Curado por Radiación Ultravioleta UV Tecnología de Punta para el Recubrimiento de Maderas

Los actuales retos comerciales de la industria maderera y las exigencias ambientales de diferentes organizaciones a nivel mundial, han obligado a los fabricantes de pinturas a desarrollar sistemas de acabado más productivos y amigables con el medio ambiente. El curado por radiación ultravioleta da una solución integral a estos problemas.

A pesar de que el sistema de curado (secado) ultravioleta ó UV se ha convertido en las dos últimas décadas en uno de los procesos de acabado de mayor aplicación en la industria maderera de Europa y Estados Unidos, en Centro y Sur América es una tecnología nueva que hace tan sólo diez años es utilizada.

El curado UV consiste en formar una película sólida sobre aquellos objetos que se encuentran en proceso de acabado, exponiendo el recubrimiento a la energía radiante. Conocido también como curado por radiación, este proceso se caracteriza por usar la luz ultravioleta generada por lámparas de mercurio (Hg) o galio (Ga) de mediana presión, como fuente principal de energía.

Los orígenes de su uso se remonta a los años 40, cuando debido a la crisis económica de los años 30, los industriales buscaron un sistema de recubrimiento que les permitiera obtener excelentes resultados reduciendo costos. En los años 70 se realizó la primera aplicación comercial, sobre planchas planas para la industria de la impresión, siendo ésta la responsable principal del desarrollo de este sistema.

Hoy en día, objetos como CD, DVD, tarjetas de crédito, instrumentos musicales, contenedores plásticos, empaques para alimentos, revistas, equipos electrónicos o muebles son curados con este proceso.

Por sus beneficios en términos de productividad, calidad y cuidado del medio ambiente, el curado UV es hoy en día uno de los procesos de mayor efectividad en cualquier industria que lo requiera.

En la manufactura maderera este sistema se puede aplicar a muebles, gabinetes de cocina, puertas, molduras, paneles de aglomerado y madera contrachapada, tableros de partículas, pisos de madera maciza y laminados para puertas; entre otros productos siendo su mayor porcentaje de aplicabilidad, sobre superficies totalmente planas ó que tengan cierto grado de curvatura.

¿Cómo Funciona?

 La diferencia entre el sistema convencional y el sistema de curado UV, radica en la composición química de los recubrimientos que se caracterizan por ser reactivos. La pintura UV está compuesta por:

Oligómeros: Es la laca o sellador que da el recubrimiento a la pieza, otorgándole propiedades de unión y humectabilidad. Se pueden clasificar en:

Monómeros: Se usan como diluyentes para disminuir la viscosidad del material y facilitar su aplicación. Determinan las características de brillo, dureza y flexibilidad.

  • Aditivos: Modifican las propiedades de recubrimientos UV. Son los estabilizantes: pigmentos, tintes, antiespumantes, promotores de adhesión, agentes nivelantes y ayudantes de deslizamiento.
  • Fotoiniciadores: Elementos clave del proceso que se activan e inician la reacción de curado mediante la luz UV. Son los responsables de la unión entre los componentes mencionados anteriormente. Los fotoiniciadores adecuados para el curado UV, son generalmente cetonas aromáticas tales como la benzofenona y sus derivados, etéres de alquil-benzoina o derivados de la acetofenona.

En el sistema UV, todos los componentes del recubrimiento permanecen sobre la superficie de la pieza, que por la exposición a la luz UV, se transforman en una película dura. En el sistema convencional, el secado se produce cuando el solvente se evapora o se absorbe, dejando elementos sólidos como pigmentos o resinas.

El modo como trabaja esta tecnología, consiste en que la pieza entra en un proceso en donde se le aplica la pintura reactiva, que después pasa por la lámpara UV, para secarla totalmente sobre su superficie. El objetivo principal es asegurar que todas las áreas reciban suficiente energía UV como mecanismo para lograr un acabado de excelente calidad.

La particularidad de los recubrimientos por curado UV, es la eliminación de solventes volátiles debido a la acción de líquidos reactivos (monómeros). Esto ocurre cuando, en la película

La Lampara UV

El mecanismo más importante para este proceso es el equipo de curado compuesto por los sistemas de protección y por la lámpara de luz UV, que debe cumplir con ciertas características técnicas, pues de ella depende directamente la irradiación necesaria de energía para el curado de la pieza.

Existen dos tipos de lámparas UV cuya diferencia radica principalmente en el tiempo de duración en que se realiza el proceso de irradiación de la energía: con electrodos o de arco y sin electrodos o de fusión, ambas construidas en cuarzo vitrificado (cristal altamente resistente y especial para la luz UV), mercurio y argón.

La lámpara de arco requiere de suministro eléctrico de alto voltaje para la aplicación de la luz UV, proceso que tarda entre dos o tres minutos dependiendo de la longitud de la lámpara. La de fusión funciona por microondas y contiene mayor nivel de mercurio y argón. En ella la energía es activada por ondas y transmitida a través de una fina pantalla, proceso que dura tan sólo unos segundos.

El sistema demanda también una alta intensidad lumínica, por lo que las lámparas deben, preferiblemente, estar diseñadas con un sistema reflector que recoja la energía y la dirija directamente sobre la pieza. Los reflectores pueden ser parabólico que recoge la energía y la dirige en haces paralelos a la pieza ó elíptico, que dirige la energía en un haz estrecho hacia la pieza, aumentando en gran medida la intensidad y evitando así el desperdicio de energía.

 Los Equipos

Existen dos maneras de incorporar la tecnología UV como sistema de curado: uno cíclico y otro lineal, que se diferencian por la cantidad de los equipos a usar y por la optimización que durante el proceso alcanzan.

En el montaje cíclico, se pueden adecuar los equipos que usualmente se utilizan para el sistema de acabado de pintura tradicional: Equipo de lijado, trenes de desplazamiento, equipos de aplicación como rodillos, pistolas, cortinas, cámara de vacío y el horno para el aceleramiento del secado, el cual es opcional dependiendo de la velocidad con que se quiera terminar el proceso.

Aunque en este montaje, los equipos se pueden disponer en línea (a manera de trenes de producción o por separado), no es el más óptimo en términos de productividad, pues se debe detener el proceso para realizar los ajustes correspondientes en los equipos; ya que ellos sólo pueden realizar un curado teniendo que reiniciar el proceso para la aplicación de las siguientes manos de pintura.

El sistema lineal UV, consiste en montar un tren en línea para adecuar la producción a los equipos y realizar todos y cada uno de los procesos de curado de manera constante de acuerdo al número de capas de pintura (para evitar los tiempos muertos debido a la adecuación de los equipos). Aunque la inversión para el montaje del tren en línea es alta, los beneficios en rendimiento y optimización, permiten que su retorno se de en poco tiempo.

Aplicaciones a la Madera

El sistema de curado UV, se ha perfilado como uno de los procesos de mayor éxito en la industria maderera, relacionada con muebles, pisos parquet, tableros de partícula, puertas, laminación de madera, marcos para sillas e instrumentos musicales, entre otros.

Sin embargo y a pesar de sus ventajas, su aplicación exige ciertas recomendaciones que, de no atenderse, pueden provocar defectos en el resultado final como grumos, agrietamientos o burbujas en la superficie de la pieza. De ahí que la formulación de los elementos que componen la pintura, aunque requiera de una mayor inversión, determina la calidad del acabado.

Los métodos de aplicación que se emplean en este sistema son:

De rodillo: El recubrimiento se transfiere a la pieza mediante un rodillo aplicador de caucho humedecido con recubrimiento. Ideal para piezas planas y pisos.

  • De cortina: El material es aplicado a través de una cortina líquida hecha del mismo recubrimiento.
  • De pistola o aspersión: De alta ó baja presión.
  • De vacío: El proceso se realiza en una cámara dentro de la cual fluye aire y cubre toda la pieza para homogenizar el recubrimiento. Este método es poco usual en la industria maderera.

A fin de lograr buenos y finos acabados se sugiere que la madera esté correctamente lijada para que la adhesión del material sea óptima.

En este proceso se debe aplicar la primera capa de pintura conocida como primer (combina bajas viscosidades con una excelente adhesión), exponiéndola a luz UV a baja intensidad para evitar que esta penetre profundamente y se acumule material sin curar en los poros. Los pasos siguientes se realizan bajo la exposición al 100 por ciento de la lámpara UV.

 Diversidad en los Acabados

En cuanto a técnicas de acabados que ofrece el sistema, existen los de color y los transparentes, ambos utilizados en superficies de poro abierto ó poro cerrado, para los cuales se ha desarrollado un sistema con rodillo de alizamiento de película.

El acabado sobre poro cerrado es recomendable por su bajo contenido de sólidos y baja viscosidad, mientras que en el de de poro abierto se usa una mezcla de recubrimientos a base de agua con dispersiones de poliuretano.

También existen los acabados pigmentados sobre tableros y madera natural que, por modificar la acción de la luz sobre la pintura, requieren el uso de fotoiniciadores especiales para absorber mayor cantidad de energía UV, y mejoran el resultado.

De otro lado, la materia prima debe cumplir con ciertas exigencias de almacenaje que ayuden a prevenir que, al momento de la aplicación, el material no presente inconvenientes de alta viscosidad (gelificación), baja viscosidad (demasiado líquido) o pérdida de reactividad a causa de la exposición de temperaturas no adecuadas.

Las recomendaciones al respecto sugieren que la materia prima debe almacenarse en lugares frescos, en canecas de color negro, a temperaturas no mayores de 30º centígrados, evitando la exposición a la luz solar directa, así como el contacto con otros materiales como el metal.

Para finalizar, es siempre recomendable recibir asesoría previa de expertos en la materia (fabricantes de equipos o materia prima) acerca del uso adecuado del sistema y la correcta adecuación de los equipos.

 Inversión: Múltiples Ventajas

Gracias a su excelente desempeño y múltiples beneficios frente al sistema convencional (ver tabla), el sistema de curado UV se ha convertido en una excelente alternativa para la industria maderera a nivel mundial (1).

Según Lucy Navarrete de Valderrama, Directora Química del Departamento de Investigación y Desarrollo de Muebles El Cid S.A. y asesora para la implementación del sistema, la inversión que necesita una empresa para su montaje depende principalmente de sus exigencias diarias de producción, ya que a pesar de sus múltiples beneficios, ésta tecnología sólo es rentable si la fábrica cuenta con índices de producción mayores a los 300 metros cuadrados diarios a pintar; de lo contrario puede ser una inversión subutilizada.

Esta inversión contempla principalmente la adquisición del sistema de curado y la lámpara UV, cuyo valor comercial se determina de acuerdo a su tamaño y procedencia (nacional o importada (2)) y que se promedia entre los 30 millones y los 150 millones de pesos.

Una de las ventajas del sistema, según Omar Alfredo Valderrama, de la Gerencia de Producción de Procoquinal Ltda., es que el retorno de la inversión se obtiene en muy corto plazo ya que la suma de cada uno de los beneficios en reducción de costos, permite a la empresa tener mayores índices de productividad y por ende de rentabilidad.

Así por ejemplo, los costos que se asumen como inversión, son costos que la empresa por la aplicación del sistema, compensará en la deducción de otros factores como número de personal, horas hombre laboradas, reducción en el tiempo de entrega del producto final o la reducción en el número de devoluciones de muebles por garantía de calidad.

Éste es el caso de la fábrica Muebles El Cid (única empresa que desde 1998 aplica el sistema en Colombia), pues en la compañía existían dos turnos laborales, cada uno de siete trabajadores, que eran los encargados de dar el acabado a los muebles en un proceso que demoraba hasta tres días por pieza. Actualmente, las horas laborales se redujeron a un solo turno de máximo tres personas que logran una producción de más de 1000 m² diarios; explica Lucy Navarrete de Valderrama.

Otros favores a destacar del sistema de curado UV son: Poco tiempo para capacitar al personal encargado de este proceso, ahorro de pintura ya que el costo por metro cuadrado es de cinco mil pesos en promedio, mientras que con el sistema convencional se aproxima a los 18 o 19 mil pesos, disminución de desperdicios gracias a que el sistema está diseñado para reciclar el material sobrante y disminución en el número de reclamos de servicio al cliente por la resistencia, durabilidad y calidad en los acabados.

Además esté proceso, catalogado como una “tecnología super limpia”, se ha perfilado como una de las técnicas de aplicación que cumple de mejor manera con los requerimientos de productos compatibles con el cuidado y protección del aire, ya que las emisiones de compuestos orgánicos volátiles y contaminantes (peligrosos y nocivos para el medio ambiente y los seres vivos) es del cero por ciento.

Gracias a esto, se puede decir que el sistema de curado UV, es una buena alternativa para mejorar los índices de competitividad y eficiencia de las empresas fabricantes de muebles. Sus beneficios lo posicionan como una de las tecnologías del futuro tanto para la industria como para protección del medio ambiente.)

 Glosario de términos:

  • Solventes volátiles: Disolventes químicos que se pueden mover por el aire.
  • Monómeros: Se dice de la molécula que puede reaccionar con otras moléculas idénticas para dar polímeros. Estructuras químicas simples de las cuales se hacen los materiales órgano-sintéticos.
  • Polímeros: Compuesto químico de elevada masa molecular.
  • Polimerización: Reacción que enlaza moléculas de escasa masa molecular (monómeros) formando compuestos de masa molecular elevada (macromoléculas o polímeros).
  • Oligómero: Polímero formado por cuatro a veinte unidades de monómeros.

 Citas:

El curado UV es una tecnología que presenta un crecimiento anual del diez por ciento a nivel mundial, del cual cerca del cuatro por ciento pertenecen al mercado estadounidense. Igualmente, el mercado de las pinturas para curado UV empleadas sobre madera representa el 20 por ciento del mercado total, teniendo como principales mercados Estados Unidos y Europa.

El valor comercial de las lámparas importadas depende del tamaño de las mismas: La de 150 centímetros puede costar 100 millones de pesos, la de 70 cm tiene un valor aproximado de 50 millones de pesos. También se pueden conseguir lámparas usadas cuyo precio se estima en 5 millones de pesos.

 Fuentes:

  • Lucy Navarrete de Valderrama. Química, Directora Química Departamento de Investigación y Desarrollo, de Muebles El Cid S.A. Correo electrónico: valdenav@andinetandinet.com
  • Omar Alfredo Valderrama Navarrete. Ingeniero químico. Gerencia de Producción, Procoquinal Ltda. Correo electrónico: valdenav@andinetandinet.com
  • Fabrizio Ciurlo Salamanca. Gerente Ekamant Colombia EU. Correo electrónico: fabrizio.cirulo@ekamant.com
  • Costanza, Jhon. Radiation Cured Coatings. Celanese Chemical Company, Inc, New Jersey, 1987.
  • Oster, G y Yang, N.L., Rev., 68, No 2, p. 125, 1968.
  • RadTech Europe. Grupo de Trabajo de Artes Gráficas, Revista Inprra Latina Vol 8, Pág 3. Enero – febrero de 2003.
  • Barnizado + Encolado del Mueble # 16 – Julio de 2005. Revista de Tecnologías de Producción y Aplicación Ecológicas. Documento: Barnices: Aplicación de productos UV. Problemática en la industria del mueble.
  • Pequeño Larousse Ilustrado 2003. Novena Edición.
  • radtech-europe.comwww.estrucplan.com.arwww.epa.go

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