Visokoučinkoviti UV-stvrdnjavajući premazi već se godinama koriste u proizvodnji podova, namještaja i ormara. Većinu tog vremena 100% čvrsti premazi na bazi otapala koji se stvrdnjavaju UV-om bili su dominantna tehnologija na tržištu. U posljednjih nekoliko godina, tehnologija UV-stvrdnjavajućih premaza na bazi vode je rasla. Smole na bazi vode koje se stvrdnjavaju UV-zračenjem pokazale su se korisnim alatom za proizvođače iz niza razloga, uključujući prolazak KCMA boja, ispitivanje otpornosti na kemikalije i smanjenje VOC-a. Kako bi ova tehnologija nastavila rasti na ovom tržištu, nekoliko je pokretača identificirano kao ključna područja u kojima je potrebno napraviti poboljšanja. Ovo će smole na bazi vode koje se stvrdnjavaju UV-zračenjem više od jednostavnog "mora imati" koje većina smola posjeduje. Oni će početi dodavati vrijedna svojstva premazu, donoseći vrijednost svakoj poziciji u lancu vrijednosti od formulatora premaza preko tvorničkog aplikatora do instalatera i, konačno, do vlasnika.
Proizvođači, posebno danas, žele premaz koji će učiniti više od samog ispunjavanja specifikacija. Postoje i druga svojstva koja pružaju prednosti u proizvodnji, pakiranju i ugradnji. Jedan željeni atribut je poboljšanje učinkovitosti postrojenja. Za premaz na bazi vode to znači brže otpuštanje vode i bržu otpornost na blokiranje. Drugi željeni atribut je poboljšanje stabilnosti smole za hvatanje/ponovnu upotrebu premaza i upravljanje njihovim inventarom. Za krajnjeg korisnika i instalatera, željeni atributi su bolja otpornost na brušenje i odsustvo metalnih oznaka tijekom instalacije.
U ovom će se članku raspravljati o novim razvojima poliuretana na bazi vode koji se stvrdnjavaju UV-zračenjem i koji nude znatno poboljšanu stabilnost boje na 50 °C u prozirnim, kao i pigmentiranim premazima. Također se raspravlja o tome kako ove smole rješavaju željene atribute aplikatora premaza u povećanju brzine linije kroz brzo otpuštanje vode, poboljšanu otpornost na blokiranje i otpornost na otapala izvan linije, što poboljšava brzinu za operacije slaganja i pakiranja. Ovo će također poboljšati oštećenje izvan mreže koje se ponekad događa. Ovaj članak također govori o poboljšanjima pokazanim u otpornosti na mrlje i kemikalije važnima za instalatere i vlasnike.
Pozadina
Krajolik industrije premaza stalno se razvija. "Mora imati" samo proći specifikaciju po razumnoj cijeni po primijenjenom milu jednostavno nije dovoljno. Krajolik za tvornički nanesene premaze na ormariće, stolariju, podove i namještaj brzo se mijenja. Od formulatora koji tvornicama opskrbljuju premaze traži se da premaze učine sigurnijima za nanošenje zaposlenicima, uklone tvari koje izazivaju veliku zabrinutost, zamijene HOS-eve vodom i čak koriste manje fosilnog ugljika, a više bio ugljika. Stvarnost je da duž čitavog lanca vrijednosti svaki kupac od premaza traži više od pukog ispunjavanja specifikacije.
Vidjevši priliku za stvaranje veće vrijednosti za tvornicu, naš tim je na razini tvornice počeo istraživati izazove s kojima se ti aplikatori suočavaju. Nakon mnogih intervjua počeli smo čuti neke zajedničke teme:
- Prepreke koje dopuštaju sprječavaju moje ciljeve širenja;
- Troškovi rastu, a naši kapitalni proračuni se smanjuju;
- Troškovi energije i osoblja rastu;
- Gubitak iskusnih zaposlenika;
- Naši korporativni SG&A ciljevi, kao i ciljevi mog klijenta, moraju biti ispunjeni; i
- Inozemna konkurencija.
Ove su teme dovele do izjava o ponudi vrijednosti koje su počele odjekivati kod aplikatora poliuretana na bazi vode koji se stvrdnjavaju UV-zračenjem, posebno u tržišnom prostoru stolarije i ormarića, poput: "proizvođači stolarije i ormarića traže poboljšanja u učinkovitosti tvornica" i "proizvođači žele mogućnost proširenja proizvodnje na kraćim proizvodnim linijama s manje oštećenja zbog prevlaka sa svojstvima sporog otpuštanja vode.”
Tablica 1 ilustrira kako, za proizvođača sirovina za premaze, poboljšanja u određenim atributima premaza i fizičkim svojstvima dovode do učinkovitosti koju može ostvariti krajnji korisnik.
TABLICA 1 | Atributi i prednosti.
Dizajniranjem UV-stvrdnjavajućih PUD-ova s određenim atributima navedenim u Tablici 1, proizvođači za krajnju upotrebu moći će odgovoriti na potrebe koje imaju u poboljšanju učinkovitosti postrojenja. To će im omogućiti da budu konkurentniji, a potencijalno će im omogućiti i proširenje trenutne proizvodnje.
Eksperimentalni rezultati i rasprava
Povijest poliuretanskih disperzija stvrdnjavajućih UV zrakama
U 1990-ima, komercijalna uporaba anionskih poliuretanskih disperzija koje sadrže akrilatne skupine vezane za polimer počela se koristiti u industrijskim primjenama.1 Mnoge od tih primjena bile su u pakiranju, bojama i premazima za drvo. Slika 1 prikazuje generičku strukturu UV-stvrdnjavajućeg PUD-a, pokazujući kako su ove sirovine za premazivanje dizajnirane.
SLIKA 1 | Generička akrilatna funkcionalna poliuretanska disperzija.3
Kao što je prikazano na slici 1, poliuretanske disperzije koje se stvrdnjavaju na UV zračenju (PUD-ovi s UV stvrdnjavanjem) sastoje se od tipičnih komponenti koje se koriste za izradu poliuretanskih disperzija. Alifatski diizocijanati reagiraju s tipičnim esterima, diolima, hidrofilizacijskim skupinama i produživačima lanca koji se koriste za izradu poliuretanskih disperzija.2 Razlika je u dodatku akrilatnog funkcionalnog estera, epoksija ili etera ugrađenih u predpolimerni korak tijekom izrade disperzije . Izbor materijala koji se koriste kao građevni blokovi, kao i polimerna arhitektura i obrada, diktiraju performanse i karakteristike sušenja PUD-a. Ovi izbori u sirovinama i obradi dovest će do UV-stvrdnjavajućih PUD-ova koji mogu ne stvarati film, kao i onih koji stvaraju film.3 Vrste stvaranja filma ili sušenja predmet su ovog članka.
Formiranje filma, ili sušenje, kako se često naziva, dat će spojene filmove koji su suhi na dodir prije UV stvrdnjavanja. Budući da aplikatori žele ograničiti onečišćenje premaza zrakom zbog čestica, kao i potrebu za brzinom u proizvodnom procesu, oni se često suše u pećnicama kao dio kontinuiranog procesa prije UV stvrdnjavanja. Slika 2 prikazuje tipičan proces sušenja i stvrdnjavanja PUD-a koji se stvrdnjava UV-om.
SLIKA 2 | Postupak stvrdnjavanja PUD-a stvrdnjavajućeg UV-zračenjem.
Metoda nanošenja koja se koristi obično je sprej. Međutim, korišteni su nož preko rolne, pa čak i navlaka. Nakon što se nanese, premaz će obično proći kroz proces od četiri koraka prije nego što se njime ponovno rukuje.
1.Bljesak: Ovo se može učiniti na sobnoj ili povišenoj temperaturi od nekoliko sekundi do nekoliko minuta.
2. Sušenje u pećnici: Ovdje se voda i suotapala izbacuju iz premaza. Ovaj je korak kritičan i obično oduzima najviše vremena u procesu. Ovaj korak je obično na >140 °F i traje do 8 minuta. Također se mogu koristiti peći za sušenje s više zona.
- IR lampa i kretanje zraka: Instalacija IR lampi i ventilatora za kretanje zraka još će brže ubrzati bljesak vode.
3. UV liječenje.
4. Hlađenje: Nakon stvrdnjavanja, premaz će se morati stvrdnjavati neko vrijeme kako bi se postigla otpornost na blokiranje. Ovaj korak može potrajati čak 10 minuta prije nego što se postigne otpor blokiranja
Eksperimentalno
Ova studija usporedila je dva PUD-a stvrdnjava na UV zračenju (WB UV), koji se trenutno koriste na tržištu ormara i stolarije, s našim novim razvojem, PUD # 65215A. U ovoj studiji uspoređujemo Standard #1 i Standard #2 s PUD #65215A u pogledu otpornosti na sušenje, blokiranje i kemijsku otpornost. Također procjenjujemo pH stabilnost i stabilnost viskoznosti, što može biti kritično kada se razmatra ponovna uporaba spreja i rok trajanja. Dolje u tablici 2 prikazana su fizikalna svojstva svake od smola korištenih u ovoj studiji. Sva tri sustava formulirana su na sličnu razinu fotoinicijatora, VOC i razinu krutine. Sve tri smole formulirane su s 3% kootapala.
TABLICA 2 | Svojstva PUD smole.
Rečeno nam je u našim intervjuima da se većina WB-UV premaza na tržištima stolarije i ormarića suši na proizvodnoj liniji, što traje između 5-8 minuta prije UV stvrdnjavanja. Nasuprot tome, UV linija na bazi otapala (SB-UV) suši se za 3-5 minuta. Osim toga, za ovo tržište premazi se obično nanose 4-5 mils mokri. Glavni nedostatak vodenih premaza koji se stvrdnjavaju UV-zračenjem u usporedbi s alternativama na bazi otapala koji se stvrdnjavaju UV-om je vrijeme potrebno za ispiranje vode na proizvodnoj liniji.4 Defekti filma kao što su bijele mrlje pojavit će se ako voda nije pravilno isprana iz premaza. premaz prije UV stvrdnjavanja. To se također može dogoditi ako je debljina mokrog filma prevelika. Ove bijele mrlje nastaju kada voda ostane zarobljena unutar filma tijekom UV stvrdnjavanja.5
Za ovu studiju odabrali smo raspored stvrdnjavanja sličan onom koji bi se koristio na liniji baziranoj na otapalu koja se UV-stvrdnjava. Slika 3 prikazuje naš raspored primjene, sušenja, stvrdnjavanja i pakiranja korišten za našu studiju. Ovaj raspored sušenja predstavlja između 50% do 60% poboljšanja ukupne brzine linije u odnosu na trenutni tržišni standard u primjenama stolarije i ormarića.
SLIKA 3 | Raspored primjene, sušenja, sušenja i pakiranja.
U nastavku su navedeni uvjeti primjene i stvrdnjavanja koje smo koristili za našu studiju:
●Nanesite crni temeljni premaz raspršivanjem preko javorovog furnira.
●Bljesak sobne temperature od 30 sekundi.
●Pećnica za sušenje na 140 °F 2,5 minute (konvekcijska pećnica).
●UV stvrdnjavanje – intenzitet oko 800 mJ/cm2.
- Prozirni premazi osušeni su pomoću Hg lampe.
- Pigmentirane prevlake očvrsnule su pomoću kombinirane Hg/Ga lampe.
●1 minuta ohladite prije slaganja.
Za našu smo studiju također raspršili tri različite debljine mokrog filma kako bismo vidjeli hoće li se ostvariti i druge prednosti poput manjeg broja slojeva. 4 mila mokro je tipično za WB UV. Za ovu smo studiju također uključili 6 i 8 mils mokre primjene premaza.
Rezultati stvrdnjavanja
Standard #1, prozirni premaz visokog sjaja, rezultati su prikazani na slici 4. WB UV prozirni premaz nanesen je na vlaknastu ploču srednje gustoće (MDF) prethodno obloženu crnim osnovnim premazom i očvrsnula prema rasporedu prikazanom na slici 3. Na 4 mila mokrog premaz prolazi. Međutim, pri 6 i 8 mils mokrom nanošenju premaz je popucao, a 8 mils se lako uklonio zbog slabog otpuštanja vode prije UV stvrdnjavanja.
SLIKA 4 | Standard #1.
Sličan rezultat se također vidi u standardu #2, prikazanom na slici 5.
SLIKA 5 | Standard #2.
Prikazan na slici 6, korištenjem istog rasporeda stvrdnjavanja kao na slici 3, PUD #65215A pokazao je ogromno poboljšanje u oslobađanju vode/sušenju. Pri debljini mokrog filma od 8 mils, uočeno je lagano pucanje na donjem rubu uzorka.
SLIKA 6 | PUD #65215A.
Dodatno ispitivanje PUD# 65215A u prozirnom premazu niskog sjaja i pigmentiranom premazu preko istog MDF-a s crnim temeljnim premazom procijenjeno je kako bi se ocijenile karakteristike otpuštanja vode u drugim tipičnim formulacijama premaza. Kao što je prikazano na slici 7, formulacija niskog sjaja pri 5 i 7 mils mokre primjene pustila je vodu i stvorila dobar film. Međutim, pri 10 mils mokrog, bilo je pregusto za ispuštanje vode prema rasporedu sušenja i stvrdnjavanja na slici 3.
SLIKA 7 | PUD niskog sjaja #65215A.
U bijelo pigmentiranoj formuli, PUD #65215A pokazao se dobro u istom rasporedu sušenja i otvrdnjavanja opisanom na slici 3, osim kada se nanosi pri 8 mokrih mil. Kao što je prikazano na slici 8, film puca na 8 mils zbog slabog otpuštanja vode. Sveukupno u prozirnim, niskosjajnim i pigmentiranim formulacijama, PUD# 65215A pokazao se dobro u formiranju filma i sušenju kada se nanosio do 7 mil mokrih i očvrsnuo prema ubrzanom rasporedu sušenja i otvrdnjavanja opisanom na slici 3.
SLIKA 8 | Pigmentirani PUD #65215A.
Blokiranje rezultata
Otpornost na blokiranje je sposobnost premaza da se ne zalijepi za drugi premazani predmet kada se složi. U proizvodnji je to često usko grlo ako je potrebno vrijeme da stvrdnuti premaz postigne otpornost na blokove. Za ovu studiju, pigmentirane formulacije standarda #1 i PUD #65215A nanesene su na staklo pri 5 mokrih milova pomoću trake za izvlačenje. Svaka je otvrdnula prema rasporedu otvrdnjavanja na slici 3. Dvije obložene staklene ploče su očvrsnule u isto vrijeme – 4 minute nakon otvrdnjavanja ploče su spojene zajedno, kao što je prikazano na slici 9. Ostale su stegnute zajedno na sobnoj temperaturi 24 sata . Ako su se ploče lako odvojile bez otisaka ili oštećenja presvučenih ploča, tada se ispitivanje smatralo uspješnim.
Slika 10 ilustrira poboljšanu otpornost na blokiranje PUD# 65215A. Iako su i Standard #1 i PUD #65215A postigli potpuno stvrdnjavanje u prethodnom testu, samo je PUD #65215A pokazao dovoljno otpuštanja vode i stvrdnjavanja za postizanje otpornosti na blokiranje.
SLIKA 9 | Ilustracija ispitivanja otpornosti na blokiranje.
SLIKA 10 | Otpor na blokiranje standarda #1, nakon čega slijedi PUD #65215A.
Rezultati miješanja akrila
Proizvođači premaza često miješaju WB UV-stvrdnjavajuće smole s akrilima kako bi smanjili troškove. Za našu smo studiju također pogledali miješanje PUD-a #65215A s NeoCryl® XK-12, akrilom na bazi vode, koji se često koristi kao partner za miješanje za PUD-ove na bazi vode koji se stvrdnjavaju UV zrakama na tržištu stolarije i ormara. Za ovo tržište KCMA testiranje mrlja smatra se standardom. Ovisno o krajnjoj primjeni, neke će kemikalije za proizvođača premazanog proizvoda postati važnije od drugih. Ocjena 5 je najbolja, a ocjena 1 najgora.
Kao što je prikazano u tablici 3, PUD #65215A daje izvanredne rezultate u KCMA testiranju mrlja kao prozirni premaz visokog sjaja, prozirni premaz niskog sjaja i kao pigmentirani premaz. Čak i kada se pomiješa 1:1 s akrilom, KCMA testiranje mrlja nije drastično pogođeno. Čak i kod bojenja sredstvima kao što je senf, premaz se vratio na prihvatljivu razinu nakon 24 sata.
TABLICA 3 | Otpornost na kemikalije i mrlje (najbolja je ocjena 5).
Uz KCMA testiranje mrlja, proizvođači će također testirati stvrdnjavanje odmah nakon UV stvrdnjavanja s linije. Često će se učinci miješanja akrila primijetiti odmah nakon linije stvrdnjavanja u ovom testu. Očekuje se da neće doći do prodora premaza nakon 20 dvostrukih utrljavanja izopropilnim alkoholom (20 IPA dr). Uzorci se testiraju 1 minutu nakon UV stvrdnjavanja. U našem testiranju vidjeli smo da mješavina 1:1 PUD# 65215A s akrilom nije prošla ovaj test. Međutim, vidjeli smo da se PUD #65215A može pomiješati s 25% NeoCryl XK-12 akrila i još uvijek proći test od 20 IPA dr (NeoCryl je registrirani zaštitni znak grupe Covestro).
SLIKA 11 | 20 IPA dvostrukih utrljavanja, 1 minutu nakon UV stvrdnjavanja.
Stabilnost smole
Također je ispitana stabilnost PUD-a #65215A. Formulacija se smatra stabilnom na polici ako nakon 4 tjedna na 40 °C, pH ne padne ispod 7, a viskoznost ostaje stabilna u usporedbi s početnom. Za naše testiranje odlučili smo podvrgnuti uzorke oštrijim uvjetima do 6 tjedana na 50 °C. U ovim uvjetima Standard #1 i #2 nisu bili stabilni.
Za naše testiranje pogledali smo prozirne formulacije visokog sjaja, prozirne boje niskog sjaja, kao i pigmentirane formulacije niskog sjaja korištene u ovoj studiji. Kao što je prikazano na slici 12, pH stabilnost sve tri formulacije ostala je stabilna i iznad pH praga od 7,0. Slika 13 prikazuje minimalnu promjenu viskoznosti nakon 6 tjedana na 50 °C.
SLIKA 12 | pH stabilnost formuliranog PUD-a #65215A.
SLIKA 13 | Stabilnost viskoznosti formuliranog PUD-a #65215A.
Drugi test koji je demonstrirao performanse stabilnosti PUD-a #65215A bio je ponovno testiranje otpornosti na KCMA mrlje formulacije premaza koja je odležala 6 tjedana na 50 °C, i uspoređujući to s početnom KCMA otpornošću na mrlje. Premazi koji ne pokazuju dobru stabilnost primijetit će pad u performansama bojenja. Kao što je prikazano na slici 14, PUD# 65215A zadržao je istu razinu performansi kao iu početnom testiranju otpornosti na kemikalije/mrlje pigmentiranog premaza prikazanog u tablici 3.
SLIKA 14 | Kemijske ispitne ploče za pigmentirani PUD #65215A.
Zaključci
Za aplikatore UV-stvrdnjavajućih premaza na bazi vode, PUD #65215A omogućit će im da ispune trenutne standarde performansi na tržištima stolarije, drva i ormara, a osim toga, omogućit će proces premazivanja da vidi poboljšanja brzine linije na više od 50 -60% u odnosu na trenutne standardne premaze na bazi vode koji se stvrdnjavaju UV zrakama. Za aplikator to može značiti:
●Brža proizvodnja;
●Povećana debljina filma smanjuje potrebu za dodatnim slojevima;
●Kraći redovi za sušenje;
●Ušteda energije zbog smanjenih potreba za sušenjem;
● Manje otpada zbog brzog otpora na blokiranje;
● Smanjeni otpad od premaza zbog stabilnosti smole.
S HOS-evima manjim od 100 g/L, proizvođači također lakše ispunjavaju svoje VOC-ove ciljeve. Za proizvođače koji možda imaju brige oko proširenja zbog problema s dozvolom, PUD s brzim otpuštanjem vode #65215A omogućit će im da lakše ispune svoje regulatorne obveze bez gubitka performansi.
Na početku ovog članka citirali smo iz naših intervjua da bi aplikatori materijala koji se stvrdnjavaju UV-om na bazi otapala obično sušili i stvrdnjavali premaze u procesu koji je trajao između 3-5 minuta. U ovoj smo studiji pokazali da će prema procesu prikazanom na slici 3, PUD #65215A očvrsnuti do 7 mils debljine vlažnog filma u 4 minute s temperaturom pećnice od 140 °C. To je unutar okvira većine UV-stvrdnjavajućih premaza na bazi otapala. PUD #65215A potencijalno bi mogao omogućiti trenutnim aplikatorima UV-stvrdnjavajućih materijala na bazi otapala da se prebace na UV-stvrdnjavajući materijal na bazi vode uz male promjene u liniji premaza.
Za proizvođače koji razmišljaju o proširenju proizvodnje, premazi temeljeni na PUD #65215A omogućit će:
●Uštedite novac korištenjem kraće linije premaza na bazi vode;
●Imati manji otisak linije za premazivanje u objektu;
●Imaju manji utjecaj na trenutnu VOC dozvolu;
●Ostvarite uštedu energije zbog smanjenih potreba za sušenjem.
Zaključno, PUD #65215A pomoći će u poboljšanju učinkovitosti proizvodnje linija za premaze koji se stvrdnjavaju UV-zrakom kroz performanse visokih fizičkih svojstava i karakteristike brzog otpuštanja vode smole kada se suši na 140 °C.
Vrijeme objave: 14. kolovoza 2024
