Vysoce výkonné UV vytvrditelné nátěry se používají při výrobě podlah, nábytku a skříní již mnoho let. Po většinu této doby byly dominantní technologií na trhu 100% pevné a rozpouštědlové UV vytvrditelné nátěry. V posledních letech se technologie lakování na vodní bázi vytvrditelné UV zářením rozmohla. Pryskyřice na vodní bázi vytvrditelné UV zářením se ukázaly jako užitečný nástroj pro výrobce z různých důvodů, včetně průchodu skvrn KCMA, testování chemické odolnosti a snižování VOC. Aby tato technologie na tomto trhu nadále rostla, bylo označeno několik hnacích sil jako klíčové oblasti, kde je třeba provést zlepšení. Tyto pryskyřice na vodní bázi vytvrditelné UV zářením přenesou jen to, co musí mít většina pryskyřic. Začnou přidávat do nátěru cenné vlastnosti a přinášet hodnotu do každé pozice v hodnotovém řetězci od tvůrce nátěrů přes továrního aplikátora až po montéra a nakonec i pro majitele.
Výrobci, zvláště dnes, touží po nátěru, který dokáže víc než jen splnit specifikace. Existují také další vlastnosti, které poskytují výhody při výrobě, balení a instalaci. Jedním požadovaným atributem je zlepšení účinnosti zařízení. U nátěru na vodní bázi to znamená rychlejší uvolňování vody a rychlejší odolnost proti blokování. Dalším požadovaným atributem je zlepšení stability pryskyřice pro zachycení/opětovné použití povlaku a řízení jejich zásob. Pro koncového uživatele a instalatéra jsou požadovanými vlastnostmi lepší odolnost proti leštění a žádné kovové stopy během instalace.
Tento článek se bude zabývat novým vývojem v oblasti vodou ředitelných polyuretanů vytvrditelných UV zářením, které nabízejí mnohem zlepšenou stabilitu nátěru při 50 °C v čirých i pigmentovaných nátěrech. Pojednává také o tom, jak tyto pryskyřice řeší požadované vlastnosti potahovacího aplikátoru při zvyšování rychlosti linky prostřednictvím rychlého uvolňování vody, zlepšené odolnosti proti blokování a odolnosti proti rozpouštědlům mimo linku, což zlepšuje rychlost stohovacích a balicích operací. To také zlepší off-the-line poškození, ke kterému někdy dochází. Tento článek také pojednává o zlepšeních prokázaných v odolnosti vůči skvrnám a chemikáliím, která jsou důležitá pro instalační firmy a vlastníky.
Pozadí
Oblast průmyslu nátěrových hmot se neustále vyvíjí. To, co musíte mít, tedy jen projít specifikací za rozumnou cenu za aplikovaný mil, prostě nestačí. Krajina pro továrně aplikované nátěry na truhlářství, truhlářství, podlahy a nábytek se rychle mění. Formulátoři, kteří dodávají nátěry do továren, jsou žádáni, aby učinili nátěry pro zaměstnance bezpečnějšími, odstranili látky vzbuzující velké obavy, nahradili VOC vodou a dokonce používali méně fosilního uhlíku a více bio uhlíku. Realita je taková, že v celém hodnotovém řetězci každý zákazník požaduje po nátěru více než jen splnění specifikace.
Náš tým, který viděl příležitost vytvořit pro továrnu větší hodnotu, začal na úrovni továrny zkoumat výzvy, kterým tyto aplikátory čelí. Po mnoha rozhovorech jsme začali slyšet některá společná témata:
- Povolující překážky brání mým expanzním cílům;
- Náklady se zvyšují a naše kapitálové rozpočty se snižují;
- Rostou jak náklady na energii, tak i na personál;
- Ztráta zkušených zaměstnanců;
- Naše firemní cíle prodejních, správních a režijních nákladů, stejně jako cíle mého zákazníka, musí být splněny; a
- Zámořská soutěž.
Tato témata vedla k hodnotovým prohlášením, která začala rezonovat s aplikátory vodou ředitelných UV vytvrditelných polyuretanů, zejména v oblasti truhlářského a truhlářského trhu, jako například: „výrobci truhlářských a truhlářských výrobků hledají zlepšení efektivity továren“ a „výrobci chtějí možnost rozšířit výrobu na kratších výrobních linkách s menším poškozením přepracováním díky povlakům s pomalým uvolňováním vody.“
Tabulka 1 ilustruje, jak pro výrobce nátěrových surovin vedou zlepšení určitých vlastností nátěrů a fyzikálních vlastností k efektivitě, kterou může dosáhnout koncový uživatel.
TABULKA 1 | Atributy a výhody.
Návrhem UV vytvrditelných PUD s určitými atributy, jak je uvedeno v tabulce 1, budou koneční výrobci schopni uspokojit potřeby, které mají při zlepšování účinnosti závodu. To jim umožní být konkurenceschopnější a potenciálně jim umožní rozšířit současnou výrobu.
Experimentální výsledky a diskuse
Historie polyuretanových disperzí vytvrditelných UV zářením
V 90. letech 20. století se v průmyslových aplikacích začalo používat komerční využití aniontových polyuretanových disperzí obsahujících akrylátové skupiny připojené k polymeru.1 Mnohé z těchto aplikací se týkaly obalů, inkoustů a nátěrů na dřevo. Obrázek 1 ukazuje obecnou strukturu UV vytvrditelného PUD, demonstrující, jak jsou tyto nátěrové suroviny navrženy.
OBRÁZEK 1 | Obecná akrylátová funkční polyuretanová disperze.3
Jak je znázorněno na obrázku 1, UV-vytvrditelné polyuretanové disperze (UV-vytvrditelné PUD) se skládají z typických složek používaných k výrobě polyuretanových disperzí. Alifatické diisokyanáty reagují s typickými estery, dioly, hydrofilizačními skupinami a prodlužovači řetězce používanými k výrobě polyuretanových disperzí.2 Rozdíl je v přidání esteru s akrylátovou funkční skupinou, epoxidu nebo etherů začleněných do předpolymerního kroku při výrobě disperze. . Výběr materiálů používaných jako stavební bloky, stejně jako polymerní architektura a zpracování, diktují výkon a charakteristiky sušení PUD. Tyto volby v surovinách a zpracování povedou k PUD vytvrditelným UV zářením, které mohou nevytvářet film, stejně jako ty, které vytvářejí film.3 Předmětem tohoto článku je tvorba filmu nebo typy sušení.
Tvorba filmu nebo sušení, jak se tomu často říká, poskytne spojené filmy, které jsou před vytvrzením UV zářením suché na dotek. Protože aplikátoři chtějí omezit vzduchem přenášenou kontaminaci povlaku způsobenou částicemi, stejně jako potřebu rychlosti ve svém výrobním procesu, jsou často sušeny v pecích jako součást kontinuálního procesu před UV vytvrzováním. Obrázek 2 ukazuje typický proces sušení a vytvrzování UV-vytvrditelného PUD.
OBRÁZEK 2 | Proces vytvrzení UV vytvrditelného PUD.
Použitý způsob aplikace je typicky sprej. Byly však použity převalovací nůž a dokonce i povlékací nátěr. Po nanesení povlak obvykle projde čtyřstupňovým procesem, než se s ním bude znovu manipulovat.
1. Blesk: Toto lze provést při pokojové nebo zvýšené teplotě po dobu několika sekund až několika minut.
2. Suché v troubě: Zde se voda a pomocná rozpouštědla vytlačí z povlaku. Tento krok je kritický a obvykle zabere nejvíce času v procesu. Tento krok je obvykle při >140 °F a trvá až 8 minut. Mohou být také použity sušicí pece s více zónami.
- IR lampa a pohyb vzduchu: Instalace IR lamp a ventilátorů pohybu vzduchu urychlí vodní záblesk ještě rychleji.
3.Vulkanizace UV zářením.
4. Cool: Po vytvrzení bude povlak muset vytvrdnout určitou dobu, aby se dosáhlo odolnosti proti blokování. Tento krok může trvat až 10 minut, než se dosáhne blokovacího odporu
Experimentální
Tato studie srovnávala dva UV vytvrditelné PUD (WB UV), v současnosti používané na trhu skříní a truhlářství, s naším novým vývojem, PUD # 65215A. V této studii porovnáváme standard č. 1 a standard č. 2 s PUD č. 65215A v oblasti sušení, blokování a chemické odolnosti. Hodnotíme také stabilitu pH a stabilitu viskozity, což může být kritické při zvažování opětovného použití přestřiku a životnosti. Níže v tabulce 2 jsou uvedeny fyzikální vlastnosti každé z pryskyřic použitých v této studii. Všechny tři systémy byly formulovány na podobnou úroveň fotoiniciátoru, VOC a úroveň pevných látek. Všechny tři pryskyřice byly formulovány s 3% ko-rozpouštědlem.
TABULKA 2 | Vlastnosti PUD pryskyřice.
V našich rozhovorech nám bylo řečeno, že většina WB-UV nátěrů na trhu truhlářství a truhlářství zasychá na výrobní lince, což trvá 5-8 minut, než se vytvrdí UV zářením. Naproti tomu linka UV (SB-UV) na bázi rozpouštědla schne za 3-5 minut. Navíc pro tento trh se nátěry obvykle nanášejí 4-5 mil za mokra. Hlavní nevýhodou vodou ředitelných UV-vytvrditelných nátěrů ve srovnání s UV-vytvrditelnými alternativami na bázi rozpouštědel je čas, který zabere flash voda na výrobní lince. nátěr před UV vytvrzením. K tomu může také dojít, pokud je tloušťka mokrého filmu příliš vysoká. Tyto bílé skvrny se vytvářejí, když se voda zachytí uvnitř filmu během vytvrzování UV zářením.5
Pro tuto studii jsme zvolili rozvrh vytvrzování podobný tomu, který by byl použit na lince na bázi rozpouštědel vytvrditelné UV zářením. Obrázek 3 ukazuje naši aplikaci, sušení, vytvrzování a plán balení použitý pro naši studii. Tento plán sušení představuje mezi 50% až 60% zlepšení celkové rychlosti linky oproti současnému tržnímu standardu v truhlářských a truhlářských aplikacích.
OBRÁZEK 3 | Plán aplikace, sušení, vytvrzování a balení.
Níže jsou uvedeny podmínky aplikace a vytvrzování, které jsme použili pro naši studii:
●Nanášení nástřikem na javorovou dýhu černým základním lakem.
● 30sekundový blikání pokojové teploty.
●140 °F sušící pec po dobu 2,5 minuty (konvekční trouba).
●UV vytvrzování – intenzita cca 800 mJ/cm2.
- Čiré povlaky byly vytvrzeny pomocí Hg lampy.
- Pigmentované povlaky byly vytvrzeny pomocí kombinované Hg/Ga lampy.
●Před stohováním 1 minutu vychladnout.
Pro naši studii jsme také nastříkali tři různé tloušťky mokrého filmu, abychom zjistili, zda by byly realizovány i další výhody, jako je méně vrstev. Pro WB UV je typická vlhkost 4 mils. Pro tuto studii jsme také zahrnuli aplikace mokrého nátěru 6 a 8 mils.
Výsledky vytvrzování
Výsledky standardu č. 1, vysoce lesklý čirý nátěr, jsou uvedeny na obrázku 4. WB UV čirý nátěr byl aplikován na středně hustou dřevovláknitou desku (MDF) předem potaženou černým základním nátěrem a vytvrzený podle schématu znázorněného na obrázku 3. Při 4 mil za mokra povlak projde. Při aplikaci za mokra 6 a 8 mils však povlak praskal a 8 mils bylo snadno odstraněno kvůli špatnému uvolňování vody před UV vytvrzením.
OBRÁZEK 4 | Standard #1.
Podobný výsledek je také vidět ve standardu #2, znázorněném na obrázku 5.
OBRÁZEK 5 | Standard #2.
Jak je znázorněno na obrázku 6, za použití stejného vytvrzovacího plánu jako na obrázku 3, PUD #65215A prokázalo ohromné zlepšení v uvolňování/sušení vody. Při tloušťce mokrého filmu 8 mil bylo pozorováno mírné praskání na spodním okraji vzorku.
OBRÁZEK 6 | PUD #65215A.
Dodatečné testování PUD# 65215A v čirém povlaku s nízkým leskem a pigmentovaném povlaku na stejném MDF s černým základním povlakem bylo hodnoceno za účelem vyhodnocení vlastností uvolňování vody v jiných typických povlakových formulacích. Jak je znázorněno na obrázku 7, formulace s nízkým leskem při mokré aplikaci 5 a 7 mil uvolnila vodu a vytvořila dobrý film. Avšak při 10 mil mokrých byl příliš hustý na to, aby uvolnil vodu podle plánu sušení a vytvrzování na obrázku 3.
OBRÁZEK 7 | Nízký lesk PUD #65215A.
V bíle pigmentovaném složení se PUD #65215A dařilo dobře ve stejném schématu sušení a vytvrzování popsaném na obrázku 3, s výjimkou aplikace při 8 tisícin tisíciny palce. Jak je znázorněno na obrázku 8, film praská při 8 mil v důsledku špatného uvolňování vody. Celkově v čirých, málo lesklých a pigmentovaných formulacích se PUD# 65215A dařilo dobře při tvorbě filmu a schnutí, když se nanesl do 7 mil za mokra a vytvrzoval se při zrychleném schnutí a vytvrzování popsaném na obrázku 3.
OBRÁZEK 8 | Pigmentovaný PUD #65215A.
Výsledky blokování
Odolnost proti blokování je schopnost povlaku nelepit se na jiný potažený předmět, když je stohován. Při výrobě je to často překážkou, pokud vytvrzený povlak potřebuje určitou dobu k dosažení blokové odolnosti. Pro tuto studii byly pigmentované formulace Standardu č. 1 a PUD č. 65215A aplikovány na sklo při 5 vlhkých mil za použití tahové tyče. Každý z nich byl vytvrzen podle plánu vytvrzování na obrázku 3. Dva potažené skleněné panely byly vytvrzeny současně – 4 minuty po vytvrzení byly panely sevřeny k sobě, jak je znázorněno na obrázku 9. Zůstaly sevřené k sobě při pokojové teplotě po dobu 24 hodin . Pokud byly panely snadno odděleny bez otisku nebo poškození potažených panelů, byl test považován za vyhovující.
Obrázek 10 znázorňuje zlepšenou odolnost proti blokování PUD# 65215A. Ačkoli jak Standard #1, tak PUD #65215A dosáhly v předchozím testu úplného vytvrzení, pouze PUD #65215A prokázal dostatečné uvolňování vody a vytvrzení pro dosažení odolnosti proti blokování.
OBRÁZEK 9 | Ilustrace testu odolnosti proti blokování.
OBRÁZEK 10 | Blokovací odpor Standard #1, následovaný PUD #65215A.
Výsledky míchání akrylu
Výrobci povlaků často kombinují pryskyřice WB vytvrditelné UV zářením s akrylovými, aby se snížila cena. Pro naši studii jsme se také zabývali smícháním PUD#65215A s NeoCryl® XK-12, akrylátem na vodní bázi, který se často používá jako mísící partner pro UV vytvrditelné vodou ředitelné PUD na trhu truhlářství a truhlářství. Pro tento trh se za standard považuje testování skvrn KCMA. V závislosti na konečné aplikaci se některé chemikálie stanou pro výrobce potaženého předmětu důležitější než jiné. Hodnocení 5 je nejlepší a hodnocení 1 nejhorší.
Jak je uvedeno v tabulce 3, PUD #65215A funguje výjimečně dobře při testování skvrn KCMA jako čirý vysoce lesklý, čirý s nízkým leskem a jako pigmentovaný povlak. Dokonce i při smíchání 1:1 s akrylem není testování skvrn KCMA drasticky ovlivněno. Dokonce i při barvení látkami, jako je hořčice, se povlak po 24 hodinách obnovil na přijatelnou úroveň.
TABULKA 3 | Odolnost vůči chemikáliím a skvrnám (nejlepší je hodnocení 5).
Kromě testování skvrn KCMA budou výrobci také testovat vytvrzení ihned po UV vytvrzení mimo linku. Účinky akrylového mísení budou při tomto testu často zaznamenány okamžitě mimo vytvrzovací linku. Očekává se, že nedojde k proražení povlaku po 20 dvojitých třeních isopropylalkoholem (20 IPA dr). Vzorky jsou testovány 1 minutu po UV vytvrzení. Při našem testování jsme viděli, že směs 1:1 PUD# 65215A s akrylem tímto testem neprošla. Viděli jsme však, že PUD #65215A lze smíchat s 25% akrylem NeoCryl XK-12 a přesto projít testem 20 IPA dr (NeoCryl je registrovaná ochranná známka skupiny Covestro).
OBRÁZEK 11 | 20 dvojitých tření IPA, 1 minutu po UV vytvrzení.
Stabilita pryskyřice
Byla také testována stabilita PUD #65215A. Formulace se považuje za stálou při skladování, pokud po 4 týdnech při 40 °C pH neklesne pod 7 a viskozita zůstane stabilní ve srovnání s výchozí hodnotou. Pro naše testování jsme se rozhodli vystavit vzorky tvrdším podmínkám až 6 týdnů při 50 °C. Za těchto podmínek nebyly standardy #1 a #2 stabilní.
Pro naše testování jsme se podívali na čiré vysoce lesklé čiré, čiré s nízkým leskem a také pigmentované přípravky s nízkým leskem použité v této studii. Jak je znázorněno na obrázku 12, stabilita pH všech tří formulací zůstala stabilní a nad prahovou hodnotou pH 7,0. Obrázek 13 ilustruje minimální změnu viskozity po 6 týdnech při 50 °C.
OBRÁZEK 12 | Stabilita pH formulovaného PUD #65215A.
OBRÁZEK 13 | Stabilita viskozity formulovaného PUD #65215A.
Dalším testem prokazujícím stabilitu PUD #65215A bylo znovu otestovat odolnost proti skvrnám KCMA u nátěrové směsi, která zrála po dobu 6 týdnů při 50 °C, a porovnat ji s její počáteční odolností vůči skvrnám KCMA. Povlaky, které nevykazují dobrou stabilitu, zaznamenají pokles v barvení. Jak je znázorněno na obrázku 14, PUD# 65215A si zachoval stejnou úroveň výkonu jako při počátečním testování odolnosti vůči chemikáliím/špinění pigmentovaného povlaku uvedeného v tabulce 3.
OBRÁZEK 14 | Chemické testovací panely pro pigmentovaný PUD #65215A.
Závěry
Aplikátorům vodou ředitelných nátěrů vytvrditelných UV zářením jim PUD #65215A umožní splnit současné výkonové standardy na trhu truhlářství, dřeva a truhlářství a navíc umožní v procesu nátěru dosáhnout zlepšení rychlosti linky na více než 50 -60 % oproti současným standardním nátěrům na vodní bázi vytvrditelným UV zářením. Pro aplikátor to může znamenat:
●Rychlejší výroba;
●Zvětšená tloušťka filmu snižuje potřebu dalších nátěrů;
●Kratší sušící linky;
●Úspora energie díky sníženým potřebám sušení;
●Méně odpadu díky rychlému odporu proti zablokování;
●Snížený odpad povlaku díky stabilitě pryskyřice.
S obsahem VOC nižším než 100 g/l jsou výrobci také schopni lépe splnit své cíle VOC. Výrobcům, kteří mohou mít obavy z expanze kvůli problémům s povolením, umožní PUD #65215A s rychlým uvolňováním vody snadněji splnit své regulační povinnosti bez snížení výkonu.
Na začátku tohoto článku jsme z našich rozhovorů citovali, že aplikátory materiálů na bázi rozpouštědel vytvrditelných UV zářením obvykle suší a vytvrzují nátěry v procesu, který trval 3–5 minut. V této studii jsme prokázali, že podle procesu znázorněného na obrázku 3, PUD #65215A vytvrdí až 7 mil tloušťky mokrého filmu za 4 minuty při teplotě pece 140 °C. To je dobře v rámci většiny nátěrů na bázi rozpouštědel vytvrditelných UV zářením. PUD #65215A by mohl potenciálně umožnit současným aplikátorům rozpouštědlových materiálů vytvrditelných UV zářením přejít na materiály vytvrditelné UV zářením na vodní bázi s malými změnami v potahové lince.
Výrobcům, kteří uvažují o rozšíření výroby, povlaky na bázi PUD #65215A umožní:
●Ušetřete peníze použitím kratší linky pro lakování na vodní bázi;
●Mějte menší stopu lakovací linky v zařízení;
●Mají snížený dopad na současné povolení VOC;
●Uskutečněte úspory energie díky sníženým potřebám sušení.
Závěrem lze říci, že PUD #65215A pomůže zlepšit efektivitu výroby linek povlaků vytvrditelných UV zářením prostřednictvím vysoce fyzikálních vlastností a vlastností pryskyřice s rychlým uvolňováním vody při sušení při 140 °C.
Čas odeslání: 14. srpna 2024
