UV vytvrditelné nátěry dřeva: Odpovědi na otázky průmyslu

Lawrence (Larry) Van Iseghem je prezidentem/generálním ředitelem společnosti Van Technologies, Inc.

Během naší mezinárodní obchodní spolupráce s průmyslovými zákazníky jsme zodpověděli neuvěřitelné množství otázek a poskytli mnoho řešení souvisejících s UV vytvrditelnými nátěry. Následuje několik nejčastějších otázek a související odpovědi vám mohou poskytnout užitečné informace.

1. Co jsou UV vytvrditelné povlaky?

V dřevozpracujícím průmyslu existují tři hlavní typy UV vytvrditelných nátěrů.

100% aktivní (někdy označované jako 100% pevné látky) UV vytvrditelné povlaky jsou kapalné chemické složení, které neobsahují žádná rozpouštědla ani vodu. Po aplikaci je povlak okamžitě vystaven UV energii, aniž by bylo nutné jej před vytvrzením schnout nebo odpařit. Aplikované složení povlaku reaguje a vytváří pevnou povrchovou vrstvu prostřednictvím popsaného reaktivního procesu, který je vhodně nazýván fotopolymerací. Vzhledem k tomu, že před vytvrzením není nutné žádné odpařování, je proces aplikace a vytvrzování pozoruhodně účinný a nákladově efektivní.

Hybridní UV nátěry na vodní nebo rozpouštědlové bázi, které lze vytvrdit UV zářením, samozřejmě obsahují buď vodu, nebo rozpouštědlo, aby se snížil obsah aktivních (nebo pevných) látek. Toto snížení obsahu pevných látek umožňuje snadnější kontrolu tloušťky naneseného mokrého filmu a/nebo kontrolu viskozity nátěru. Při použití se tyto UV nátěry nanášejí na dřevěné povrchy různými metodami a před UV vytvrzením je nutné je zcela vysušit.

Práškové barvy vytvrditelné UV zářením jsou také 100% pevné kompozice a obvykle se nanášejí na vodivé substráty elektrostatickou přitažlivostí. Po nanesení se substrát zahřeje, aby se prášek roztavil, a ten vytéká a vytváří povrchový film. Potažený substrát lze poté okamžitě vystavit UV energii pro usnadnění vytvrzení. Výsledný povrchový film již není tepelně deformovatelný ani citlivý.

Existují varianty těchto UV vytvrzovatelných povlaků, které obsahují mechanismus sekundárního vytvrzování (aktivovaný teplem, reaktivní vlhkostí atd.), který dokáže zajistit vytvrzení v oblastech povrchu, které nejsou vystaveny UV záření. Tyto povlaky se běžně označují jako povlaky s dvojitým vytvrzováním.

Bez ohledu na použitý typ UV vytvrditelného nátěru poskytuje konečná povrchová úprava nebo vrstva výjimečnou kvalitu, trvanlivost a odolnost.

2. Jak dobře přilnou UV vytvrditelné nátěry k různým druhům dřeva, včetně mastných druhů dřeva?

UV vytvrzovatelné nátěry vykazují vynikající přilnavost k většině druhů dřeva. Je důležité zajistit dostatečné podmínky pro vytvrzení, které zajistí důkladné vytvrzení a odpovídající přilnavost k podkladu.

Existují určité druhy dřeva, které jsou přirozeně velmi mastné a mohou vyžadovat aplikaci základního nátěru podporujícího přilnavost neboli „tiecoat“. Společnost Van Technologies provedla rozsáhlý výzkum a vývoj v oblasti adheze UV ​​vytvrditelných nátěrů na tyto druhy dřeva. Mezi nedávné vývoje patří jediný UV vytvrditelný tmel, který zabraňuje tomu, aby oleje, míza a smůla narušovaly přilnavost UV vytvrditelného vrchního nátěru.

Alternativně lze olej přítomný na povrchu dřeva odstranit těsně před nanesením nátěru otřením acetonem nebo jiným vhodným rozpouštědlem. Nejprve se rozpouštědlem navlhčí savý hadřík, který nepouští vlákna, a poté se jím otře povrch dřeva. Povrch se nechá uschnout a poté lze nanést UV vytvrditelný nátěr. Odstranění povrchového oleje a dalších nečistot usnadní následnou přilnavost naneseného nátěru k povrchu dřeva.

3. Jaké typy mořidel jsou kompatibilní s UV laky?

Kterýkoli z zde popsaných mořidel lze účinně utěsnit a natřít vrchním nátěrem 100% UV vytvrditelným, UV vytvrditelným s rozpouštědlem a redukovaným obsahem rozpouštědel, UV vytvrditelným na vodní bázi nebo UV vytvrditelným práškovým systémem. Existuje tedy řada vhodných kombinací, díky nimž je téměř jakékoli mořidlo na trhu vhodné pro jakýkoli UV vytvrditelný nátěr. Existují však určité aspekty, které je třeba zvážit, aby se zajistila kompatibilita pro kvalitní povrchovou úpravu dřeva.

Vodou ředitelné mořidla a vodou ředitelná mořidla vytvrditelná UV zářením:Při nanášení 100% UV vytvrzovatelných, UV vytvrzovatelných s redukovaným obsahem rozpouštědla nebo UV vytvrzovatelných práškových tmelů/vrchních nátěrů na vodou ředitelné mořidla je nezbytné, aby mořidlo zcela zaschlo, aby se zabránilo vadám v rovnoměrnosti nátěru, včetně pomerančové kůry, rybího oka, kráterů, kaluží a shlukování. K těmto vadám dochází v důsledku nízkého povrchového napětí nanesených nátěrů v porovnání s vysokým zbytkovým povrchovým napětím vody z naneseného mořidla.

Aplikace vodou ředitelného UV vytvrzovaného nátěru je však obecně shovívavější. Nanesená mořidla mohou při použití určitých vodou ředitelných UV vytvrzovatelných tmelů/vrchních nátěrů vykazovat vlhkost bez nežádoucích účinků. Zbytková vlhkost nebo voda z nanesené mořidla snadno pronikne naneseným vodou ředitelným UV tmelem/vrchním nátěrem během procesu schnutí. Důrazně se však doporučuje vyzkoušet jakoukoli kombinaci mořidla a tmelu/vrchního nátěru na reprezentativním zkušebním vzorku, než se rozhodnete pro skutečnou povrchovou úpravu.

Mořidla na bázi oleje a rozpouštědel:Přestože může existovat systém, který lze aplikovat na nedostatečně zaschlé mořidla na bázi oleje nebo rozpouštědel, je obvykle nutné a důrazně doporučeno tyto mořidla před nanesením jakéhokoli tmelu/vrchního nátěru zcela vyschnout. Pomalu schnoucí mořidla tohoto typu mohou vyžadovat až 24 až 48 hodin (nebo déle), aby dosáhla úplného vyschnutí. Opět se doporučuje vyzkoušet systém na reprezentativním dřevěném povrchu.

100% UV-vytvrditelné mořidla:Obecně platí, že 100% UV vytvrditelné nátěry vykazují po úplném vytvrzení vysokou chemickou a voděodolnou odolnost. Tato odolnost ztěžuje následně nanášeným nátěrům dobrou přilnavost, pokud není podkladový UV vytvrzený povrch dostatečně obroušen, aby umožnil mechanické spojení. Přestože se nabízejí 100% UV vytvrditelné mořidla, která byla navržena tak, aby byla vnímavá k následně nanášeným nátěrům, většina 100% UV vytvrditelných mořidel musí být obroušena nebo částečně vytvrzena (označováno jako „B“ fáze nebo bump curing), aby se podpořila adheze mezi nátěry. Fáze „B“ má za následek zbytková reaktivní místa ve vrstvě mořidla, která budou reagovat s naneseným UV vytvrditelným nátěrem, když je vystaven podmínkám plného vytvrzení. Fáze „B“ také umožňuje mírné obroušení, aby se odstranilo nebo odstranilo jakékoli zvednutí zrn, které může vzniknout při nanášení mořidla. Hladké nanesení těsnění nebo vrchního nátěru povede k vynikající adhezi mezi nátěry.

Další problém se 100% UV vytvrditelnými mořidly se týká tmavších barev. Silně pigmentovaná mořidla (a pigmentované nátěry obecně) dosahují lepších výsledků při použití UV lamp, které dodávají energii blíže spektru viditelného světla. Konvenční UV lampy dopované galiem v kombinaci se standardními rtuťovými výbojkami jsou vynikající volbou. UV LED lampy, které emitují 395 nm a/nebo 405 nm, dosahují lepších výsledků s pigmentovanými systémy ve srovnání s poli 365 nm a 385 nm. Kromě toho systémy UV lamp, které poskytují vyšší UV výkon (mW/cm²) a hustota energie (mJ/cm²) podporují lepší vytvrzení nanesenou mořidlovou nebo pigmentovanou vrstvou nátěru.

A konečně, stejně jako u ostatních výše zmíněných mořidel, doporučuje se před prací s povrchem, který má být mořen a upravován, provést test. Před vytvrzením se ujistěte!

4. Jaká je maximální/minimální vrstva filmu pro 100% UV lakování?

Práškové barvy vytvrditelné UV zářením jsou technicky 100% vytvrditelné UV zářením a jejich nanesená tloušťka je omezena elektrostatickými přitažlivými silami, které vážou prášek k upravovanému povrchu. Nejlepší je vyhledat radu výrobce UV práškových barev.

U tekutých 100% UV vytvrditelných nátěrů bude mít nanesená tloušťka mokrého filmu po UV vytvrzení přibližně stejnou tloušťku suchého filmu. Určité smrštění je nevyhnutelné, ale obvykle má minimální důsledky. Existují však vysoce technické aplikace, které vyžadují velmi přesné nebo úzké tolerance tloušťky filmu. Za těchto okolností lze provést přímé měření vytvrzeného filmu, aby se korelovala tloušťka mokrého a suchého filmu.

Konečné dosažitelné tloušťky po vytvrzení bude záviset na chemickém složení UV vytvrditelného nátěru a na jeho formulaci. Existují systémy, které jsou navrženy tak, aby poskytovaly velmi tenké vrstvy o tloušťce mezi 0,2 mil – 0,5 mil (5 µ – 15 µ) a jiné, které mohou poskytnout tloušťku přesahující 0,5 palce (12 mm). UV vytvrdzované nátěry s vysokou hustotou zesítění, jako jsou některé uretanové akrylátové formulace, obvykle nejsou schopny dosáhnout vysoké tloušťky filmu v jedné nanesené vrstvě. Stupeň smrštění při vytvrzení způsobí silné praskání silně naneseného nátěru. Vysoké tloušťky povrchové úpravy nebo konečné úpravy lze stále dosáhnout pomocí UV vytvrditelných nátěrů s vysokou hustotou zesítění nanesením více tenkých vrstev a buď broušením, a/nebo fázováním „B“ mezi jednotlivými vrstvami pro podporu mezivrstvové adheze.

Reaktivní mechanismus vytvrzování většiny UV vytvrzovatelných nátěrů se nazývá „iniciace volnými radikály“. Tento reaktivní mechanismus vytvrzování je citlivý na kyslík ve vzduchu, který zpomaluje nebo brzdí rychlost vytvrzování. Toto zpomalení se často označuje jako inhibice kyslíku a je nejdůležitější při snaze o dosažení velmi tenkých tlouštěk filmu. U tenkých filmů je povrchová plocha k celkovému objemu naneseného nátěru relativně vysoká ve srovnání s tlustými tloušťkami filmu. Proto jsou tenké filmy mnohem náchylnější k inhibici kyslíku a vytvrzují se velmi pomalu. Povrch nátěru často zůstává nedostatečně vytvrzený a vykazuje olejovitý/mastný pocit. Proti inhibici kyslíku lze během vytvrzování propouštět inertní plyny, jako je dusík a oxid uhličitý, aby se odstranila koncentrace kyslíku, a tím se umožnilo úplné a rychlé vytvrzení.

5. Jak průhledný je čirý UV lak?

100% UV vytvrditelné nátěry mohou vykazovat vynikající průhlednost a budou konkurovat nejlepším bezbarvým lakům v oboru. Navíc při aplikaci na dřevo dosahují maximální krásy a hloubky obrazu. Obzvláště zajímavé jsou různé alifatické uretanové akrylátové systémy, které jsou pozoruhodně průhledné a bezbarvé při aplikaci na širokou škálu povrchů, včetně dřeva. Alifatické polyuretanové akrylátové nátěry jsou navíc velmi stabilní a odolávají změně barvy s věkem. Je důležité zdůraznit, že nátěry s nízkým leskem rozptylují světlo mnohem více než lesklé nátěry, a proto mají nižší průhlednost. Ve srovnání s jinými chemickými složeními nátěrů jsou však 100% UV vytvrditelné nátěry rovnocenné, ne-li lepší.

V současné době dostupné vodou ředitelné UV vytvrzovatelné nátěry lze formulovat tak, aby poskytovaly výjimečnou čirost, teplo dřeva a odezvu, které konkurují nejlepším konvenčním povrchovým systémům. Čirost, lesk, odezva dřeva a další funkční vlastnosti UV vytvrzovatelných nátěrů dostupných na dnešním trhu jsou vynikající, pokud jsou podávány od kvalitních výrobců.

6. Existují barevné nebo pigmentované UV vytvrditelné povlaky?

Ano, barevné nebo pigmentované povlaky jsou snadno dostupné ve všech typech UV vytvrditelných povlaků, ale pro dosažení optimálních výsledků je třeba zvážit faktory. Prvním a nejdůležitějším faktorem je skutečnost, že určité barvy narušují schopnost UV energie procházet do naneseného UV vytvrditelného povlaku nebo jím pronikat. Elektromagnetické spektrum je znázorněno na obrázku 1 a je vidět, že spektrum viditelného světla bezprostředně sousedí s UV spektrem. Spektrum je kontinuum bez jasných čar (vlnových délek). Proto jedna oblast postupně přechází do sousední oblasti. Pokud jde o oblast viditelného světla, existují některá vědecká tvrzení, že se rozprostírá od 400 nm do 780 nm, zatímco jiná tvrzení uvádějí, že se rozprostírá od 350 nm do 800 nm. Pro tuto diskusi je důležité pouze to, abychom si uvědomili, že určité barvy mohou účinně blokovat propustnost určitých vlnových délek UV záření.

Protože se zaměřujeme na vlnovou délku nebo oblast UV záření, prozkoumejme tuto oblast podrobněji. Obrázek 2 ukazuje vztah mezi vlnovou délkou viditelného světla a odpovídající barvou, která jej účinně blokuje. Je také důležité vědět, že barviva obvykle pokrývají široký rozsah vlnových délek, takže červené barvivo může pokrývat značný rozsah, takže se může částečně absorbovat do oblasti UVA. Největší problém proto představují barvy v rozsahu žluté, oranžové a červené a tyto barvy mohou narušit účinné vytvrzení.

Barviva nejenže narušují UV vytvrzování, ale je třeba je také zvážit při použití bílých pigmentovaných nátěrů, jako jsou UV vytvrzovatelné základní nátěry a vrchní nátěry. Vezměte v úvahu absorpční spektrum bílého pigmentu oxidu titaničitého (TiO2), jak je znázorněno na obrázku 3. TiO2 vykazuje velmi silnou absorbanci v celé UV oblasti a přesto se bílé UV vytvrzovatelné nátěry účinně vytvrzují. Jak? Odpověď spočívá v pečlivém složení nátěru vývojářem a výrobcem ve shodě s použitím vhodných UV lamp pro vytvrzování. Běžné, konvenční UV lampy emitují energii, jak je znázorněno na obrázku 4.

Každá znázorněná výbojka je založena na rtuti, ale dopováním rtuti jiným kovovým prvkem se může emise posunout do jiných oblastí vlnových délek. V případě bílých povlaků na bázi TiO2, vytvrditelných UV zářením, bude energie dodávaná standardní rtuťovou výbojkou účinně blokována. Některé z vyšších vlnových délek mohou zajistit vytvrzení, ale doba potřebná k úplnému vytvrzení nemusí být praktická. Dopováním rtuťové výbojky galiem se však získá dostatek energie, která je užitečná v oblasti, která není účinně blokována TiO2. Použitím kombinace obou typů výbojek lze dosáhnout jak vytvrzení skrz povrch (s použitím galia dopovaného), tak povrchového vytvrzení (s použitím standardní rtuti) (obrázek 5).

A konečně, barevné nebo pigmentované UV vytvrditelné povlaky musí být formulovány s použitím optimálních fotoiniciátorů, aby UV energie – viditelné vlnové délky světla dodávané lampami – byla správně využita pro efektivní vytvrzení.

Další otázky?

S jakýmikoli dotazy se neváhejte obrátit na současného nebo budoucího dodavatele nátěrových hmot, zařízení a systémů řízení procesů. K dispozici jsou dobré odpovědi, které vám pomohou činit efektivní, bezpečná a zisková rozhodnutí.

Lawrence (Larry) Van Iseghem je prezidentem/generálním ředitelem společnosti Van Technologies, Inc. Společnost Van Technologies má více než 30 let zkušeností s UV vytvrditelnými nátěry. Začínala jako výzkumná a vývojová společnost, ale rychle se transformovala na výrobce Application Specific Advanced Coatings™, který slouží průmyslovým nátěrovým zařízením po celém světě. UV vytvrditelné nátěry byly vždy hlavním zaměřením, spolu s dalšími „zelenými“ technologiemi nátěrů, s důrazem na výkon srovnatelný nebo překonávající konvenční technologie. Společnost Van Technologies vyrábí průmyslové nátěry značky GreenLight Coatings™ v souladu se systémem managementu jakosti certifikovaným dle normy ISO-9001:2015. Více informací naleznete na adresewww.greenlightcoatings.com.