Le durcissement par UV et faisceau d'électrons (EB) désigne généralement l'utilisation d'un faisceau d'électrons, de la lumière ultraviolette (UV) ou de la lumière visible pour polymériser un mélange de monomères et d'oligomères sur un substrat. Le matériau ainsi obtenu peut être intégré à une encre, un revêtement, un adhésif ou tout autre produit. Ce procédé est également connu sous le nom de durcissement par rayonnement, car les UV et les faisceaux d'électrons sont des sources d'énergie rayonnante. Les sources d'énergie utilisées pour le durcissement par UV ou lumière visible sont généralement des lampes à mercure moyenne pression, des lampes au xénon pulsées, des LED ou des lasers. Contrairement aux photons, qui sont principalement absorbés à la surface des matériaux, les faisceaux d'électrons ont la capacité de pénétrer la matière.
Trois raisons convaincantes de passer à la technologie UV et EB
Économies d'énergie et productivité accrue : La plupart des systèmes étant sans solvant et nécessitant moins d'une seconde d'exposition, les gains de productivité sont considérables par rapport aux techniques de revêtement classiques. Des vitesses de production de 305 m/min sont courantes et le produit est immédiatement prêt pour les tests et l'expédition.
Adapté aux supports sensibles : la plupart des systèmes ne contiennent ni eau ni solvant. De plus, le procédé permet un contrôle total de la température de polymérisation, ce qui le rend idéal pour une application sur des supports thermosensibles.
Respectueux de l'environnement et faciles d'utilisation : les compositions sont généralement sans solvant, ce qui élimine tout risque d'émissions et d'inflammabilité. Les systèmes de photopolymérisation sont compatibles avec la quasi-totalité des techniques d'application et nécessitent un espace minimal. Les lampes UV peuvent généralement être installées sur les lignes de production existantes.
Compositions durcissables aux UV et aux faisceaux d'électrons
Les monomères sont les éléments constitutifs les plus simples à partir desquels sont fabriqués les matériaux organiques de synthèse. L'éthylène, un monomère simple dérivé du pétrole, est représenté par la formule : H₂C=CH₂. Le symbole « = » entre les deux atomes de carbone représente un site réactif, également appelé « double liaison » ou insaturation. Ce sont ces sites qui peuvent réagir pour former des composés chimiques plus complexes, appelés oligomères et polymères.
Un polymère est un ensemble de nombreuses unités répétitives (polymères) d'un même monomère. Le terme oligomère désigne spécifiquement les polymères susceptibles de réagir entre eux pour former une grande variété de polymères. Les sites d'insaturation des oligomères et des monomères, pris individuellement, ne réagissent pas et ne forment pas de réticulation.
Dans le cas du durcissement par faisceau d'électrons, les électrons de haute énergie interagissent directement avec les atomes du site insaturé pour générer une molécule très réactive. Si la lumière UV ou visible est utilisée comme source d'énergie, un photoinitiateur est ajouté au mélange. Le photoinitiateur, exposé à la lumière, génère des radicaux libres qui initient la réticulation entre les sites insaturés.
Oligomères : Les propriétés globales de tout revêtement, encre, adhésif ou liant réticulé par énergie radiante sont principalement déterminées par les oligomères utilisés dans sa formulation. Les oligomères sont des polymères de masse moléculaire relativement faible, dont la plupart sont obtenus par acrylation de différentes structures. L’acrylation confère une insaturation, ou groupe « C=C », aux extrémités de l’oligomère.
Monomères : Les monomères sont principalement utilisés comme diluants pour réduire la viscosité du matériau non polymérisé et faciliter son application. Ils peuvent être monofonctionnels, ne contenant qu’un seul groupe réactif ou site d’insaturation, ou multifonctionnels. Cette insaturation leur permet de réagir et de s’incorporer au matériau polymérisé ou fini, au lieu de se volatiliser dans l’atmosphère comme c’est souvent le cas avec les revêtements conventionnels. Les monomères multifonctionnels, possédant deux sites réactifs ou plus, forment des liaisons entre les molécules d’oligomères et d’autres monomères de la formulation.
Photo-initiateurs : cet ingrédient absorbe la lumière et est responsable de la production de radicaux libres. Les radicaux libres sont des espèces à haute énergie qui induisent la réticulation entre les sites d'insaturation des monomères, oligomères et polymères. Les photo-initiateurs ne sont pas nécessaires pour les systèmes polymérisés par faisceau d'électrons, car les électrons sont capables d'initier la réticulation.
Additifs : Les plus courants sont les stabilisants, qui empêchent la gélification pendant le stockage et le durcissement prématuré dû à une faible exposition à la lumière. Les pigments de couleur, les colorants, les antimousses, les promoteurs d’adhérence, les agents de matage, les agents mouillants et les agents de glissement sont des exemples d’autres additifs.
Date de publication : 1er janvier 2025
