El Impacto de los Fotoiniciadores en Recubrimientos Curables por UV

Comprensión de los fotoiniciadores y su papel en los recubrimientos curables por UV

Los fotoiniciadores son los que inician los cambios químicos que transforman los recubrimientos líquidos de UV en estructuras resistentes e interconectadas. Estos materiales sensibles a la luz representan aproximadamente entre el 60 y el 80 por ciento de la velocidad con la que se curan los materiales en entornos industriales, por lo que elegir los adecuados es fundamental para optimizar los procesos de fabricación. Según cifras de Yahoo Finance, el mercado mundial de fotoiniciadores alcanzó unos 1.430 millones de dólares en 2023. Esta cifra muestra cuán importantes se han vuelto estas sustancias a medida que las industrias avanzan hacia prácticas más sostenibles mediante métodos de curado que ahorran energía.

La función de los fotoiniciadores en la fotopolimerización

Cuando se exponen a la radiación UV (250–420 nm), los fotoiniciadores absorben fotones y generan intermediarios reactivos —radicales libres o cationes— que inician reacciones en cadena entre monómeros y oligómeros, formando rápidamente redes poliméricas. A diferencia del curado térmico, este proceso se completa en segundos y emite cantidades mínimas de compuestos orgánicos volátiles (COV), favoreciendo la fabricación ecológica.

Fotoiniciadores Tipo I frente a Tipo II: Mecanismos de escisión y abstracción de hidrógeno

Los fotoiniciadores de tipo I, como los derivados de bencilo, sufren una escisión directa de enlaces bajo luz UV-A para producir radicales libres. En contraste, los fotoiniciadores de tipo II, como las tioxantonas, requieren un donador de hidrógeno (por ejemplo, aminas co-iniciadoras) para generar radicales mediante transferencia de energía, permitiendo un curado eficiente en ambientes ricos en oxígeno.

Eficiencia de Iniciación e Influencia en el Inicio del Curado

Básicamente hay tres factores que determinan qué tan bien funciona la iniciación: primero, si el fotoiniciador absorbe realmente la luz de las lámparas UV con las que debe trabajar; segundo, utilizar la cantidad adecuada según el espesor del recubrimiento (normalmente entre medio por ciento y cinco por ciento); y tercero, asegurarse de que no sea inhibido por el oxígeno en la superficie donde ocurre el curado. Los mejores sistemas de Tipo I pueden convertir más del 95 % de los monómeros en solo medio segundo, lo cual suena impresionante hasta que vemos que esas formulaciones se vuelven amarillas tras el curado. Por eso muchos fabricantes actualmente mezclan fotoiniciadores de Tipo I y Tipo II en sus recubrimientos curables con LED. Esta combinación ayuda a mantener un buen acabado superficial y, al mismo tiempo, permite una penetración adecuada a través de capas más gruesas de material.

Cómo afectan los fotoiniciadores al rendimiento de los recubrimientos curables con UV

Velocidad de curado y grado de reticulación

La velocidad a la que los recubrimientos curables por UV alcanzan la polimerización completa está controlada principalmente por los fotoiniciadores. Cuando los fabricantes utilizan iniciadores Tipo I eficientes, como los óxidos de acilfosfina, logran un curado superficial muy rápido bajo luces LED UV. Algunas fábricas han medido tiempos de inicio de tan solo 0,3 segundos, según lo publicado en el informe de mercado de 2025 sobre fotoiniciadores. Pero lograr una reticulación adecuada en toda la profundidad depende de asegurar que el iniciador reaccione correctamente con la profundidad de penetración de la luz en el material. Es aquí donde los sistemas de curado dual resultan útiles actualmente. Estos sistemas combinan métodos de curado por UV y por calor para superar este problema. Logran aproximadamente un 98 por ciento de profundidad de curado incluso en materiales que permiten poco paso de luz, y aún así mantienen ciclos de producción por debajo de diez segundos la mayor parte del tiempo.

Propiedades Mecánicas y Adhesión al Sustrato

El tipo de fotoiniciador que elegimos realmente afecta la resistencia del producto final y la capacidad de adherencia entre diferentes materiales. Los sistemas Tipo II funcionan de manera diferente porque extraen átomos de hidrógeno durante el proceso, creando redes poliméricas que son aproximadamente un 15 a incluso un 20 por ciento más flexibles en comparación con los antiguos sistemas Tipo I, que rompen enlaces. Cuando los fabricantes logran la mezcla adecuada, estas fórmulas mejoradas pueden aumentar la adhesión a superficies difíciles como el polipropileno en alrededor de un 40 %. Esto significa que los recubrimientos permanecen mucho mejor fijos cuando se someten a fuerzas físicas sin desprenderse. La razón detrás de esta mejora radica en la formación de enlaces químicos más fuertes entre el material base y el recubrimiento desde el inicio del proceso de curado.

Amarilleamiento, Envejecimiento y Subproductos Residuales

Los problemas de estabilidad que persisten en el tiempo suelen deberse a la forma en que se descomponen los fotoiniciadores. Tomemos por ejemplo los derivados de benzofenona: funcionan bien en cuanto al precio, pero tienden a dejar alrededor del 3 % de aminas residuales. Esta sustancia residual acelera los efectos de amarilleamiento que observamos, con valores Δb* superiores a 5 tras solo 500 horas bajo luz UV. Las opciones más recientes, como los fotoiniciadores basados en glicidilo, están causando un impacto importante en la industria. Estas reducen el amarilleamiento aproximadamente en tres cuartas partes y mantienen los extractables por debajo de la mitad de un por ciento, lo cual es muy relevante al fabricar equipos médicos o aplicar recubrimientos ópticos. La mayoría de las formulaciones modernas ahora se centran en iniciadores que incorporan estabilización directamente. Estos materiales pueden durar mucho más de una década al aire libre sin necesidad de aditivos adicionales que comprometan otras propiedades a cambio de estabilidad.

Optimización de la selección de fotoiniciadores y estrategias de formulación

Equilibrar la concentración de fotoiniciadores para lograr curado en profundidad y superficial

Conseguir una curación uniforme depende de gestionar cuidadosamente la cantidad de fotoiniciador utilizada. Cuando hay demasiado, la superficie se cura rápidamente pero no permite que pase suficiente luz UV, lo que puede dejar las capas más profundas mal curadas. Según han descubierto muchos fabricantes, mantener las concentraciones de fotoiniciador entre el 2% y el 4% reduce los tiempos de curado aproximadamente un 15%, y aún así logra al menos un 90% de densidad de reticulación incluso en recubrimientos de hasta 200 micrómetros de espesor. La situación cambia al trabajar con películas muy gruesas, superiores a 500 micrómetros. En estos casos, la mayoría de los expertos recomiendan usar sistemas graduados con dos tipos diferentes de fotoiniciadores para que tanto la superficie como las partes internas se activen adecuadamente al mismo tiempo.

Co-iniciadores y sistemas sinérgicos para mejorar la reactividad

Cuando se añaden co-iniciadores aminas a los sistemas de tipo II, en realidad aumentan la cantidad de radicales libres formados en un porcentaje de entre el 30 y el 40 por ciento. ¿Qué significa esto para los fabricantes? Pueden reducir la cantidad de fotoiniciador primario que necesitan utilizar, aproximadamente entre 1,2 y 1,8 veces menos, y aún así mantener la misma velocidad de curado. Los beneficios aquí también son bastante significativos. Con el tiempo se produce menos amarilleo y los productos tienden a durar más en los estantes antes de degradarse. Tomemos como ejemplo las aplicaciones de inyección de tinta. Cuando las empresas combinan metacrilato de dimetilaminoetilo (DMAEMA) con bencofenona, ocurre algo interesante. La vida útil en el recipiente se prolonga alrededor de veinte minutos completos, lo que brinda a los trabajadores más tiempo de trabajo durante los procesos de producción. Aún mejor, las propiedades de adhesión permanecen fuertes durante todo el proceso, por lo que no se sacrifica la calidad a pesar de estos ajustes.

Asociación de Fotoiniciadores con Sustratos y Requisitos de Aplicación

Alrededor del 60 % del mercado de recubrimientos curables por UV pertenece a los iniciadores fotorradicales, según informes recientes de la industria de Towards Chem and Materials (2024). Estos materiales funcionan bien en muchos sistemas de resina diferentes, lo que explica su popularidad. Pero lo realmente importante es cómo responde el material recubierto a la luz. Por ejemplo, al trabajar con superficies de policarbonato o vidrio, los técnicos suelen utilizar iniciadores sensibles a 365 nm, como HMPP (es decir, 2-hidroxi-2-metilpropiofenona, para quienes llevan la cuenta en casa). Por otro lado, cuando se trata de recubrimientos metálicos coloreados, opciones de longitud de onda más corta, como las sales de yodonio alrededor de 254 nm, suelen dar mejores resultados. Hacerlo correctamente marca una diferencia real en la práctica. Las operaciones industriales de recubrimiento pueden reducir el consumo de energía aproximadamente en un cuarto, mientras que los fabricantes de automóviles informan que los sistemas adecuadamente combinados aumentan la resistencia a los arañazos en capas transparentes unas tres veces más en comparación con combinaciones inadecuadas.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la función principal de los fotoiniciadores en los recubrimientos curables por UV?

Los fotoiniciadores inician los cambios químicos que convierten los recubrimientos líquidos por UV en estructuras sólidas al absorber fotones y generar intermediarios reactivos, que forman rápidamente redes poliméricas.

¿Cuál es la diferencia entre los fotoiniciadores de tipo I y tipo II?

Los fotoiniciadores de tipo I sufren escisión de enlaces para producir radicales libres, mientras que los fotoiniciadores de tipo II requieren un co-iniciador para generar radicales mediante transferencia de energía.

¿Cómo afectan los fotoiniciadores a la velocidad de curado de los recubrimientos?

La velocidad de curado está controlada por la eficiencia de los fotoiniciadores. Los iniciadores de tipo I pueden lograr un curado rápido, y los sistemas de curado dual pueden superar los problemas de penetración en profundidad en materiales más gruesos.

¿Cuál es el impacto de los fotoiniciadores en las propiedades mecánicas de los recubrimientos curables por UV?

Los sistemas de tipo II ofrecen mayor flexibilidad y mejor adhesión a los sustratos que los sistemas de tipo I, lo que mejora la durabilidad y adherencia de los recubrimientos sobre las superficies.

¿Cómo se puede optimizar la formulación de fotoiniciadores?

Las formulaciones óptimas equilibran la concentración para lograr un curado adecuado en superficie y profundidad, utilizan co-iniciadores para mejorar la reactividad y hacen coincidir los fotoiniciadores con los sustratos para obtener un rendimiento óptimo.