Artigo técnico 

Título:	Como obter uma grande economia através da implantação do controle de processo de cura UV?

Sérgio Medeiros e Mauricio Locatelli*

Texto:
A cura, também comumente chamada de "secagem", de uma tinta ou verniz curado por UV se dá através de uma reação química (polimerização), onde o  fotoiniciador presente no revestimento curado por UV absorve a energia emitida pela lâmpada gerando radicais livres e provocando assim a polimerização das demais matérias-primas, também reativas, o que resulta em um filme sólido em questão de segundos.
Para cada aplicação utiliza-se um ou mais fotoiniciadores na formulação e esses tipos absorvem energia em diferentes comprimentos de onda (UVC - 280~260 nm; UVB - 280~320 nm; UVA - 320~390 nm e UVV - 395~445 nm) (1).
E para que a polimerização ocorra não basta que a lâmpada emita energia no comprimento de onda necessário para absorção pelo fotoiniciador, ela também precisa emitir energia com uma intensidade suficiente para provocar a reação.
Como medir essa energia? Como saber se a lâmpada está emitindo energia no comprimento de onda que o fotoiniciador precisa? Como medir a quantidade de energia que o material recebe durante o tempo de exposição à radiação UV? Como estabelecer os parâmetros de cura para diferentes tipos de substratos, tintas e vernizes? Como estabelecer o setup ideal do equipamento? Como otimizar o processo? E, principalmente, como reduzir seus custos de produção?
O radiômetro surgiu e vem sendo utilizado como parte importantíssima das respostas a estas dúvidas. Os equipamentos mais modernos disponíveis no mercado conseguem medir em comprimentos de onda definidos tanto a Dose (quantidade de energia que o material recebeu durante o tempo de exposição) expressa em mJ/cm2  e a Intensidade (a quantidade de energia que a lâmpada emitiu e está chegando ao substrato) expressa em mW/cm2. 

Mas antes de nos aprofundarmos na radiometria propriamente dita, gostaríamos de mencionar que estudos comprovam que os custos de uma política que não priorize a qualidade como um todo e o controle de processo (os chamados custos da não-qualidade) são responsáveis por até 25% da receita total de uma empresa, já os valores investidos no sentido da prevenção de falhas, investimento em equipamentos e metodologia de controle de processo (os chamados de custos da qualidade) são responsáveis por apenas 4% da mesma receita. Ou seja, vale muito mais a pena investir em um equipamento que pode dar tranqüilidade e segurança ao processo de fabricação do que correr riscos desnecessários. Em um processo de cura UV, o radiômetro pode, por exemplo, evitar que um turno de trabalho seja iniciado com as lâmpadas deficientes e que toda a produção seja perdida em função disto.
Além dos radiômetros que fornecem o valor real (absoluto) de Dose e Intensidade, existem modelos para medição on line da lâmpada; nestes casos o valor fornecido é relativo, pois o equipamento indica apenas a redução do “brilho” da lâmpada. Ao instalar um bulbo novo, este sensor on line considera que a Irradiância (Intensidade) do sistema é a ideal e registra este valor máximo adotando-o como sendo 100%. Na medida em que  a vida útil da lâmpada vai reduzindo o valor percentual vai decrescendo proporcionalmente. É muito importante destacar que existe um tipo de radiômetro (relativo ou absoluto) para cada caso e aplicação.
Os fotoiniciadores utilizados em vernizes (sistemas sem pigmentação) geralmente absorvem no comprimento de onda entre 250 e 280 nm, já os fotoiniciadores para sistemas pigmentados absorvem no comprimento de onda UVA e/ou UVV. Para o controle da aplicação de vernizes é possível utilizar um radiômetro que mede apenas uma faixa do espectro UV (banda), sendo que na maioria dos casos é indicado avaliar apenas o UVA da lâmpada. Para controle da cura de sistemas pigmentados o mais indicado é um equipamento que possa medir as quatro faixas do espectro UV. Nestes casos, todas as bandas do UV têm sua parcela de responsabilidade na cura, mas as duas citadas acima continuam sendo as mais importantes. 
A escolha do modelo de radiômetro também depende do tipo de tarefa a ser executada, a saber: para controle de processo (produção) os equipamentos que medem apenas uma banda já são um bom ponto de partida, mas para quem trabalha com o desenvolvimento de formulações o modelo completo (que mede quatro bandas) é quase que obrigatório. As dimensões físicas (tamanho) do radiômetro também devem ser consideradas.

NA PRÁTICA, COMO O RADIÔMETRO 
PODE ME AJUDAR ?

Ao adquirir um radiômetro ou contratar o serviço de medição, devemos fazer uma coleta de dados do sistema. Esta primeira coleta deve ser realizada quando tudo estiver correndo bem, ou seja, quando o produto final estiver dentro dos padrões de qualidade pre-estabelecidos. Feito isto, inicia-se uma segunda fase, variando-se as condições de cura (velocidade de esteira, potência da máquina curadora, intensidade da lâmpada, diferentes substratos, fornecedores de tintas e vernizes UV, etc). O objetivo desta fase é a construção da janela de cura, também conhecida como janela de processo. Com estes dados é possível saber sob quais condições de cura o revestimento preserva as características ideais no que se refere às suas propriedades físico-químicas. Estes dados são muito importantes, pois com eles é possível estabelecer o setup ideal do equipamento para cada substrato e tipo de tinta/verniz. Fazendo-se isto, será possível a obtenção de ganho de tempo e economizar-se-á muito dinheiro, porque com a janela de cura é possível comparar o valor medido com o valor estabelecido, evitando assim que produtos não conforme venham a ser produzidos.

Figura 1 – Janela de Cura – Substratos Termossensíveis

Fonte: EIT Instruments Inc.

Figura 2 – Janela de Cura – Processo UV Tradicional

Fonte: EIT Instruments Inc.

Com o radiômetro é possível fazer o controle diário da emissão da lâmpada UV, o que previne paradas inesperadas e reduz significativamente a obtenção de produtos fora de especificação, além de possibilitar a programação para manutenção e evitar a troca desnecessária de lâmpadas. Na ocorrência de um problema de cura incompleta conseguir-se-á determinar se o problema foi causado devido à tinta e/ou verniz; pelo equipamento (lâmpadas e/ou refletores), evitando assim o famoso jogo de "empurra-empurra" entre os fornecedores, que ora responsabilizam o equipamento, ora culpam a tinta ou verniz, ora acusam a lâmpada ou a própria equipe de manutenção.

Tão importante quanto ter um radiômetro para controle do seu processo é fazer a manutenção básica no túnel de cura. São três ações simples, que se feitas periodicamente certamente irão evitar problemas futuros. Essas ações são:

Limpeza dos refletores;
Limpeza das lâmpadas e 
Giro de 1/4 de volta da(s) lâmpada(s), evitando assim que ela fique abaulada. 

Vale lembrar que cerca de 60%, algumas vezes 80% da radiação que chega ao substrato passa pelos refletores. Daí a importância de mantê-los sempre limpos e em perfeito estado.

Figura 3 – Exemplo de Possíveis Pontos para Instalação de Sensores

MAS ESTE TAL DE RADIÔMETRO É MUITO CARO !!!!

Vale aqui a máxima e freqüentemente desgastada análise da relação custo versus benefício.

Antes de prosseguirmos, é muito importante uma rápida reflexão sobre as seguintes indagações:

Quanto custa a insatisfação de um único cliente?
Quantos metros quadrados de superfície são revestidos durante uma hora de trabalho de uma linha de produção de móveis? 
Quantos pares de sapatos são “colados” em uma única linha de produção em um turno de trabalho?
Quantas placas de circuito impresso são produzidas por dia numa única fábrica?
Quantas toneladas de papel ou filmes são impressas numa única gráfica?

Na maioria destes casos não é possível a recuperação total, ou mesmo parcial, do produto final. Ou seja, material mal curado é sinônimo de desperdício.

Por isto podemos afirmar que não há dúvida que é sempre melhor prevenir do que remediar.

Para minimizar e até mesmo evitar o impacto do investimento inicial na aquisição de um radiômetro,  já existe no mercado brasileiro a opção da contratação da prestação de serviços de medição. Nesta opção, um técnico vai até a indústria usuária da tecnologia UV e realiza a medição propriamente dita (Dose e Intensidade) e, caso necessário, faz também algumas análises iniciais sugerindo medidas corretivas e preventivas. Posteriormente um relatório completo será enviado, indicando as condições reais do equipamento e sugestões das ações a se  tomar para corrigir eventuais desvios e problemas encontrados. Devido ao seu baixo custo, esta opção viabiliza o acesso ao controle de processo mesmo para as chamadas pequenas empresas.

Em complementação a este serviço, recentemente outra barreira que dificultava a popularização do uso de radiômetros pelo mercado brasileiro foi quebrada. Esta barreira era o processo de calibração do próprio radiômetro, que exigia a exportação temporária do mesmo, o que freqüentemente demorava o absurdo de noventa dias entre o envio e o regresso do equipamento. Mas para felicidade geral dos usuários desta tecnologia, já existe localmente o serviço de calibração destes equipamentos.

De maneira genérica, recomenda-se que a calibração do radiômetro seja realizada a cada seis meses. Isto ocorre porque o mesmo possui filtros, sensores e circuitos eletrônicos que sofrem grande desgaste devido ao uso. Este desgaste é causado principalmente pela alta temperatura do processo (calor) e pela própria Intensidade das lâmpadas. Mas, obviamente, este intervalo de tempo pode variar para mais ou para menos, dependendo exclusivamente das particularidades de cada processo produtivo.

Resumindo, podemos destacar os seguintes e principais benefícios em se implantar o controle de processo através do uso de um radiômetro:

1- Efetivo controle de processo sobre a cura da tinta e verniz. (com uma leitura antes do início da produção pode-se prevenir paradas repentinas no sistema causadas por lâmpadas deficientes ou refletores sujos).

2- Evitar a troca desnecessária e/ou antecipada de lâmpadas e refletores (muitas empresas trocam as lâmpadas apenas em função do seu tempo de uso, sendo que com um radiômetro é possível determinar-se o melhor momento para que esta troca ocorra. Ou seja, isto pode significar grande economia).

3- Criação, construção e implantação de uma janela de cura (através da janela de cura poder-se-á estabelecer os parâmetros ideais de cura do produto. Para a determinação dessa janela trabalha-se, por exemplo, com as seguintes variáveis: velocidade da esteira, intensidade e potência da curadora. Com esses dados tabulados o operador sabe quais os limites do seu processo e poderá manter a constância, eficácia e eficiência do mesmo, o que significa alta produtividade).

4- Redução do número de paradas desnecessárias do processo (com o controle diário do sistema é possível programar as paradas para manutenção, como, por exemplo, a limpeza e troca de lâmpadas, o que é muito menos oneroso que uma parada inesperada).

5- Criação, implantação e documentação de procedimentos de qualidade, permitindo o registro de dados (o registro de dados, além de auxiliar o operador da máquina, auxilia também a equipe de manutenção e permite a criação de um histórico do sistema, o que é muito importante para a implantação e manutenção de sistemas de qualidade como as normas ISO ou similares).

6- Estabelecimento e retomada do setup ideal do processo  (com o setup determinado, após a manutenção do sistema fica mais fácil deixar o equipamento nas condições ideais de uso, evitando-se o desperdício de material para ajustes de máquina).

7- Desenvolvimento e implantação de um sistema de comunicação claro e direto com os clientes e fornecedores (a comunicação baseada em registros de dados e utilizando equipamentos de mesmas características permite o aprimoramento do processo e colabora de maneira significativa para o bom uso da tecnologia).

8- Trabalho preventivo no que se refere ao pagamento de indenizações (quem controla e documenta seu processo está fazendo uma espécie de seguro, pois em caso de eventuais reclamações e pedidos de indenização existirão provas e fatos que demonstrarão claramente o que aconteceu com cada lote produzido, assegurando a todos os envolvidos na cadeia produtiva uma maior tranqüilidade).

Os ganhos e a segurança obtida com a implantação do controle de processo e com o uso de radiômetros permite que muito rapidamente o investimento inicial (feito na sua aquisição) seja pago. Na visão de longo prazo, a diferença entre uma empresa que investe e se preocupa realmente com a qualidade e uma empresa que não o faz, pode significar a própria sobrevivência e até mesma a permanência ou não desta no mercado.

Escrito por:

* Sérgio Medeiros e Mauricio Locatelli – Grupar Química Ltda. (representante exclusivo da EIT Instruments Inc. no Brasil).

Notas: Ainda não existe norma nacional ou mesmo internacional que defina claramente os comprimentos de onda de cada banda (UVC, UVB, UVA e UVV). Para este artigo adotamos os padrões definidos e utilizados da EIT Intruments Inc..