Vysokoúčinné nátery vytvrditeľné UV žiarením sa používajú pri výrobe podláh, nábytku a skríň už mnoho rokov. Väčšinu tohto času boli dominantnou technológiou na trhu 100% pevné a rozpúšťadlom vytvrditeľné UV nátery. V posledných rokoch sa rozrástla technológia lakovania na vodnej báze vytvrdzovateľné UV žiarením. Živice vytvrditeľné UV žiarením na vodnej báze sa ukázali ako užitočný nástroj pre výrobcov z rôznych dôvodov, vrátane prechodu KCMA farbením, testovania chemickej odolnosti a zníženia VOC. Aby táto technológia naďalej rástla na tomto trhu, bolo identifikovaných niekoľko hnacích síl ako kľúčové oblasti, v ktorých je potrebné vykonať zlepšenia. Tie prenesú živice vytvrditeľné UV žiarením na vodnej báze nad rámec toho, čo jednoducho musí mať väčšina živíc. Začnú do náteru pridávať hodnotné vlastnosti, čím prinesú hodnotu každej pozícii v hodnotovom reťazci od tvorcu náterov cez aplikátora v továrni až po inštalatéra a nakoniec aj pre vlastníka.
Výrobcovia, najmä dnes, túžia po nátere, ktorý dokáže viac než len splniť špecifikácie. Existujú aj ďalšie vlastnosti, ktoré poskytujú výhody pri výrobe, balení a inštalácii. Jedným z požadovaných atribútov je zlepšenie účinnosti zariadenia. Pre nátery na vodnej báze to znamená rýchlejšie uvoľňovanie vody a rýchlejšiu odolnosť proti blokovaniu. Ďalším požadovaným atribútom je zlepšenie stability živice na zachytenie/opätovné použitie povlaku a riadenie ich zásob. Pre koncového užívateľa a inštalatéra sú požadovanými atribútmi lepšia odolnosť voči lešteniu a žiadne kovové značenie počas inštalácie.
Tento článok sa bude zaoberať novým vývojom v oblasti polyuretánov vytvrditeľných UV žiarením na vodnej báze, ktoré ponúkajú oveľa lepšiu stabilitu farby pri 50 °C v čírych, ako aj pigmentovaných náteroch. Pojednáva tiež o tom, ako tieto živice riešia požadované vlastnosti aplikátora povlaku pri zvyšovaní rýchlosti linky prostredníctvom rýchleho uvoľňovania vody, zlepšenej odolnosti voči blokovaniu a odolnosti voči rozpúšťadlám mimo linky, čo zvyšuje rýchlosť stohovacích a baliacich operácií. Zlepší sa tým aj poškodenie mimo linky, ku ktorému niekedy dochádza. Tento článok tiež pojednáva o zlepšeniach preukázaných v odolnosti voči škvrnám a chemikáliám, ktoré sú dôležité pre inštalatérov a vlastníkov.
Pozadie
Krajina priemyslu náterových hmôt sa neustále vyvíja. To, čo musíte mať, len prejsť špecifikáciou za rozumnú cenu za aplikovaný mil, jednoducho nestačí. Krajina pre továrenské nátery na stolárstvo, stolárstvo, podlahy a nábytok sa rýchlo mení. Formulátori, ktorí dodávajú nátery továrňam, sú požiadaní, aby zabezpečili, že nátery budú pre zamestnancov bezpečnejšie, odstránili látky vzbudzujúce veľké obavy, nahradili VOC vodou a dokonca použili menej fosílneho uhlíka a viac bio uhlíka. Realita je taká, že v celom hodnotovom reťazci každý zákazník požaduje od náteru viac, než len splniť špecifikáciu.
Náš tím, ktorý videl príležitosť na vytvorenie väčšej hodnoty pre továreň, začal na úrovni továrne skúmať výzvy, ktorým títo aplikátori čelili. Po mnohých rozhovoroch sme začali počuť niekoľko spoločných tém:
- Povoľujúce prekážky bránia mojim cieľom expanzie;
- Náklady sa zvyšujú a naše kapitálové rozpočty sa znižujú;
- Zvyšujú sa náklady na energiu aj personál;
- Strata skúsených zamestnancov;
- Naše firemné SG&A ciele, ako aj ciele môjho zákazníka, musia byť splnené; a
- Zámorská súťaž.
Tieto témy viedli k hodnotovým návrhom, ktoré začali rezonovať s aplikátormi vodou riediteľných UV vytvrditeľných polyuretánov, najmä v oblasti stolárskeho a stolárskeho trhu, ako napríklad: „výrobcovia stolárstva a stolárstva hľadajú zlepšenie efektívnosti výroby“ a „výrobcovia chcú možnosť rozšíriť výrobu na kratších výrobných linkách s menším poškodením prepracovaním vďaka povlakom s pomalým uvoľňovaním vody.“
Tabuľka 1 ilustruje, ako pre výrobcu surovín na nátery vedú zlepšenia určitých vlastností náterov a fyzikálnych vlastností k efektívnosti, ktorú môže dosiahnuť koncový užívateľ.
TABUĽKA 1 | Vlastnosti a výhody.
Navrhnutím UV vytvrditeľných PUD s určitými vlastnosťami, ako je uvedené v tabuľke 1, budú môcť výrobcovia konečného použitia uspokojiť potreby, ktoré majú pri zlepšovaní efektívnosti závodu. To im umožní byť konkurencieschopnejšími a potenciálne im to umožní rozšíriť súčasnú výrobu.
Experimentálne výsledky a diskusia
História polyuretánových disperzií vytvrditeľných UV žiarením
V 90. rokoch sa v priemyselných aplikáciách začalo využívať komerčné využitie aniónových polyuretánových disperzií obsahujúcich akrylátové skupiny naviazané na polymér.1 Mnohé z týchto aplikácií sa týkali obalov, atramentov a náterov na drevo. Obrázok 1 ukazuje všeobecnú štruktúru PUD vytvrditeľného UV žiarením, ktorá demonštruje, ako sú tieto náterové suroviny navrhnuté.
OBRÁZOK 1 | Všeobecná akrylátová funkčná polyuretánová disperzia.3
Ako je znázornené na obrázku 1, UV-vytvrditeľné polyuretánové disperzie (UV-vytvrditeľné PUD) sa skladajú z typických komponentov používaných na výrobu polyuretánových disperzií. Alifatické diizokyanáty reagujú s typickými estermi, diolmi, hydrofilizačnými skupinami a predlžovačmi reťazca používanými na výrobu polyuretánových disperzií.2 Rozdiel je v pridaní esteru s akrylátovou funkčnou skupinou, epoxidu alebo éterov začlenených do predpolymérneho kroku pri výrobe disperzie. . Výber materiálov používaných ako stavebné bloky, ako aj polymérová architektúra a spracovanie určujú výkon a charakteristiky sušenia PUD. Tieto voľby v surovinách a spracovaní povedú k PUD vytvrditeľným UV žiarením, ktoré môžu netvoriť film, ako aj tie, ktoré tvoria film.3 Tvorenie filmu alebo typy sušenia sú predmetom tohto článku.
Vytváranie filmu alebo sušenie, ako sa to často nazýva, poskytne spojené filmy, ktoré sú suché na dotyk pred UV vytvrdzovaním. Pretože aplikátori chcú obmedziť vzduchom prenášanú kontamináciu povlaku v dôsledku častíc, ako aj potrebu rýchlosti vo svojom výrobnom procese, tieto sa často sušia v sušiarňach ako súčasť kontinuálneho procesu pred vytvrdzovaním UV žiarením. Obrázok 2 ukazuje typický proces sušenia a vytvrdzovania PUD vytvrdzovateľného UV žiarením.
OBRÁZOK 2 | Proces vytvrdzovania UV vytvrdzovateľného PUD.
Použitým spôsobom aplikácie je zvyčajne sprej. Použil sa však nôž cez rolku a dokonca aj povodňový náter. Po nanesení náter zvyčajne prejde štvorstupňovým procesom, kým sa s ním opäť zaobchádza.
1. Blesk: Toto je možné vykonať pri izbovej alebo zvýšenej teplote počas niekoľkých sekúnd až niekoľkých minút.
2. Suché v rúre: Tu sa voda a ko-rozpúšťadlá vytlačia z povlaku. Tento krok je kritický a zvyčajne zaberie najviac času v procese. Tento krok je zvyčajne pri >140 °F a trvá až 8 minút. Môžu sa tiež použiť viaczónové sušiace pece.
- IR lampa a pohyb vzduchu: Inštalácia IR lampy a ventilátorov pohybu vzduchu urýchli záblesk vody ešte rýchlejšie.
3.UV vytvrdzovanie.
4. Cool: Po vytvrdnutí bude náter musieť vytvrdnúť určitý čas, aby sa dosiahla odolnosť voči blokovaniu. Tento krok môže trvať až 10 minút, kým sa dosiahne odpor blokovania
Experimentálne
Táto štúdia porovnávala dva PUD vytvrditeľné UV žiarením (WB UV), ktoré sa v súčasnosti používajú na trhu skríň a stolárstva, s naším novým vývojom, PUD # 65215A. V tejto štúdii porovnávame štandard #1 a štandard #2 s PUD #65215A v oblasti sušenia, blokovania a chemickej odolnosti. Hodnotíme tiež stabilitu pH a stabilitu viskozity, čo môže byť rozhodujúce pri zvažovaní opätovného použitia prestriekania a skladovateľnosti. Nižšie v tabuľke 2 sú uvedené fyzikálne vlastnosti každej zo živíc použitých v tejto štúdii. Všetky tri systémy boli formulované na podobnú úroveň fotoiniciátora, VOC a úroveň tuhých látok. Všetky tri živice boli formulované s 3 % ko-rozpúšťadla.
TABUĽKA 2 | Vlastnosti PUD živice.
V našich rozhovoroch nám bolo povedané, že väčšina WB-UV náterov na trhu stolárstva a stolárstva schne na výrobnej linke, čo trvá 5-8 minút, kým UV vytvrdzuje. Naproti tomu UV (SB-UV) linka schne za 3-5 minút. Navyše, pre tento trh sa nátery zvyčajne nanášajú 4-5 mil za mokra. Hlavnou nevýhodou vodou riediteľných UV-vytvrditeľných náterov v porovnaní s UV-vytvrditeľnými alternatívami na báze rozpúšťadla je čas potrebný na otryskanie vody na výrobnej linke. náter pred UV vytvrdzovaním. K tomu môže dôjsť aj vtedy, ak je hrúbka mokrého filmu príliš veľká. Tieto biele škvrny vznikajú, keď sa voda zachytí vo vnútri filmu počas UV vytvrdzovania.5
Pre túto štúdiu sme zvolili rozvrh vytvrdzovania podobný tomu, ktorý by sa použil na linke na báze rozpúšťadla vytvrditeľnej UV žiarením. Obrázok 3 ukazuje našu aplikáciu, sušenie, vytvrdzovanie a plán balenia použitý pre našu štúdiu. Tento plán sušenia predstavuje medzi 50% až 60% zlepšenie celkovej rýchlosti linky v porovnaní so súčasným trhovým štandardom v stolárskych a stolárskych aplikáciách.
OBRÁZOK 3 | Aplikácia, sušenie, vytvrdzovanie a plán balenia.
Nižšie sú uvedené podmienky aplikácie a vytvrdzovania, ktoré sme použili pre našu štúdiu:
●Nanášanie nástrekom na javorovú dyhu čiernym základným náterom.
●30-sekundové blikanie izbovej teploty.
●140 °F sušiaca rúra po dobu 2,5 minúty (konvekčná rúra).
●UV vytvrdzovanie – intenzita cca 800 mJ/cm2.
- Číre povlaky boli vytvrdené pomocou Hg lampy.
- Pigmentované povlaky boli vytvrdené pomocou kombinovanej Hg/Ga lampy.
●Pred stohovaním nechajte 1 minútu vychladnúť.
Pre našu štúdiu sme tiež nastriekali tri rôzne hrúbky mokrého filmu, aby sme zistili, či by sa dosiahli aj ďalšie výhody, ako napríklad menej vrstiev. Pre WB UV je typická vlhkosť 4 mil. Pre túto štúdiu sme zahrnuli aj aplikácie mokrého náteru 6 a 8 mil.
Výsledky vytvrdzovania
Výsledky štandardu #1, číry náter s vysokým leskom, sú znázornené na obrázku 4. Číry náter WB UV bol aplikovaný na stredne hustú drevovláknitú dosku (MDF), ktorá bola predtým potiahnutá čiernym základným náterom a vytvrdená podľa schémy znázornenej na obrázku 3. Pri 4 mil za mokra náter prechádza. Avšak pri mokrej aplikácii 6 a 8 mils povlak praskal a 8 mil sa ľahko odstránilo kvôli slabému uvoľňovaniu vody pred UV vytvrdzovaním.
OBRÁZOK 4 | Štandard #1.
Podobný výsledok je tiež vidieť v štandarde #2, znázornenom na obrázku 5.
OBRÁZOK 5 | Štandard #2.
Ako je znázornené na obrázku 6, pri použití rovnakého plánu vytvrdzovania ako na obrázku 3, PUD #65215A demonštrovalo obrovské zlepšenie v uvoľňovaní vody/sušení. Pri hrúbke vlhkého filmu 8 mil bolo pozorované mierne praskanie na spodnom okraji vzorky.
OBRÁZOK 6 | PUD #65215A.
Dodatočné testovanie PUD# 65215A v čírom nátere s nízkym leskom a pigmentovanom nátere na rovnakom MDF s čiernym základným náterom bolo hodnotené na vyhodnotenie vlastností uvoľňovania vody v iných typických náterových formuláciách. Ako je znázornené na obrázku 7, formulácia s nízkym leskom pri mokrej aplikácii 5 a 7 mil uvoľnila vodu a vytvorila dobrý film. Avšak pri vlhkom 10 mil bol príliš hustý na to, aby uvoľnil vodu podľa plánu sušenia a vytvrdzovania na obrázku 3.
OBRÁZOK 7 | PUD s nízkym leskom #65215A.
V bielom pigmentovanom zložení sa PUD #65215A darilo dobre v rovnakom rozvrhu sušenia a vytvrdzovania opísanom na obrázku 3, s výnimkou aplikácie pri 8 tisícin palca za mokra. Ako je znázornené na obrázku 8, film praská pri 8 mil v dôsledku slabého uvoľňovania vody. Celkovo v čírych, nízkolesklých a pigmentovaných formuláciách PUD# 65215A fungoval dobre pri vytváraní filmu a schnutí, keď sa aplikoval do 7 mil za mokra a vytvrdzoval pri zrýchlenom schnutí a vytvrdzovaní opísanom na obrázku 3.
OBRÁZOK 8 | Pigmentovaný PUD #65215A.
Výsledky blokovania
Odolnosť voči blokovaniu je schopnosť povlaku nelepiť sa na iný potiahnutý výrobok, keď je naskladaný. Pri výrobe je to často prekážkou, ak trvá určitý čas, kým vytvrdený povlak dosiahne odolnosť voči blokovaniu. Pre túto štúdiu sa pigmentované formulácie Štandardu č. 1 a PUD č. 65215A aplikovali na sklo pri 5 mokrých palcoch pomocou sťahovacej tyče. Každý z nich bol vytvrdený podľa plánu vytvrdzovania na obrázku 3. Dva potiahnuté sklenené panely boli vytvrdené súčasne – 4 minúty po vytvrdnutí boli panely zovreté dohromady, ako je znázornené na obrázku 9. Zostali spolu zovreté pri izbovej teplote počas 24 hodín . Ak sa panely ľahko oddelili bez odtlačku alebo poškodenia potiahnutých panelov, potom sa test považoval za úspešný.
Obrázok 10 zobrazuje zlepšenú odolnosť proti blokovaniu PUD# 65215A. Hoci štandard #1 aj PUD #65215A dosiahli v predchádzajúcom teste úplné vytvrdnutie, iba PUD #65215A preukázal dostatočné uvoľnenie vody a vytvrdnutie na dosiahnutie odolnosti voči blokovaniu.
OBRÁZOK 9 | Ilustrácia testu odolnosti proti blokovaniu.
OBRÁZOK 10 | Odolnosť voči blokovaniu štandardu č. 1, nasledovaná PUD č. 65215A.
Výsledky miešania akrylu
Výrobcovia náterov často miešajú živice WB vytvrditeľné UV žiarením s akrylovými, aby sa znížili náklady. V rámci našej štúdie sme sa zamerali aj na miešanie PUD#65215A s NeoCryl® XK-12, akrylátom na vodnej báze, ktorý sa často používa ako miešací partner pre UV tvrditeľné vodou riediteľné PUD na trhu stolárstva a stolárstva. Pre tento trh sa za štandard považuje testovanie škvŕn KCMA. V závislosti od konečného použitia sa niektoré chemikálie stanú pre výrobcu potiahnutého výrobku dôležitejšie ako iné. Hodnotenie 5 je najlepšie a hodnotenie 1 najhoršie.
Ako je uvedené v tabuľke 3, PUD #65215A funguje výnimočne dobre pri testovaní škvŕn KCMA ako číry s vysokým leskom, číry s nízkym leskom a ako pigmentovaný náter. Dokonca aj pri zmiešaní 1:1 s akrylom nie je testovanie KCMA škvŕn drasticky ovplyvnené. Dokonca aj pri farbení prostriedkami, ako je horčica, sa povlak po 24 hodinách obnovil na prijateľnú úroveň.
TABUĽKA 3 | Odolnosť voči chemikáliám a škvrnám (najlepšie hodnotenie 5).
Okrem testovania škvŕn KCMA budú výrobcovia tiež testovať vytvrdenie ihneď po vytvrdnutí UV žiarením mimo linky. Účinky miešania akrylu sa pri tomto teste často všimnú okamžite mimo vytvrdzovacej linky. Očakáva sa, že po 20 dvojitých pretretiach izopropylalkoholom (20 IPA dr.) nedochádza k preniknutiu povlaku. Vzorky sa testujú 1 minútu po UV vytvrdnutí. Pri našom testovaní sme videli, že zmes 1:1 PUD# 65215A s akrylom týmto testom neprešla. Zistili sme však, že PUD #65215A je možné zmiešať s 25 % akrylu NeoCryl XK-12 a napriek tomu prejsť testom 20 IPA dr (NeoCryl je registrovaná ochranná známka skupiny Covestro).
OBRÁZOK 11 | 20 dvojitých pretretí IPA, 1 minútu po UV vytvrdnutí.
Stabilita živice
Testovala sa aj stabilita PUD #65215A. Formulácia sa považuje za stabilnú pri skladovaní, ak po 4 týždňoch pri 40 °C pH neklesne pod 7 a viskozita zostáva stabilná v porovnaní s počiatočnou hodnotou. Pre naše testovanie sme sa rozhodli vystaviť vzorky drsnejším podmienkam až 6 týždňov pri 50 °C. Za týchto podmienok neboli štandardy č. 1 a č. 2 stabilné.
Pri našom testovaní sme sa zamerali na číre formulácie s vysokým leskom, číre s nízkym leskom, ako aj pigmentované formulácie s nízkym leskom použité v tejto štúdii. Ako je znázornené na obrázku 12, stabilita pH všetkých troch formulácií zostala stabilná a nad prahovou hodnotou pH 7,0. Obrázok 13 znázorňuje minimálnu zmenu viskozity po 6 týždňoch pri 50 °C.
OBRÁZOK 12 | Stabilita pH formulovaného PUD #65215A.
OBRÁZOK 13 | Stabilita viskozity formulovaného PUD #65215A.
Ďalším testom demonštrujúcim stabilitu PUD #65215A bolo opätovné testovanie odolnosti proti škvrnám KCMA náterovej formulácie, ktorá bola starnutá 6 týždňov pri 50 °C, a porovnanie s jej počiatočnou odolnosťou voči škvrnám KCMA. Nátery, ktoré nevykazujú dobrú stabilitu, zaznamenajú poklesy vo farbení. Ako je znázornené na obrázku 14, PUD# 65215A si zachoval rovnakú úroveň výkonu ako pri počiatočnom testovaní odolnosti proti chemikáliám/škvrnám pigmentovaného náteru uvedeného v tabuľke 3.
OBRÁZOK 14 | Chemické testovacie panely pre pigmentovaný PUD #65215A.
Závery
Aplikátorom UV-vytvrdzovateľných náterov na vodnej báze umožní PUD #65215A splniť súčasné výkonnostné štandardy na trhu stolárstva, dreva a skriniek a navyše umožní v procese náteru dosiahnuť zlepšenie rýchlosti linky na viac ako 50 -60 % v porovnaní so súčasnými štandardnými nátermi na vodnej báze vytvrdzovateľnými UV žiarením. Pre aplikátora to môže znamenať:
●Rýchlejšia výroba;
●Väčšia hrúbka filmu znižuje potrebu ďalších náterov;
●Krátke sušiace linky;
●Úspora energie vďaka zníženým potrebám sušenia;
●Menej šrotu vďaka rýchlemu odporu blokovania;
●Redukovaný odpad povlaku vďaka stabilite živice.
S VOC menej ako 100 g/l sú výrobcovia tiež schopní lepšie splniť svoje ciele VOC. Výrobcom, ktorí môžu mať problémy s rozširovaním kvôli problémom s povolením, PUD #65215A s rýchlym uvoľňovaním do vody im umožní ľahšie splniť svoje regulačné povinnosti bez straty výkonu.
Na začiatku tohto článku sme citovali z našich rozhovorov, že aplikátory materiálov na báze rozpúšťadiel vytvrdzovateľných UV žiarením zvyčajne sušia a vytvrdzujú nátery v procese, ktorý trvá 3 až 5 minút. V tejto štúdii sme demonštrovali, že podľa procesu znázorneného na obrázku 3, PUD #65215A vytvrdí až 7 mil mokrej vrstvy za 4 minúty pri teplote pece 140 °C. To je v rámci väčšiny náterov na báze rozpúšťadiel vytvrdzovateľných UV žiarením. PUD #65215A by potenciálne mohol umožniť súčasným aplikátorom materiálov vytvrdzovateľných UV žiarením na báze rozpúšťadiel prejsť na materiál vytvrdzovateľný UV žiarením na vodnej báze s malými zmenami v línii náteru.
Výrobcom, ktorí zvažujú rozšírenie výroby, nátery na báze PUD #65215A umožnia:
●Ušetrite peniaze použitím kratšej linky na nátery na vodnej báze;
●Majte v zariadení menšiu stopu nanášacej linky;
●Mať znížený vplyv na súčasné povolenie VOC;
●Uskutočnite úspory energie vďaka zníženým potrebám sušenia.
Na záver, PUD #65215A pomôže zlepšiť efektivitu výroby náterových línií vytvrditeľných UV žiarením prostredníctvom vysokofyzikálnych vlastností a vlastností živice s rýchlym uvoľňovaním vody pri sušení pri 140 °C.
Čas odoslania: 14. august 2024
