Високоефикасните премази што се стврднуваат со UV зрачење се користат во производството на подови, мебел и ормари со години. Во поголемиот дел од овој период, 100% цврсти и премази што се стврднуваат со UV зрачење на база на растворувач се доминантна технологија на пазарот. Во последниве години, технологијата за премази што се стврднуваат со UV зрачење на база на вода доживеа раст. Смолите што се стврднуваат со UV зрачење на база на вода се покажаа како корисна алатка за производителите од различни причини, вклучително и положување на KCMA тест за боење, тестирање на хемиска отпорност и намалување на VOC. За оваа технологија да продолжи да расте на овој пазар, идентификувани се неколку двигатели како клучни области каде што треба да се направат подобрувања. Ова ќе ги однесе смоли што се стврднуваат со UV зрачење на база на вода подалеку од едноставното поседување на „задолжителните“ што ги поседуваат повеќето смоли. Тие ќе почнат да додаваат вредни својства на премазот, носејќи вредност на секоја позиција по должината на вредносниот синџир, од формулирачот на премазот до фабричкиот апликатор, до инсталатерот и, конечно, до сопственикот.
Производителите, особено денес, посакуваат премаз кој ќе направи повеќе отколку само да ги исполни спецификациите. Постојат и други својства кои обезбедуваат придобивки во производството, пакувањето и инсталацијата. Еден посакуван атрибут е подобрување на ефикасноста на постројката. За премазот на база на вода ова значи побрзо ослободување на вода и побрза отпорност на блокирање. Друг посакуван атрибут е подобрување на стабилноста на смолата за собирање/повторна употреба на премазот и управување со нивниот инвентар. За крајниот корисник и инсталатерот, посакуваните атрибути се подобра отпорност на полирање и отсуство на метални ознаки за време на инсталацијата.
Оваа статија ќе ги разгледа новите достигнувања во полиуретаните на база на вода што се стврднуваат со UV зрачење, кои нудат многу подобрена стабилност на бојата на 50 °C во проѕирни, како и пигментирани премази. Исто така, се дискутира како овие смоли ги задоволуваат посакуваните атрибути на апликатор на премазот со зголемување на брзината на линијата преку брзо ослободување на вода, подобрена отпорност на блокови и отпорност на растворувачи надвор од линијата, што ја подобрува брзината за операции на редење и пакување. Ова исто така ќе ги подобри оштетувањата надвор од линијата што понекогаш се јавуваат. Оваа статија, исто така, ги разгледува подобрувањата покажани во отпорноста на дамки и хемикалии, што е важно за монтерите и сопствениците.
Позадина
Пејзажот на индустријата за премази постојано се менува. „Задолжителните услови“ само за исполнување на спецификацијата по разумна цена по применета мил едноставно не се доволни. Пејзажот за фабрички нанесени премази за кабинети, столарија, подови и мебел брзо се менува. Од формулаторите кои снабдуваат премази во фабриките се бара да ги направат премазите побезбедни за нанесување за вработените, да ги отстранат супстанциите што предизвикуваат голема загриженост, да ги заменат испарливите органски соединенија со вода, па дури и да користат помалку фосилен јаглерод и повеќе биојаглерод. Реалноста е дека по целиот вредносен синџир, секој клиент бара премазот да направи повеќе отколку само да ја исполни спецификацијата.
Гледајќи можност да создадеме поголема вредност за фабриката, нашиот тим почна да истражува на фабричко ниво со предизвиците со кои се соочуваа овие апликатори. По многу интервјуа почнавме да слушаме некои заеднички теми:
- Дозволувањето пречки ги спречува моите цели за проширување;
- Трошоците се зголемуваат, а нашите капитални буџети се намалуваат;
- Трошоците и за енергија и за персонал се зголемуваат;
- Губење на искусни вработени;
- Нашите корпоративни цели за SG&A, како и оние на мојот клиент, мора да бидат исполнети; и
- Натпреварување во странство.
Овие теми доведоа до изјави за вредност што почнаа да резонираат кај апликаторите на полиуретани што се стврднуваат на база на вода на UV зрачење, особено на пазарот на столарија и кабинети, како што се: „производителите на столарија и кабинети бараат подобрувања во ефикасноста на фабриките“ и „производителите сакаат можност за проширување на производството на пократки производствени линии со помалку оштетувања од преработката поради премазите со својства на бавно ослободување на вода“.
Табела 1 илустрира како, за производителот на суровини за премази, подобрувањата во одредени атрибути на премазите и физичките својства водат до ефикасност што може да ја реализира крајниот корисник.
ТАБЕЛА 1 | Атрибути и придобивки.
Со дизајнирање на PUD-ови што се сушат со UV зрачење и имаат одредени атрибути како што се наведени во Табела 1, производителите на крајни корисници ќе можат да ги задоволат своите потреби за подобрување на ефикасноста на постројките. Ова ќе им овозможи да бидат поконкурентни и потенцијално да го прошират тековното производство.
Експериментални резултати и дискусија
Историја на дисперзии на полиуретан што се стврднуваат со UV зрачење
Во 1990-тите, комерцијалната употреба на анјонски полиуретански дисперзии што содржат акрилатни групи прикачени на полимерот почна да се користи во индустриски апликации.1 Многу од овие апликации беа во пакување, мастила и дрвени премази. Слика 1 покажува генеричка структура на PUD што може да се стврдне со UV зрачење, покажувајќи како се дизајнирани овие суровини за премачкување.
СЛИКА 1 | Генеричка дисперзија на функционален акрилатен полиуретан.3
Како што е прикажано на Слика 1, полиуретанските дисперзии што се стврднуваат со UV зрачење (PUD што се стврднуваат со UV зрачење) се составени од типичните компоненти што се користат за производство на полиуретански дисперзии. Алифатичните диизоцијанати реагираат со типичните естри, диоли, хидрофилизациски групи и продолжувачи на синџири што се користат за производство на полиуретански дисперзии.2 Разликата е во додавањето на акрилатен функционален естер, епоксид или етери вклучени во чекорот на пред-полимер при производство на дисперзијата. Изборот на материјали што се користат како градежни блокови, како и архитектурата и обработката на полимерот, ги диктираат перформансите и карактеристиките на сушење на PUD. Овие избори во суровините и обработката ќе доведат до PUD што се стврднуваат со UV зрачење и можат да не формираат филм, како и оние што формираат филм.3 Типовите на формирање филм, или сушење, се предмет на овој напис.
Формирањето на филм, или сушењето како што често се нарекува, ќе даде споени филмови кои се суви на допир пред UV стврднување. Бидејќи апликаторите сакаат да ја ограничат контаминацијата на премазот преку воздух поради честички, како и потребата од брзина во нивниот производствен процес, тие често се сушат во печки како дел од континуиран процес пред UV стврднување. Слика 2 го прикажува типичниот процес на сушење и стврднување на PUD што може да се стврдне со UV зрачење.
СЛИКА 2 | Процес на стврднување на пудерска подлога што може да се стврдне со UV зрачење.
Методот на нанесување што се користи е обично прскање. Сепак, се користи и нож преку ролна, па дури и премачкување со вода. Откако ќе се нанесе, премазот обично поминува низ процес од четири чекори пред повторно да се обработи.
1. Блесок: Ова може да се направи на собна или покачена температура од неколку секунди до неколку минути.
2. Сушење во рерна: Ова е местото каде што водата и ко-растворувачите се истиснуваат од премазот. Овој чекор е критичен и обично одзема најмногу време во процесот. Овој чекор обично е на >140 °F и трае до 8 минути. Може да се користат и повеќезонски сушачки печки.
- IR ламба и движење на воздух: Инсталацијата на IR ламби и вентилатори за движење на воздух ќе го забрза блесокот на водата уште побрзо.
3. УВ лекување.
4. Ладење: Откако ќе се стврдне, премазот ќе треба да се стврдне одредено време за да се постигне отпорност на блокирање. Овој чекор може да потрае и до 10 минути пред да се постигне отпорност на блокирање.
Експериментално
Оваа студија спореди два PUD (WB UV) кои се стврднуваат со UV зрачење, кои моментално се користат на пазарот на кабинети и столарија, со нашиот нов развој, PUD # 65215A. Во оваа студија ги споредуваме Стандардот #1 и Стандардот #2 со PUD #65215A во однос на сушењето, блокирањето и хемиската отпорност. Исто така, ја оценуваме pH стабилноста и стабилноста на вискозитетот, што може да биде критично кога се разгледува повторната употреба на прекумерно прскање и рокот на траење. Подолу во Табела 2 се прикажани физичките својства на секоја од смоли што се користат во оваа студија. Сите три системи беа формулирани на слично ниво на фотоиницијатор, VOC и ниво на цврсти материи. Сите три смоли беа формулирани со 3% ко-растворувач.
ТАБЕЛА 2 | Својства на PUD смолата.
Во нашите интервјуа ни беше кажано дека повеќето WB-UV премази на пазарите за столарија и кабинети се сушат на производствена линија, што трае помеѓу 5-8 минути пред UV стврднување. Спротивно на тоа, UV (SB-UV) линијата на база на растворувач се суши за 3-5 минути. Покрај тоа, за овој пазар, премазите обично се нанесуваат 4-5 милси влажни. Главен недостаток на премазите на база на растворувач што се стврднуваат на вода на база на UV зраци во споредба со алтернативите што се стврднуваат на UV зраци е времето потребно за исфрлање на вода на производствена линија.4 Дефекти на филмот, како што се бели дамки, ќе се појават ако водата не е правилно исфрлена од премазот пред UV стврднување. Ова може да се случи и ако дебелината на влажниот филм е превисока. Овие бели дамки се создаваат кога водата ќе се зароби во филмот за време на UV стврднувањето.5
За оваа студија избравме распоред на стврднување сличен на оној што би се користел на линија на база на растворувач што може да се стврдне со UV зрачење. Слика 3 го прикажува нашиот распоред на примена, сушење, стврднување и пакување што го користевме за нашата студија. Овој распоред на сушење претставува подобрување од 50% до 60% во вкупната брзина на линијата во однос на моменталниот пазарен стандард во столаријата и кабинетските апликации.
СЛИКА 3 | Распоред на нанесување, сушење, стврднување и пакување.
Подолу се наведени условите за примена и стврднување што ги користевме за нашата студија:
● Нанесете со прскање врз јаворова фурнир со црна основна обвивка.
● Трепкање на собна температура од 30 секунди.
●Печка за сушење на 140°F во траење од 2,5 минути (конвекциска печка).
●УВ стврднување – интензитет од околу 800 mJ/cm2.
- Проѕирните премази беа стврднати со помош на Hg ламба.
- Пигментираните премази беа стврднати со употреба на комбинирана Hg/Ga ламба.
● Оставете да се излади 1 минута пред да се редат.
За нашата студија, исто така, испрскавме три различни дебелини на влажен филм за да видиме дали ќе се остварат и други предности, како што се помалку слоеви. 4 милси влажен слој е типичен за WB UV. За оваа студија, вклучивме и апликации на влажен слој од 6 и 8 милси.
Резултати од стврднување
Стандард бр. 1, проѕирен премаз со висок сјај, резултатите се прикажани на Слика 4. WB UV проѕирниот премаз беше нанесен на средно густа плоча со влакна (MDF) претходно премачкана со црн основен премаз и стврдната според распоредот прикажан на Слика 3. На 4 милси влажност, премазот поминува. Меѓутоа, на 6 и 8 милси влажно нанесување, премазот пукна, а 8 милси лесно се отстрани поради лошото ослободување на вода пред UV стврднувањето.
СЛИКА 4 | Стандард бр. 1.
Сличен резултат е забележан и во Стандард бр. 2, прикажан на Слика 5.
СЛИКА 5 | Стандард бр. 2.
Прикажано на Слика 6, користејќи го истиот распоред на стврднување како на Слика 3, PUD #65215A покажа огромно подобрување во ослободувањето/сушењето на вода. При дебелина на влажен филм од 8 милси, забележано е мало пукање на долниот раб од примерокот.
СЛИКА 6 | PUD #65215A.
Дополнително тестирање на PUD# 65215A во проѕирен премаз со низок сјај и пигментиран премаз врз истиот MDF со црн основен премаз беше оценето за да се проценат карактеристиките на ослободување на вода во други типични формулации на премази. Како што е прикажано на Слика 7, формулацијата со низок сјај при влажна апликација од 5 и 7 милси ја ослободи водата и формираше добар филм. Сепак, при влажна состојба од 10 милси, беше премногу густа за да ја ослободи водата според распоредот за сушење и стврднување на Слика 3.
СЛИКА 7 | PUD #65215A со низок сјај.
Во бела пигментирана формула, PUD #65215A се покажа добро во истиот распоред на сушење и стврднување опишан на Слика 3, освен кога се нанесува на 8 милси влажни. Како што е прикажано на Слика 8, филмот пука на 8 милси поради слабо ослободување на вода. Генерално, во проѕирни, пигментирани формулации и формулации со низок сјај, PUD# 65215A се покажа добро во формирањето на филмови и сушењето кога се нанесува до 7 милси влажни и се стврднува со забрзаниот распоред на сушење и стврднување опишан на Слика 3.
СЛИКА 8 | Пигментиран PUD #65215A.
Блокирање на резултати
Отпорноста на блокирање е способноста на премазот да не се залепи за друг обложен предмет кога е нареден. Во производството, ова често е тесно грло ако е потребно време за стврднатиот премаз да постигне отпорност на блокирање. За оваа студија, пигментирани формулации од Стандард #1 и PUD #65215A беа нанесени на стакло со 5 влажни милси со помош на лента за повлекување. Секој од нив беше стврднат според распоредот за стврднување на Слика 3. Два обложени стаклени панели беа стврднати истовремено - 4 минути по стврднувањето, панелите беа стегнати заедно, како што е прикажано на Слика 9. Тие останаа стегнати заедно на собна температура 24 часа. Ако панелите лесно се одвојуваа без отпечаток или оштетување на обложените панели, тогаш тестот се сметаше за положен.
Слика 10 ја илустрира подобрената отпорност на блокирање на PUD# 65215A. Иако и Стандард #1 и PUD #65215A постигнаа целосно стврднување во претходниот тест, само PUD #65215A покажа доволно ослободување на вода и стврднување за да се постигне отпорност на блокирање.
СЛИКА 9 | Илустрација на тест за отпорност на блокирање.
СЛИКА 10 | Отпорност на блокирање на Стандард #1, проследено со PUD #65215A.
Резултати од мешање на акрилни материјали
Производителите на премази често мешаат WB UV-стврднувачки смоли со акрилни бои за да ги намалат трошоците. За нашата студија, исто така, го разгледавме мешањето на PUD#65215A со NeoCryl® XK-12, акрилен материјал на база на вода, кој често се користи како партнер за мешање за UV-стврднувачки PUD на база на вода на пазарот на столарија и кабинети. За овој пазар, тестирањето на дамки од KCMA се смета за стандард. Во зависност од крајната употреба, некои хемикалии ќе станат поважни од другите за производителот на обложениот производ. Оцена од 5 е најдобра, а оцена од 1 е најлоша.
Како што е прикажано во Табела 3, PUD #65215A се покажува исклучително добро при тестирање на боење со KCMA како проѕирен премаз со висок сјај, проѕирен премаз со низок сјај и како пигментиран премаз. Дури и кога се меша 1:1 со акрил, тестирањето на боење со KCMA не е драстично засегнато. Дури и при боење со агенси како што е сенф, премазот се вратил на прифатливо ниво по 24 часа.
ТАБЕЛА 3 | Отпорност на хемикалии и дамки (најдобра оценка 5).
Покрај тестирањето на дамки со KCMA, производителите исто така ќе тестираат за стврднување веднаш по стврднувањето со UV зрачење. Честопати, ефектите од мешањето на акрилик ќе се забележат веднаш по линијата на стврднување при овој тест. Очекувањето е да нема пробив на премазот по 20 двојно триење со изопропил алкохол (20 IPA dr). Примероците се тестираат 1 минута по стврднувањето со UV зрачење. Во нашето тестирање видовме дека мешавина од PUD# 65215A во сооднос 1:1 со акрил не го помина овој тест. Сепак, видовме дека PUD #65215A може да се измеша со 25% акрил NeoCryl XK-12 и сепак да го помине тестот од 20 IPA dr (NeoCryl е регистрирана трговска марка на групацијата Covestro).
СЛИКА 11 | 20 IPA двојно триење, 1 минута по UV стврднувањето.
Стабилност на смолата
Исто така, беше тестирана и стабилноста на PUD #65215A. Формулацијата се смета за стабилна на полица ако по 4 недели на 40 °C, pH вредноста не падне под 7 и вискозитетот остане стабилен во споредба со почетната. За нашето тестирање решивме да ги подложиме примероците на потешки услови до 6 недели на 50 °C. Под овие услови, Стандардот #1 и #2 не беа стабилни.
За нашето тестирање ги разгледавме високо-сјајните проѕирни, ниско-сјајните проѕирни, како и ниско-сјајните пигментирани формулации што се користеа во оваа студија. Како што е прикажано на Слика 12, pH стабилноста на сите три формулации остана стабилна и над pH прагот од 7,0. Слика 13 ја илустрира минималната промена на вискозитетот по 6 недели на 50 °C.
СЛИКА 12 | pH стабилност на формулиран PUD #65215A.
СЛИКА 13 | Стабилност на вискозитетот на формулираното PUD #65215A.
Друг тест што ги демонстрираше перформансите на стабилност на PUD #65215A беше повторно да се тестира отпорноста на дамки од KCMA на формулација за премаз што е стареена 6 недели на 50 °C, и да се спореди тоа со нејзината почетна отпорност на дамки од KCMA. Облогите што не покажуваат добра стабилност ќе имаат пад на перформансите на боење. Како што е прикажано на Слика 14, PUD# 65215A го одржа истото ниво на перформанси како и во почетното тестирање на хемиска отпорност/отпорност на дамки на пигментираниот премаз прикажан во Табела 3.
СЛИКА 14 | Хемиски тест панели за пигментиран PUD #65215A.
Заклучоци
За апликаторите на премази на база на вода што се стврднуваат со UV зрачење, PUD #65215A ќе им овозможи да ги исполнат тековните стандарди за перформанси на пазарите за столарија, дрво и кујнски елементи, а покрај тоа, ќе им овозможи на процесот на премачкување да се забележат подобрувања на брзината на линијата за повеќе од 50-60% во однос на тековните стандардни премази на база на вода што се стврднуваат со UV зрачење. За апликаторов ова може да значи:
●Побрзо производство;
●Зголемената дебелина на филмот ја намалува потребата од дополнителни слоеви;
●Пократки линии за сушење;
●Заштеда на енергија поради намалени потреби за сушење;
●Помалку отпад поради брза отпорност на блокирање;
●Намален отпад од премачкување поради стабилноста на смолата.
Со VOC помали од 100 g/L, производителите се исто така поспособни да ги исполнат своите цели за VOC. За производителите кои можеби имаат загриженост за проширување поради проблеми со дозволите, PUD #65215A со брзо ослободување на вода ќе им овозможи полесно да ги исполнат своите регулаторни обврски без жртвување на перформансите.
На почетокот на овој напис, од нашите интервјуа цитиравме дека апликаторите на материјали што се стврднуваат со UV зрачење на база на растворувач обично ги сушат и стврднуваат премазите во процес што трае помеѓу 3-5 минути. Во оваа студија покажавме дека според процесот прикажан на Слика 3, PUD #65215A ќе стврдне до 7 милси дебелина на влажен филм за 4 минути со температура на печка од 140 °C. Ова е во рамките на повеќето премази што се стврднуваат со UV зрачење на база на растворувач. PUD #65215A потенцијално би им овозможил на сегашните апликатори на материјали што се стврднуваат со UV зрачење на база на вода да се префрлат на материјал што се стврднува со UV зрачење на база на вода со мала промена во нивната линија на премачкување.
За производителите кои размислуваат за проширување на производството, премазите базирани на PUD #65215A ќе им овозможат:
●Заштедете пари преку употреба на пократка линија за премачкување на база на вода;
● Имајте помала површина на линијата за премачкување во објектот;
●Имаат намалено влијание врз тековната дозвола за VOC;
●Остварување на заштеда на енергија поради намалени потреби за сушење.
Како заклучок, PUD #65215A ќе помогне да се подобри ефикасноста на производството на линии за премази што се стврднуваат со UV зрачење преку високи перформанси на физички својства и карактеристики на брзо ослободување на вода на смолата кога се суши на 140 °C.
Време на објавување: 14 август 2024 година
