Progreso de los revestimientos catiónicos UV en la industria de envases metálicos

La importancia del revestimiento verde en la industria del embalaje de metales

El embalaje de metal es una subdivisión crucial de la industria ligera nacional, indispensable en el desarrollo de la producción industrial y la vida social. Con la iteración de las necesidades comerciales modernas, los requisitos para el embalaje de metal ya no se limitan a proporcionar condiciones de almacenamiento confiables para el contenido. Desde la perspectiva de un proveedor de información, los fabricantes esperan mejorar el valor de la marca, transmitir la cultura corporativa y las tendencias futuras a través de un diseño meticuloso y una fabricación perfecta.

El empaque de hojalata, principalmente latas de tres piezas, sirve como la representación más típica. A través de una serie de operaciones en el tratamiento de la superficie, corte, impresión y soldadura de sustratos metálicos, se pueden obtener productos de embalaje que cumplan con requisitos de diseño específicos. Actualmente, los recubrimientos internos y externos utilizados en los procesos de recubrimiento tradicionales generalmente requieren horneado térmico y un tratamiento centralizado de VOC, lo que hace que las fábricas de impresión sean típicamente importantes consumidores de energía y emisores de VOC. Dadas las regulaciones de reducción de emisiones cada vez más estrictas, la adopción de tecnología de recubrimiento verde para reducir los COV y el consumo de energía y lograr la trazabilidad de la huella de carbono es un tema crítico para las empresas líderes en la industria y las marcas influyentes, si cumplir con las responsabilidades sociales o ampliar aún más la capacidad de producción.

* El Consejo de Estado emitió el "Plan de acción de mejora continua de la calidad del aire" en diciembre de 2023, con el objetivo de objetivos de control de la calidad del aire en regiones clave para 2025.

* Las "Regulaciones provisionales sobre la gestión del comercio de emisiones de carbono" comenzaron a implementarse en China el 1 de mayo, vinculando directamente las emisiones de carbono con las expectativas de operaciones empresariales.

* Ha habido varios casos de sanciones relacionadas con las emisiones de carbono en 2023, con una mayor aplicación este año.

Según la información del mercado, en los procesos de impresión y revestimiento, la mayoría de las tintas de impresión ya se han cambiado a tintas UV, mientras que el revestimiento interior, el revestimiento base, y el barniz siguen siendo recubrimientos a base de solventes que requieren horneado térmico. Dada la especificidad de los recubrimientos internos, la siguiente dirección tecnológica debería ser la transición de los recubrimientos y barnices base a la tecnología de curado fotoiniciada. Actualmente, el barniz de impresión de curado fotoiniciado es un tema candente en la industria, con un rápido progreso de desarrollo. El siguiente contenido proporciona información detallada sobre el barniz de impresión de curado fotoiniciado.

Recubrimientos catiónicos UV: La mejor solución para productos de embalaje de hojalata

Los recubrimientos catiónicos fotoiniciados por rayos ultravioleta (catiónicos UV) son actualmente los productos de recubrimiento verde más adecuados para el envasado de hojalata. Sus características técnicas, como la seguridad en contacto con los alimentos, un excelente rendimiento posterior al procesamiento, cero emisiones de COV, sin necesidad de calefacción y una eficiencia de curado ultra alta, cubren perfectamente las necesidades del producto. Actualmente, aprovechando su tecnología líder de aplicación de curado fotoiniciado, Europa y Estados Unidos han estado utilizando comercialmente esta tecnología durante años. Con la difusión de la tecnología y la reducción de costos integrales, se espera que la tasa de penetración en el mercado de los recubrimientos impresos catiónicos UV aumente aún más en el futuro.

Los recubrimientos de radicales libres fotoiniciados ultravioleta (radicales UV) son otro sistema de curado fotoiniciado común. La principal diferencia en su aplicación en la impresión sobre hojalata es que elRevestimiento UV catiónicoSe puede utilizar para todo tipo de envases de hojalata, mientras que los recubrimientos de radicales UV no se pueden utilizar para alimentos y envases de alto estiramiento. ¿Qué causa las diferencias en los escenarios de aplicación? Lo siguiente analiza con más detalle:

Gráfico 1: Características comparativas de los sistemas radiales UV catiónicos y UV

Características de baja migración: cumplimiento de los requisitos de seguridad alimentaria

El mecanismo de curado de esteEspecialidad Química de resinaEs El proceso de pequeño lunarCule la polimerización en moléculas grandes en muy poco tiempo. Los recubrimientos catiónicos UV tienen una tasa de conversión cercana al 100%, y el material de película curada tiene buenas características de migración bajas. Por el contrario, el sistema radical generalmente logra solo alrededor de 80% conversión. Las moléculas pequeñas residuales de los componentes sin reaccionar no cumplen con los requisitos de seguridad.

La razón de la tasa de conversión ultra alta de los recubrimientos catiónicos UV es que los monómeros o las moléculas de resina en el sistema a menudo tienen dos o más grupos funcionales. Estos tienen características de poscurado (o curado oscuro). Bajo la irradiación de luz UV, desencadenan reacciones de polimerización y en cadena. En un tiempo extremadamente corto (aproximadamente 0,02 segundos), la tasa de conversión de los grupos funcionales puede exceder la 80%. Los grupos funcionales restantes sin reaccionar continúan reaccionando incluso sin energía UV. A temperatura ambiente durante 48 horas, la tasa de conversión puede exceder el 99%, y el calentamiento puede acortar significativamente este tiempo.

Gráfico 2: Valores típicos de baja migración molecular en revestimientos catiónicos UV

Esto difiere fundamentalmente del mecanismo de curado de los sistemas radicales UV. Bajo la irradiación de luz UV, los grupos funcionales radicales UV logran aproximadamente 80% conversión, y la reacción se detiene inmediatamente después de que se corta la luz UV. Los monómeros sin reaccionar, los grupos funcionales y las resinas permanecen en el material de la película, lo que disminuye el rendimiento mecánico y la durabilidad y migra fácilmente a la superficie de contacto, lo que plantea riesgos de seguridad.

Además, los recubrimientos catiónicos UV tienen baja volatilidad y olor, proporcionando un mejor entorno operativo y seguridad sanitaria, haciéndolos más aceptables para los operadores de la línea de producción.

Alta capacidad de estiramiento y durabilidad: excelente rendimiento posterior al procesamiento

Las resinas primarias utilizadas en el sistema catiónico UV son materiales epoxi, que proporcionan una excelente adherencia y resistencia mecánica inherentes a los materiales epoxi. Los ingenieros pueden seleccionar entre epoxis alicíclicos, epoxis de bisfenol A, epoxis hidrogenados y anillos de oxirano en función de escenarios de aplicación específicos.Resinas epoxi cicloalifáticasTienen la reactividad más alta, una Tg alta, no contienen Bisfenol A y superan la mala resistencia a la intemperie de los materiales epoxi ordinarios, lo que los convierte en los materiales de resina epoxi más adecuados para reacciones catiónicas.

El barniz catiónico UV tiene las siguientes características:

• Alta capacidad de estiramiento

La contracción volumétrica durante el curado catiónico es baja, lo que ayuda a reducir el estrés interno durante el curado, lo que reduce la fragilidad del material y aumenta la tenacidad.

• Resistencia a la ebullición y química

El barniz catiónico UV, principalmente basado en epoxi alicíclico, no contiene anillos de benceno u otras estructuras moleculares que afectan la resistencia a la intemperie. La alta densidad de reticulación proporciona una alta Tg, lo que le da al revestimiento una excelente resistencia química y a la ebullición.

• Alta fuerza mecánica

Durante el curado catiónico, los centros catiónicos activos generados por los iniciadores catiónicos activan la polimerización de apertura de anillo de grupos en la resina epoxi, formando una estructura de red tridimensional. A diferencia de la base de acrilato del sistema de radicales libres, la estructura cicloalifática saturada de alta densidad imparte una alta densidad de reticulación y excelentes propiedades mecánicas al producto curado, mejorando la resistencia del material y la resistencia al rayado.

Tabla: Comparación de la dureza en latas estampadas

Gráfico: Rendimiento del revestimiento catiónico UV en aplicaciones de barniz de lata de tres piezas

Costo y equipoNT Inversión

Comparación de costos

Habiendo discutido la importancia del barniz de impresión de curado fotoiniciado y las diferencias entre los productos, la cuestión más práctica es cómo la inversión en proyectos en curado fotoiniciado se compara con el recubrimiento tradicional. Anteriormente, debido a los mayores costos de recubrimientos y equipos, el desarrollo del mercado de recubrimientos de curado fotoiniciados fue lento. En los últimos años, con importantes reducciones de costos en estas dos áreas, el costo explícito de los proyectos está ahora a la par con el recubrimiento tradicional, y combinado con las enormes ventajas en los costos implícitos, el costo total de los proyectos muestra una ventaja absoluta.

* Comparación integral de costos entre diferentes tipos de barnices

Equipo de impresión UV

El mayor cambio en los equipos de impresión de curado fotoiniciados es la necesidad de instalar fuentes de lámparas UV en la línea de producción, reemplazando los hornos tradicionales. Esto reduce significativamente la inversión y la huella de los equipos, y ya no se necesita gas natural para proporcionar energía térmica. Según los proveedores de equipos profesionales, la inversión para una nueva línea de curado fotoiniciada (excluido el revestimiento) no supera el millón de RMB.

* Diagrama de la línea de impresión de curado fotoiniciada (proporcionada por el proveedor)

Visión general del mercado actual

El barniz de impresión catiónica UV se aplica con madurez en envases de hojalata en el extranjero. A nivel nacional, el barniz catiónico ya tiene una amplia ventaja de costos. Aunque el número de equipos de recubrimiento de curado fotoiniciados en el mercado nacional es limitado, los fabricantes posteriores están expandiendo activamente los diseños, eligiendo entre barniz UV catiónico o radical UV en función de su estructura comercial. Además, el barniz catiónico UV también es aplicable a sustratos de aluminio, incluidas latas de aluminio y tapas de rosca de aluminio.

El aceite de base transparente catiónico UV y los productos de recubrimiento Blanco aún están en desarrollo, con pocas variedades comerciales disponibles en el mercado.

Introducción a las resinas de barniz catiónico UV

La introducción anterior discutió el epoxi alicíclico como el tipo de resina preferido para el barniz catiónico UV. Los siguientes son tipos comunes de resinas epoxi alicíclicas en el mercado. Al variar las estructuras, la tenacidad, la adherencia, la resistencia al calor, la viscosidad y otras propiedades del barniz se pueden ajustar, y los sistemas se pueden combinar de acuerdo con diferentes escenarios de aplicación:

Gráfico 4: Introducción a algunos productos de resina epoxi alicíclica porMaterial de TETRA...

Jiangsu TETRA New Material Technology Co., Ltd. es una empresa de alta tecnología que se especializa en la producción, desarrollo y servicio técnico de epoxis alicíclicos y resinas epoxi especiales. Tienen un equipo de I + D de alta calidad compuesto por profesionales y talentos de gestión tecnológica que tienen loNG se ha dedicado a aplicaciones técnicas en los campos químico y farmacéutico. Actualmente, tienen dos bases de producción en Taixing, Jiangsu y Dongying, Shandong, con una capacidad total de aproximadamente 15.000 toneladas.

Damos la bienvenida a la comunicación y los intercambios con socios de la industria para contribuir al desarrollo de la tecnología de curado fotoiniciada en China.