje de tinta desprendida con base en el área total impresa.
6. Resultados.
Examinar la superficie rasguñada en busca de barniz corrido o desprendido. Registrar el
porcentaje de tinta desprendida con base en el área total impresa
92• Calificar Excelente (B) al no desprendimiento.
• Calificar Malo (M) al desprendimiento.
93A.1.3. PRUEBA DE FRICCIÓN
1. Objetivo.
Determinar la resistencia del barniz al roce de una superficie impresa contra otra igualmente
impresa.
2. Definiciones.
2.1. Fricción: Resistencia o roce en un mecanismo.
2.2. Rugosidades: Asperezas en la superficie.
2.3. Grumo: Material apiñado.
3. Condición General.
La superficie debe estar libre de grumos, rugosidades o cualquier material extraño o de la
misma naturaleza que pueda rayar la superficie.
4. Equipos y materiales.
No se requieren.
5. Descripción.
5.1. Cortar el substrato impreso en dos pedazos y verificar que la superficie esté totalmente
limpia (libre de grumos o rugosidades).
5.2. Deslizar entre sí con fuerza moderada las dos superficies con las áreas impresas en veinte
tiempos de lado a lado.
5.3. Verificar que el roce de la superficie impresa no presente rayas ni peladuras.
946. Resultados.
Calificar los resultados como porcentaje de barniz desprendido o rayado en la escala de 0% a
5%, tomando como referencia el área total impresa.
• Calificar Bueno (B) a los desprendimientos o ralladuras menores del 5%.
• Calificar Malo (M) a los desprendimientos o ralladuras mayores del 5%.
95A.1.4. PRUEBA DE PERMANGANATO
1. Objetivo.
Determinar el grado de curado del barniz, mediante la oxidación de los enlaces sin reaccionar.
2. Definiciones.
2.1. Curado: Proceso en el cual se pasa de una fase líquida a una sólida por una reacción
química.
2.2. Amarillamiento: Tendencia de los barnices a tornarse de color amarillo por la naturaleza
de los componentes o por una fuerte oxidación.
3. Condiciones Generales.
3.1. El reactivo utilizado en la preparación de la solución de KmnO debe ser analítico.
4
3.2. La solución de KmnO debe ser almacenado en un recipiente oscuro para evitar que la luz
4
lo degrade.
3.3. Utilizar toallas absorbentes para la remoción de la solución de KMnO aplicado sobre el
4
barniz.
3.4. Realizar la prueba de permanganato inmediatamente la muestra impresa es curada.
3.5. Medir el amarillamiento después de lo anterior.
4. Equipos y materiales.
4.1. Beaker de 100mL.
4.2. Pipeta graduada de 10mL.
4.3. Agitador de vidrio.
4.4. Toallas absorbentes.
4.5. Espectrodensitómetro X-Rite 939.
965. Descripción.
5.1. Preparar una solución de KmnO al 1%.
4
5.2. Se toma 1mL de la solución y se deja caer una gota sobre las películas de 4µm, 8µm y
12µm de barniz impreso. La gota debe durar un minuto sobre el barniz.
5.3. Cuando se complete el minuto, se retira el KMnO , con una toalla absorbente.
4
5.4. En el área donde la gota de KMnO oxidó el barniz, se efectúa la lectura de color con el
4
espectrodensitómetro X-Rite 939. (Ver anexo A.2).
6. Resultados.
6.1. Los resultados se expresan en diferencia de color, tomando solo el valor de b*, que es la
coordenada de amarillo – azul.
6.2. El valor Db* es la diferencia de color en la coordenada amarillo – azul, entre la lectura de
color del barniz luego de la oxidación del permanganato menos la lectura de color del barniz sin
oxidar. Entre más alto sea el valor de Db*, más enlaces hay sin reaccionar. (Ver anexo A.2).
97A.1.5. PRUEBA AL CHOQUE TÉRMICO
1. Objetivo.
Evaluar la resistencia del barniz aplicado, a soportar los cambios bruscos de temperatura.
2. Definición.
Choque térmico: Variación brusca de la temperatura.
3. Condiciones Generales.
3.1. Las muestras a evaluar deben permanecer en reposo 5 minutos (después de secados) antes
de ser sometidos a la prueba.
3.2. Los tiempos y las temperaturas de los baños (agua fría y Caliente) deben ser perfectamente
controlados.
• Temperatura agua caliente: 90 °C, Tiempo inmersión en agua caliente: 5 minutos.
• Temperatura agua fría: 0 a 10° C, Tiempo inmersión en agua fría: 5 minutos.
4. Equipos y materiales.
4.1. Termómetro.
4.2. Cronometro.
4.3. Agua Caliente (90ºC).
4.4. Hielo en cubos.
4.5. Recipiente metálico.
4.6. Recipiente de plástico.
985. Descripción.
5.1. Colocar el substrato impreso dentro del recipiente con agua caliente y esperar 5 minutos.
5.2. Cumplido este tiempo pasar la muestra al recipiente de agua fría y esperar 5 minutos.
5.3. Tomar el substrato impreso y frotar en las zonas impresas con una mota de algodón.
5.4. Verificar si hay desgaste o remoción de la impresión.
6. Resultados.
Reportar el resultado como porcentaje de tinta desprendida, tomando como estándar el área
total impresa. No debe presentarse desprendimiento de la impresión (0%).
99A.1.6. DETERMINACIÓN DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL
1. Objetivo.
Determinar el grado de tratamiento superficial de películas en contacto con soluciones de
diferentes concentraciones de Formamida y Cellosolve en presencia de aire.
2. Definición.
2.1. Tensión superficial: Los líquidos en la frontera de dos fases (líquido – vapor o líquido –
sólido) poseen propiedades que son diferentes a aquellas contenidas dentro de la masa del
líquido mismo. Esta diferencia resulta de un desbalance entre las fuerzas de atracción de la capa
superficial de las moléculas y las moléculas contenidas dentro del líquido (tensión superficial).
2.2. Tratamiento de corona: Es el método usado para alterar la tensión superficial crítica de una
película ionizando las moléculas de aire en la vecindad de la película. Las moléculas ionizadas
en forma de ozono y/o óxidos nitrosos oxidan la superficie de la película aumentando la tensión
superficial crítica de la película.
2.3. Dinas: Unidad de medida de la tensión superficial.
3. Condiciones Generales.
3.1. Los reactivos empleados en la preparación de las soluciones deben ser analíticos.
3.2. Los envases empleados en el empaque de la solución deben ser oscuros para evitar el paso
de luz.
3.3. Los envases deben permanecer herméticamente cerrados mientras no se empleen.
3.4. Nunca impregne el algodón con dos soluciones de diferente grado.
3.5. No emplear soluciones cuyo período de vida sea superior a un mes.
3.6. Al preparar las soluciones tener en cuenta los cuidados mínimos de manejo de solventes
(inflamabilidad, volatilidad, toxicidad, afección en ojos y piel etc.).
1004. Equipos y materiales.
4.1. Beaker 100mL.
4.2. Pipetas aforadas 50 mL.
4.3. Agitador de vidrio.
4.4. Peras para pipeta.
4.5. Formamida.
4.6. Cellosolve (Etilenglicol monoetil éter).
4.7. Metil Violeta o Azul de Metileno.
5. Descripción.
5.1. Preparación de las soluciones, teniendo en cuenta las concentraciones de la siguiente tabla:
FORMAMIDA CELLOSOLVE TENSION SUPERFICIAL
(% Volumen) (% Volumen) (Dinas)
0 100 30
2.5 97.5 31
10.5 89.5 32
19.0 81.0 33
26.5 73.5 34
35.0 65.0 35
42.5 57.5 36
48.5 51.5 37
54.0 46.0 38
59.0 41.0 39
63.5 36.5 40
67.5 32.5 41
10171.5 28.5 42
74.7 25.3 43
78.0 22.0 44
80.3 19.7 45
83.0 17.0 46
87.0 13.0 48
90.7 9.3 50
5.2. Adicionar 0,02 g de Metil Violeta o Azul de Metileno.
5.3. Determinación de la tensión superficial.
5.3.1. Colocar la superficie a examinar sobre una superficie horizontal con la cara tratada hacia
arriba.
5.3.2. Humedecer el algodón con una de las soluciones. Usar solamente la mínima cantidad de
la solución ya que el exceso de reactivo puede afectar el punto final de la prueba.
5.3.3. Esparcir el líquido ligeramente sobre un área de aproximadamente 6.5 cm2 del material a
examinar.
5.3.4. Observar el tiempo que el líquido forma una película continua sobre el substrato.
5.3.5. Si la solución aplicada sobre la película se mantiene compacta durante más de 2
segundos, utilizar la mezcla siguiente más alta de tensión superficial, utilizando un
nuevo algodón y hacer la aplicación sobre una nueva superficie del material. Si al hacer
la aplicación de la mezcla esta se retícula antes de dos segundos, utilizar en próxima de
tensión superficial mas baja.
5.3.6. Repetir los pasos anteriores hasta que sea posible seleccionar una mezcla que llegue a
humectar la superficie del substrato por espacio de dos segundos sin que sufra
reticulación en este tiempo.
5.3.7. Repetir el paso 6 en diferentes áreas del substrato.
6. Resultados.
Expresar los resultados en Dinas. El tratamiento óptimo en impresión de películas y envases
plásticos debe ser mayor o igual a 38 Dinas.
102ANEXO 2
TEORÍA DEL COLOR
1031. Atributos del color.
Cada color tiene su propia apariencia basada en tres elementos; matiz, valor y croma. Al
describir un color usando estos tres atributos se identifica con precisión un color específico y se
distingue de cualquier otro.
1.1. Matiz.
Sencillamente el matiz es como se percibe el color de un objeto: rojo, anaranjado, verde, azul,
etc. El anillo de color de la figura A.2.1, muestra la continuidad del color de un matiz al
siguiente. Así como se muestra en el anillo, al mezclar pinturas de azul y verde se obtiene un
verde azul. Al mezclar amarillo con verde se obtiene un verde amarillo.
Figura A.2.1. Matiz
1.2. Croma.
El croma describe lo llamativo o lo apagado de un color; en otras palabras, qué tan cerca está el
color ya sea al gris o al matiz puro. Por ejemplo, al comparar un tomate con un rábano, el rojo
del tomate es mucho más llamativo mientras que el rábano parece más apagado. La figura A.2.2
muestra cómo cambia el croma conforme nos movemos del centro hacia la periferia. Los
colores en el centro son grises (apagados o sucios) y conforme avanzamos hacia la periferia se
vuelven más saturados (vivos o limpios). El croma también se conoce como saturación.
104Figura A.2.2. Cromaticidad
1.3. Luminosidad.
Se llama valor a la intensidad lumínica; es decir, su grado de claridad. Los colores pueden ser
clasificados como tenues u oscuros al comparar sus valores. Por ejemplo, cuando se colocan
lado a lado un tomate y un rábano el rojo del tomate parece ser mucho más tenue. En contraste
el rábano tiene un valor de rojo más oscuro. En la figura A.2.3 se representa la claridad o el
valor en el eje vertical.
Figura A.2.3 Sistema de color tridimensional que muestra la luminosidad.
1052. Escalas de medición de color.
2.1. La Escala Munsell.
En 1905 el artista Albert H. Munsell dio origen a un sistema de orden de color - o escala de
color - que sigue en uso hoy en día. El sistema de notación de Color Munsell es significativo
desde el punto de vista histórico dado que se basa en la percepción humana. Es más, fue
inventado antes de que existieran instrumentos para medir y especificar color. El Sistema
Munsell le asigna valores numéricos a las tres propiedades del color: matiz, valor y croma. Las
muestras de color adyacentes representan intervalos iguales de la percepción visual. El modelo
de la figura A.2.4. muestra el Árbol de Color de Munsell que contiene muestras físicas para
evaluar el color visual. Los sistemas de color actuales se basan en instrumentos que utilizan las
matemáticas para ayudarnos a evaluar el color.
Figura A.2.4. Arbol de color de Munsell.
Para ver el color se requieren tres cosas:
• Una fuente de luz (iluminante)
• Un objeto (muestra)
• Un observador / procesador.
Nosotros, los humanos, vemos el color debido a que nuestros ojos procesan la interacción de la
luz que da sobre un objeto.
1062.2. Sistemas de color CIE.
La CIE o Commission Internationale de l'Eclairage (que se traduce como Comisión
Internacional de la Iluminación) es la institución responsable de las recomendaciones
internacionales para la fotometría y colorimetría. En 1931 la CIE estandarizó los sistemas de
orden de color especificando las fuentes de luz (o iluminantes), el observador y la metodología
usada para encontrar los valores para la descripción del color. Los sistemas CIE usan tres
coordenadas para ubicar un color en un espacio de color. Estos espacios de color incluyen:
• CIE XYZ
• CIE L*a*b*
• CIE L*C*hº
Para comprender estos valores se debe entender cómo se calcula. Tal como se mencionó
anteriormente nuestros ojos requieren tres cosas para ver color: una fuente de luz, un objeto y
un observador/procesador.
2.3. La expresión numérica del color.
La CIE recomendó dos escalas de color alternativas: la CIE 1976 (L*,a*,b*) o CIELAB, y la
CIELH (L*C*hº). Estas escalas de color se basan en la teoría de los colores opuestos que
establece que un color no puede ser verde y rojo al mismo tiempo. Como resultado se pueden
usar valores sencillos para describir los atributos rojo/verde y amarillo/azul.
2.3.1. CIELAB (L*a*b*).
Cuando un color se expresa en CIELAB, la L* define la claridad, a* denota el valor rojo/verde
y b* el valor amarillo/azul. Las figuras A.2.5. y la A.2.6. muestran el diagrama de graficación
de color para L*a*b*. El eje a* corre de izquierda a derecha. Una medición de color en la
dirección +a* muestra un desplazamiento hacia el rojo. En el eje b* un movimiento hacia +b*
107representa un cambio hacia el amarillo. Para el caso de la medida del amarillamiento debido
al KMnO , el valor obtenido se basa en ésta teoría. El centro del eje L* muestra L=0 (negro o
4
absorción total) en el fondo. En el centro de este plano es neutral o gris.
Figura A.2.5. Gráfica de color CIELAB.
Figura A.2.6. Gráfico tridimensional de L*b*a*.
1082.3.2. CIELCH (L*C*hº).
Mientras CIELAB utiliza coordenadas cartesianas para calcular el color en un espacio el
CIELCH emplea coordenadas polares. Esta expresión de color se puede derivar de CIELAB. La
L* define la claridad, C especifica el croma y la hº denota el ángulo en una medición polar.
La expresión L*C*hº ofrece una ventaja sobre CIELAB ya que es fácil de correlacionar con los
sistemas anteriores basados en muestras físicas como por ejemplo la Escala de Color Munsell.
2.3.3. Delta CIEL*a*b* y CIEL*C*H*.
El análisis de color es más que una expresión numérica. Normalmente es un análisis de la
igualdad o diferencia de un color al compararlo con una norma establecida. CIELAB y CIELCH
se emplean para comparar los colores de dos objetos. Las expresiones de esta diferencia de
color son, DL* Da* Db* y DL* DC* Dhº. Dados DL* Da* Db* la diferencia total o distancia
en el diagrama CIELAB puede ser expresado como un valor único conocido como DE*.
DE*ab = [DL2 + Da2 + Db2]1/2
2.3.4. Notación del espacio de color CIELAB.
DL* = diferencia en el valor de claridad/obscuridad.
+ = más claro - = más obscuro
Da* = diferencia en el eje rojo/verde.
+ = más rojo - = más verde
Db* = diferencia en el eje amarillo/azul
+ = más amarillo - = más azul
DC* = diferencia en el croma
+ = más brillante - = más opaco
DHº = diferencia en el matiz
DE* = valor de la diferencia total de color
109ANEXO 3
EQUIPOS
110• Espectrodensitómetro X-Rite 939.
• Brillómetro Horiba IG-330.
• Radiómetro – VersaProbe.
111• Simulador de impresión – Little Joe Modelo H02.
• Equipo de curado UV.
112• Balanza – Mettler PG3001-S.
113ANEXO 4
FICHAS TÉCNICAS
114INDUSTRIAL INNOVATION S.A. de C.V
Av. Eugenio Aguirre Benavides No. 117
Col. Moisés Sáenz Apodaca Nuevo León México
TEL 52 83 85 33 73,74 Fax 52 83 85 33 72
E-mail inchemical@infosel.net.mx
AROCOAT 5132
Tipo de aplicación: Barnizadoras Rodillo, Flexo y Offset para la Fuente
Acabado: Alto Brillo Deslizante y Doble Cara
Tipo de Viscosidad: Baja
Campos de Aplicaciones: Papel, Cartón, Plástico
Barniz para secado con luz ultravioleta. Este producto esta diseñado para la aplicación con Barnizadoras automáticas de alta
velocidad a rodillo. Puede ser aplicado con maquinas Flexo o Maquinas Offset modificadas desde los mojadores (fuente). Es
ideal por su característica deslizante para trabajar en doble cara. Tiene un alto brillo, es de baja viscosidad , se puede aplicar con
optimo resultado de brillo hasta solo 3 gramos por m2, no tiene olor residual, tiene un buen estiramiento, es menos amarillo y
menos irritante que otro producto similar a la venta en el mercado, es reciclable.
ESPECIFICACIONES
ASPECTO: Amarillento, liquido transparente
COLOR: Escala Gardner < 2
VISCOSIDAD: 25 (+/- 5) Segundos medida a 25°C con Copa FORD #4)
GRAVEDAD ESPECIFICA: 1.0 (+- 0.1)
CONTENIDO SOLIDO: 99% arriba del peso
TIPO DE RESINA: Epoxido Acrilado
ESPARCIRCIMIENTO: 3 - 8 gramos por m2 dependiendo de la calidad de la superficie del papel
CAMPOS DE APLICACIÓN
Capa de alto brillo para papel liviano y cartón y para varios tipos de plásticos. Amplio rango de aplicación por ejemplo:
etiquetas, postales, cajas de videos, fiches, libros, portadas de cuadernos, cartas, estuches, menú y trípticos.
VELOCIDAD DE SECADO: considerando lamparas U.V. de : 80-82 Watt / cm o 200 Watt / pulgada
• Una lámpara UV. :aproximadamente 25 Metros por minuto
• Dos lamparas UV: aproximadamente 50 Metros por minuto
• Tres lamparas UV: aproximadamente 75 Metros por minuto
NOTAS:
• Almacenar a temperatura fresca, nunca exponer al calor o al sol.
• Una vez abierto, utilizar lo más pronto posible.
• Al contacto con la piel lavarse solo con agua y jabón
• Para limpiar la máquina Use alcohol (IPA Alcohol Isopropilico).
No. AR- 9705015132
115