Високо ефикасни УВ премази који се очвршћују користе се у производњи подних облога, намештаја и ормарића већ дуги низ година. Већи део тог времена, 100% чврсти и УВ премази на бази растварача били су доминантна технологија на тржишту. Последњих година, технологија УВ премаза на бази воде је доживела развој. УВ смоле на бази воде које се очвршћују су се показале као користан алат за произвођаче из разних разлога, укључујући пролажење KCMA тестова за бојење, хемијску отпорност и смањење испарљивих органских једињења (VOC). Да би ова технологија наставила да расте на овом тржишту, идентификовано је неколико покретача као кључних области у којима је потребно направити побољшања. Ово ће УВ смоле на бази воде које се очвршћују изван пуких „неопходних“ карактеристика које већина смола поседује. Оне ће почети да додају вредна својства премазу, доносећи вредност свакој позицији у ланцу вредности, од формулатора премаза до фабричког намештача, инсталатера и, коначно, власнику.
Произвођачи, посебно данас, желе премаз који ће учинити више од пуког испуњавања спецификација. Постоје и друга својства која пружају предности у производњи, паковању и инсталацији. Једна жељена особина је побољшање ефикасности постројења. За премаз на бази воде то значи брже ослобађање воде и бржу отпорност на блокирање. Још једна жељена особина је побољшање стабилности смоле за хватање/поновну употребу премаза и управљање њиховим залихама. За крајњег корисника и инсталатера, жељене особине су боља отпорност на полирање и без остављања трагова метала током инсталације.
Овај чланак ће размотрити нова достигнућа у области полиуретана на бази воде који се очвршћују УВ зрачењем, а који нуде знатно побољшану стабилност боје на 50 °C у провидним, као и у пигментираним премазима. Такође се разматра како ове смоле испуњавају жељене атрибуте наносиоца премаза у повећању брзине линије кроз брзо ослобађање воде, побољшану отпорност на блокирање и отпорност на раствараче ван линије, што побољшава брзину операција слагања и паковања. Ово ће такође побољшати оштећења ван линије која се понекад јављају. Овај чланак такође разматра побољшања у отпорности на мрље и хемикалије, што је важно за инсталатере и власнике.
Позадина
Пејзаж индустрије премаза се стално мења. „Обавезни услови“ самог испуњавања спецификација по разумној цени по примењеном милу једноставно нису довољни. Пејзаж за фабрички наношене премазе за кухињске елементе, столарију, подове и намештај се брзо мења. Од произвођача који испоручују премазе фабрикама се тражи да премазе учине безбеднијим за наношење запосленима, да уклоне супстанце које изазивају забринутост, замене испарљива органска једињења водом, па чак и да користе мање фосилног угљеника, а више биоугљеника. Реалност је да дуж целог ланца вредности сваки купац тражи од премаза да уради више од пуког испуњавања спецификација.
Видевши прилику да створи већу вредност за фабрику, наш тим је почео да истражује на нивоу фабрике изазове са којима се суочавају ови апликатори. Након многих интервјуа почели смо да чујемо неке заједничке теме:
- Дозвољавање препрека спречава моје циљеве ширења;
- Трошкови расту, а наши капитални буџети се смањују;
- Трошкови енергије и особља расту;
- Губитак искусних запослених;
- Наши корпоративни циљеви у вези са продајним и административним трошковима, као и циљеви мојих клијената, морају бити испуњени; и
- Такмичење у иностранству.
Ове теме довеле су до изјава о вредности које су почеле да одјекују код корисника полиуретана на бази воде који се стврдњавају УВ зрачењем, посебно на тржишту столарије и намештаја, као што су: „произвођачи столарије и намештаја траже побољшања у ефикасности фабрика“ и „произвођачи желе могућност проширења производње на краћим производним линијама са мање оштећења од прераде због премаза са својствима спорог ослобађања воде“.
Табела 1 илуструје како, за произвођача сировина за премазе, побољшања одређених атрибута премаза и физичких својстава доводе до ефикасности коју може остварити крајњи корисник.
ТАБЕЛА 1 | Карактеристике и предности.
Дизајнирањем УВ-сушљивих ПУД-ова са одређеним атрибутима наведеним у Табели 1, произвођачи ће моћи да задовоље своје потребе у побољшању ефикасности постројења. Ово ће им омогућити да буду конкурентнији и потенцијално ће им омогућити да прошире тренутну производњу.
Експериментални резултати и дискусија
Историја УВ-сушљивих полиуретанских дисперзија
Деведесетих година прошлог века, комерцијална употреба анјонских полиуретанских дисперзија које садрже акрилатне групе везане за полимер почела је да се користи у индустријским применама.1 Многе од ових примена биле су у паковању, бојама и премазима за дрво. Слика 1 приказује генеричку структуру УВ-сушљивог ПУД-а, демонстрирајући како су ове сировине за премазе дизајниране.
СЛИКА 1 | Генеричка акрилатна функционална полиуретанска дисперзија.3
Као што је приказано на слици 1, УВ-очврснуте полиуретанске дисперзије (УВ-очврснуте ПУД) састоје се од типичних компоненти које се користе за израду полиуретанских дисперзија. Алифатични диизоцијанати реагују са типичним естрима, диолима, хидрофилизационим групама и продужетцима ланца који се користе за израду полиуретанских дисперзија.2 Разлика је у додавању акрилатног функционалног естра, епоксида или етара уграђених у корак преполимера током израде дисперзије. Избор материјала који се користе као градивни блокови, као и архитектура и обрада полимера, диктирају перформансе и карактеристике сушења ПУД-а. Ови избори сировина и обраде довешће до УВ-очврснутих ПУД-ова који могу бити неформирајући филм, као и оних који формирају филм.3 Врсте формирања филма, или типови сушења, су предмет овог чланка.
Формирање филма, или сушење како се често назива, даће коалесциране филмове који су суви на додир пре УВ очвршћавања. Пошто наносиоци желе да ограниче контаминацију премаза у ваздуху услед честица, као и потребу за брзином у свом производном процесу, они се често суше у пећима као део континуираног процеса пре УВ очвршћавања. Слика 2 приказује типичан процес сушења и очвршћавања УВ ПУД-а.
СЛИКА 2 | Поступак очвршћавања ПУД-а који се очвршћује УВ зрачењем.
Метода наношења која се обично користи је прскање. Међутим, коришћени су и наношење ваљком преко ножа, па чак и преливање поплавом. Након наношења, премаз обично пролази кроз процес од четири корака пре него што се поново користи.
1. Бљесак: Ово се може урадити на собној или повишеној температури од неколико секунди до неколико минута.
2. Сушење у пећи: Ово је фаза у којој се вода и ко-растварачи избацују из премаза. Овај корак је критичан и обично одузима највише времена у процесу. Овај корак се обично одвија на температури >60 °C и траје до 8 минута. Могу се користити и вишезонске пећи за сушење.
- ИР лампа и кретање ваздуха: Уградња ИР лампи и вентилатора за кретање ваздуха ће још брже убрзати водени бљесак.
3. УВ лечење.
4. Хлађење: Након стврдњавања, премаз ће морати да се стврдне неко време да би се постигла отпорност на блокирање. Овај корак може трајати и до 10 минута пре него што се постигне отпорност на блокирање.
Експериментално
Ова студија је упоредила два УВ-очврснућа ПУД-а (WB UV), која се тренутно користе на тржишту ормарића и столарије, са нашим новим развојем, ПУД # 65215А. У овој студији упоређујемо Стандард #1 и Стандард #2 са ПУД #65215А у погледу сушења, блокирања и хемијске отпорности. Такође процењујемо pH стабилност и вискозност стабилност, што може бити кључно када се разматра поновна употреба прекомерног прскања и рок трајања. У Табели 2 су приказана физичка својства сваке од смола коришћених у овој студији. Сва три система су формулисана са сличним нивоом фотоиницијатора, испарљивих органских једињења (VOC) и нивоом чврстих материја. Све три смоле су формулисане са 3% ко-растварача.
ТАБЕЛА 2 | Особине PUD смоле.
У интервјуима нам је речено да се већина WB-UV премаза на тржишту столарије и намештаја суши на производној линији, што траје између 5-8 минута пре УВ очвршћавања. Насупрот томе, УВ линија на бази растварача (SB-UV) се суши за 3-5 минута. Поред тога, за ово тржиште, премази се обично наносе 4-5 мила влажни. Главни недостатак УВ премаза на бази воде, који се очвршћавају, у поређењу са УВ алтернативама на бази растварача, је време потребно за испирање водом на производној линији.4 Дефекти филма, као што су беле мрље, појавиће се ако вода није правилно испражњена са премаза пре УВ очвршћавања. Ово се такође може десити ако је дебљина влажног филма превелика. Ове беле мрље настају када се вода зароби унутар филма током УВ очвршћавања.5
За ову студију смо изабрали распоред сушења сличан оном који би се користио на УВ-сушећој линији на бази растварача. Слика 3 приказује наш распоред наношења, сушења, сушења и паковања који је коришћен за нашу студију. Овај распоред сушења представља побољшање укупне брзине линије од 50% до 60% у односу на тренутни тржишни стандард у столарији и изради намештаја.
СЛИКА 3 | Распоред наношења, сушења, стврдњавања и паковања.
У наставку су наведени услови примене и сушења које смо користили за нашу студију:
●Наношење прскањем преко јаворовог фурнира са црним основним премазом.
●Бљесак на собној температури од 30 секунди.
●Сушење у пећи на температури од 70 °C током 2,5 минута (конвекцијска пећница).
●УВ очвршћавање – интензитет око 800 mJ/cm2.
- Прозирни премази су очвршћени помоћу Hg лампе.
- Пигментирани премази су очвршћени помоћу комбиноване Hg/Ga лампе.
●1 минут хлађења пре слагања.
За нашу студију смо такође прскали три различите дебљине влажног филма како бисмо видели да ли ће се остварити и друге предности, као што је мањи број слојева. 4 мила влажног филма је типична за WB UV. За ову студију смо такође укључили наношење влажног премаза од 6 и 8 мила.
Резултати сушења
Резултати стандарда бр. 1, високосјајног провидног премаза, приказани су на слици 4. WB UV провидни премаз је нанесен на средње густу влакнасту плочу (MDF) претходно пресвучену црним основним премазом и очврснут према распореду приказаном на слици 3. При дебљини влажног премаза од 4 мила, премаз је прошао. Међутим, при влажном наношењу од 6 и 8 мила, премаз је пукао, а 8 мила је лако уклоњено због лошег ослобађања воде пре UV очвршћавања.
СЛИКА 4 | Стандард бр. 1.
Сличан резултат се види и у Стандарду бр. 2, приказаном на Слици 5.
СЛИКА 5 | Стандард бр. 2.
Приказано на слици 6, коришћењем истог распореда сушења као на слици 3, PUD #65215A је показао огромно побољшање у ослобађању воде/сушењу. При дебљини влажног филма од 8 мила, примећено је благо пуцање на доњој ивици узорка.
СЛИКА 6 | ПУД #65215А.
Додатно испитивање PUD# 65215A у ниско сјајном провидном премазу и пигментираном премазу преко истог MDF-а са црним основним премазом је процењено како би се процениле карактеристике ослобађања воде у другим типичним формулацијама премаза. Као што је приказано на слици 7, ниско сјајна формулација при влажном наношењу од 5 и 7 мила ослободила је воду и формирала добар филм. Међутим, при влажном наношењу од 10 мила, била је прегуста да би ослободила воду према распореду сушења и стврдњавања на слици 3.
СЛИКА 7 | PUD ниског сјаја #65215A.
У белој пигментираној формули, PUD #65215A се добро показао у истом распореду сушења и очвршћавања описаном на слици 3, осим када је нанесен при дебљини од 8 мила у влажном стању. Као што је приказано на слици 8, филм пуца на 8 мила због лошег ослобађања воде. Генерално, у провидним, ниско сјајним и пигментираним формулацијама, PUD# 65215A се добро показао у формирању филма и сушењу када је нанесен до 7 мила у влажном стању и очврснуо по убрзаном распореду сушења и очвршћавања описаном на слици 3.
СЛИКА 8 | Пигментисани PUD #65215A.
Блокирање резултата
Отпорност на блокирање је способност премаза да се не лепи за други премазани предмет када се наслага. У производњи ово често представља уско грло ако је потребно време да очврснути премаз постигне отпорност на блокирање. За ову студију, пигментиране формулације Стандарда #1 и PUD #65215A су нанете на стакло при дебљини од 5 мила помоћу шипке за извлачење. Свака је очврснута према распореду очвршћавања на Слици 3. Две обложене стаклене плоче су очврснуте истовремено – 4 минута након очвршћавања плоче су спојене заједно, као што је приказано на Слици 9. Остале су спојене заједно на собној температури 24 сата. Ако су се плоче лако раздвојиле без отиска или оштећења обложених плоча, тест се сматрао пролазним.
Слика 10 илуструје побољшану отпорност на блокирање PUD# 65215A. Иако су и Стандард #1 и PUD #65215A постигли потпуно очвршћавање у претходном тесту, само је PUD #65215A показао довољно ослобађања воде и очвршћавања да би се постигла отпорност на блокирање.
СЛИКА 9 | Илустрација теста отпора блокирању.
СЛИКА 10 | Отпорност на блокирање стандарда бр. 1, а затим PUD бр. 65215A.
Резултати мешања акрила
Произвођачи премаза често мешају WB UV очврснуће смоле са акрилима како би смањили трошкове. За нашу студију смо такође разматрали мешање PUD#65215A са NeoCryl® XK-12, акрилом на бази воде, који се често користи као партнер за мешање UV очврснућих PUD-ова на бази воде на тржишту столарије и намештаја. За ово тржиште, KCMA тестирање мрља се сматра стандардом. У зависности од крајње употребе, неке хемикалије ће постати важније од других за произвођача премазаног предмета. Оцена 5 је најбоља, а оцена 1 је најгора.
Као што је приказано у Табели 3, PUD #65215A се изузетно добро показује у KCMA тестирању бојења као високо сјајни безбојни премаз, ниско сјајни безбојни премаз и као пигментирани премаз. Чак и када се помеша 1:1 са акрилом, KCMA тестирање бојења није драстично погођено. Чак и код бојења средствима као што је сенф, премаз се опоравио на прихватљив ниво након 24 сата.
ТАБЕЛА 3 | Отпорност на хемикалије и мрље (најбоља оцена је 5).
Поред KCMA тестирања бојења, произвођачи ће такође тестирати очвршћавање одмах након УВ очвршћавања ван траке. Често ће се ефекти мешања акрила приметити одмах ван траке за очвршћавање у овом тесту. Очекује се да неће доћи до пробоја премаза након 20 двоструких трљања изопропил алкохолом (20 IPA dr). Узорци се тестирају 1 минут након УВ очвршћавања. У нашем тестирању видели смо да мешавина PUD# 65215A са акрилом у односу 1:1 није прошла овај тест. Међутим, видели смо да се PUD #65215A може мешати са 25% NeoCryl XK-12 акрила и даље проћи тест од 20 IPA dr (NeoCryl је регистровани заштитни знак групе Covestro).
СЛИКА 11 | 20 IPA двоструких трљања, 1 минут након УВ сушења.
Стабилност смоле
Такође је тестирана стабилност PUD #65215A. Формулација се сматра стабилном на употреби ако након 4 недеље на 40 °C, pH не падне испод 7 и вискозност остане стабилна у поређењу са почетном. За наше тестирање одлучили смо да узорке подвргнемо оштријим условима до 6 недеља на 50 °C. Под овим условима, стандард #1 и #2 нису били стабилни.
За наше тестирање смо испитали формулације са високим сјајем, безбојне боје са ниским сјајем, као и пигментиране формулације са ниским сјајем које су коришћене у овој студији. Као што је приказано на слици 12, pH стабилност све три формулације је остала стабилна и изнад прага од 7,0 pH. Слика 13 илуструје минималну промену вискозности након 6 недеља на 50 °C.
СЛИКА 12 | pH стабилност формулисаног PUD #65215A.
СЛИКА 13 | Стабилност вискозности формулисаног PUD #65215A.
Још један тест који је показао перформансе стабилности PUD #65215A био је поновно тестирање отпорности на мрље од KCMA формулације премаза која је остављана да стари 6 недеља на 50 °C, и упоређивање тога са њеном почетном отпорношћу на мрље од KCMA. Премази који не показују добру стабилност видеће пад у перформансама мрља. Као што је приказано на слици 14, PUD# 65215A је задржао исти ниво перформанси као и у почетном тестирању отпорности на хемикалије/мрље пигментираног премаза приказаном у Табели 3.
СЛИКА 14 | Хемијски тест панели за пигментирани PUD #65215A.
Закључци
За оне који наносе УВ премазе на бази воде, PUD #65215A ће им омогућити да испуне тренутне стандарде перформанси на тржиштима столарије, дрвета и ормарића, а поред тога ће омогућити да процес премазивања види побољшања брзине линије већа од 50-60% у односу на тренутне стандардне УВ премазе на бази воде. За оне који наносе премазе, то може значити:
●Бржа производња;
●Повећана дебљина филма смањује потребу за додатним слојевима;
●Краће линије за сушење;
●Уштеда енергије због смањених потреба за сушењем;
●Мање отпада због брзе отпорности на блокирање;
●Смањен отпад премаза због стабилности смоле.
Са садржајем испарљивих органских једињења мањим од 100 г/л, произвођачи су такође у могућности да испуне своје циљеве у вези са испарљивим органским једињењима. За произвођаче који можда имају бриге око ширења због проблема са дозволама, PUD #65215A са брзим ослобађањем воде ће им омогућити да лакше испуне своје регулаторне обавезе без жртвовања перформанси.
На почетку овог чланка навели смо из наших интервјуа да они који наносе материјале на бази растварача који се очвршћују УВ зрачењем обично суше и очвршћују премазе у процесу који траје између 3 и 5 минута. У овој студији смо показали да ће, према процесу приказаном на слици 3, PUD #65215A очврснути до дебљине влажног филма до 7 мила за 4 минута са температуром пећи од 140 °C. Ово је у границама могућности за већину премаза на бази растварача који се очвршћују УВ зрачењем. PUD #65215A би потенцијално могао да омогући тренутним корисницима материјала на бази растварача који се очвршћују УВ зрачењем да пређу на материјал на бази воде који се очвршћује УВ зрачењем уз мале промене у својој линији премаза.
За произвођаче који разматрају проширење производње, премази на бази PUD #65215A ће им омогућити да:
●Уштедите новац коришћењем краће линије за премазивање на бази воде;
●Имати мањи простор за линију премазивања у објекту;
●Имају смањен утицај на важећу дозволу за испарљиве органске супстанце;
●Остварите уштеду енергије захваљујући смањеним потребама за сушењем.
Закључно, PUD #65215A ће помоћи у побољшању ефикасности производње линија за УВ-очвршћивање премаза кроз високе физичке перформансе и брзо ослобађање воде из смоле када се осуши на 140 °C.
Време објаве: 14. август 2024.
