У производњи подова, намештаја и ормара већ дуги низ година користе се УВ-отврдљиви премази високих перформанси. Већи део овог времена, 100% чврсти премази на бази растварача који се очвршћавају УВ зрацима били су доминантна технологија на тржишту. Последњих година, технологија премаза на бази воде која се очвршћава УВ је порасла. УВ-очврсне смоле на бази воде показале су се корисним алатом за произвођаче из различитих разлога, укључујући пролазак КЦМА мрља, испитивање хемијске отпорности и смањење ВОЦ. Да би ова технологија наставила да расте на овом тржишту, неколико покретача је идентификовано као кључне области у којима је потребно побољшати. Ово ће одузети УВ смоле које се очвршћавају на бази воде, а не само оне „мора имати“ које већина смола поседује. Они ће почети да додају вредна својства премазу, доносећи вредност свакој позицији дуж ланца вредности од формулатора премаза до фабричког апликатора до инсталатера и, коначно, до власника.
Произвођачи, посебно данас, желе премаз који ће учинити више него само проћи спецификације. Постоје и друга својства која пружају предности у производњи, паковању и уградњи. Један од жељених атрибута је побољшање ефикасности постројења. За премаз на бази воде то значи брже ослобађање воде и бржу отпорност на блокирање. Још један жељени атрибут је побољшање стабилности смоле за хватање/поновну употребу премаза и управљање њиховим инвентаром. За крајњег корисника и инсталатера, жељени атрибути су боља отпорност на горење и без металних ознака током инсталације.
У овом чланку ће се расправљати о новим развојима полиуретана на бази воде који се очвршћавају на УВ зракама који нуде знатно побољшану стабилност боје на 50 °Ц у чистим, као и пигментираним премазима. Такође се говори о томе како ове смоле решавају жељене атрибуте апликатора за наношење премаза у повећању брзине линије кроз брзо ослобађање воде, побољшану отпорност на блокове и отпорност на раствараче ван линије, што побољшава брзину за операције слагања и паковања. Ово ће такође побољшати оштећења ван мреже која се понекад јављају. Овај чланак такође говори о побољшањима која су показана у отпорности на мрље и хемикалије важним за инсталатере и власнике.
Позадина
Пејзаж индустрије премаза се стално развија. Оно што мора да има да се прође спецификација по разумној цени по примењеном мил једноставно није довољно. Пејзаж за фабрички примењене премазе за ормаре, столарију, подове и намештај брзо се мења. Од Формулатора који снабдевају премазе фабрикама се тражи да учине премазе безбеднијим за наношење запослених, уклоне супстанце које изазивају забринутост, замене ВОЦ водом, па чак користе мање фосилног угљеника и више био-угљика. Реалност је да дуж целог ланца вредности, сваки купац тражи од премаза да уради више него само да испуни спецификацију.
Видевши прилику да створи већу вредност за фабрику, наш тим је почео да истражује на нивоу фабрике изазове са којима су се ови апликатори суочавали. Након многих интервјуа почели смо да чујемо неке уобичајене теме:
- Дозвољене препреке спречавају моје циљеве ширења;
- Трошкови расту, а наши капитални буџети се смањују;
- Трошкови енергије и особља расту;
- Губитак искусних запослених;
- Наши корпоративни СГ&А циљеви, као и циљеви мојих клијената, морају бити испуњени; и
- Прекоморска конкуренција.
Ове теме су довеле до изјава о пропозицијама вредности које су почеле да одјекују код апликатора полиуретана који се очвршћавају на води на бази УВ зрака, посебно у тржишном простору столарије и ормара, као што су: „произвођачи столарије и столарије траже побољшања у ефикасности фабрике“ и „произвођачи желе могућност проширења производње на краћим производним линијама са мање штете при преради због премаза са својствима спорог отпуштања 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 | Атрибути и предности.
Дизајнирањем УВ-очврсних ПУД-ова са одређеним атрибутима наведеним у табели 1, произвођачи за крајњу употребу ће моћи да одговоре на потребе које имају у побољшању ефикасности постројења. То ће им омогућити да буду конкурентнији, а потенцијално и да прошире тренутну производњу.
Експериментални резултати и дискусија
Историја полиуретанских дисперзија које се очвршћавају УВ зрачењем
Током 1990-их, комерцијална употреба ањонских полиуретанских дисперзија које садрже акрилатне групе везане за полимер почеле су да се користе у индустријским применама.1 Многе од ових примена биле су у амбалажи, мастилима и премазима за дрво. Слика 1 приказује генеричку структуру УВ-отврдљивог ПУД-а, показујући како су дизајниране ове сировине за облагање.
СЛИКА 1 | Генеричка акрилатна функционална полиуретанска дисперзија.3
Као што је приказано на слици 1, полиуретанске дисперзије које се очвршћавају на УВ зрачењу (ПУД-ови који се очвршћавају на УВ зрацима) се састоје од типичних компоненти које се користе за прављење полиуретанских дисперзија. Алифатични диизоцијанати реагују са типичним естрима, диолима, хидрофилизационим групама и продужавачима ланаца који се користе за прављење полиуретанских дисперзија.2 Разлика је у додавању функционалног естра акрилата, епоксида или етра који су уграђени у корак предполимера током прављења дисперзије. . Избор материјала који се користе као грађевински блокови, као и полимерна архитектура и обрада, диктирају перформансе ПУД-а и карактеристике сушења. Ови избори у сировинама и преради довешће до УВ-очвршћавих ПУД-ова који могу да не формирају филм, као и оних који стварају филм.3 Формирање филма или врсте сушења су предмет овог чланка.
Формирање филма, или сушење како се то често назива, даће спојене филмове који су суви на додир пре УВ сушења. Пошто апликатори желе да ограниче контаминацију премаза из ваздуха услед честица, као и потребу за брзином у процесу производње, они се често суше у пећницама као део континуираног процеса пре УВ сушења. Слика 2 приказује типичан процес сушења и очвршћавања УВ-очврслог ПУД-а.
СЛИКА 2 | Процес стврдњавања УВ-излечивог ПУД-а.
Метода примене је обично спреј. Међутим, коришћени су нож преко ролне, па чак и капут од поплаве. Када се једном нанесе, премаз обично пролази кроз процес од четири корака пре него што се поново обради.
1. Блиц: Ово се може урадити на собној или повишеној температури од неколико секунди до неколико минута.
2. Сушење у рерни: Ово је место где се вода и ко-растварачи избацују из премаза. Овај корак је критичан и обично одузима највише времена у процесу. Овај корак је обично на >140 °Ф и траје до 8 минута. Могу се користити и пећи за сушење са више зона.
- ИР лампа и кретање ваздуха: Инсталација ИР лампи и вентилатора за кретање ваздуха ће убрзати водени бљесак још брже.
3.УВ цуре.
4.Хладити: Када се очврсне, премаз ће морати да се осуши неко време да би се постигла отпорност на блокирање. Овај корак може потрајати чак 10 минута пре него што се постигне отпор блокирања
Експериментално
Ова студија је упоредила два УВ-отврдљива ПУД-а (ВБ УВ), која се тренутно користе на тржишту ормара и столарије, са нашим новим развојем, ПУД # 65215А. У овој студији поредимо Стандард #1 и Стандард #2 са ПУД #65215А у отпорности на сушење, блокирање и хемикалије. Такође процењујемо пХ стабилност и стабилност вискозитета, што може бити критично када се разматра поновна употреба прекомерног спреја и рок трајања. У табели 2 приказана су физичка својства сваке од смола коришћених у овој студији. Сва три система су формулисана на сличан ниво фотоиницијатора, ВОЦ и ниво чврстих материја. Све три смоле су формулисане са 3% ко-растварача.
ТАБЕЛА 2 | Својства ПУД смоле.
Речено нам је у нашим интервјуима да се већина ВБ-УВ премаза на тржишту столарије и ормара суши на производној линији, што траје између 5-8 минута пре УВ сушења. Насупрот томе, УВ (СБ-УВ) линија на бази растварача се суши за 3-5 минута. Поред тога, за ово тржиште, премази се обично наносе 4-5 милс мокрих. Главни недостатак премаза на бази воденог УВ-отврдњавања у поређењу са алтернативама на бази растварача који се очвршћавају на УВ зрачењу је време потребно да се вода испразни на производној линији.4 Дефекти филма као што су беле мрље ће се појавити ако вода није правилно испражњена са премазивање пре УВ сушења. Ово се такође може десити ако је дебљина влажног филма превисока. Ове беле мрље настају када вода остане заробљена унутар филма током УВ сушења.5
За ову студију изабрали смо распоред очвршћавања сличан оном који би се користио на линији базираној на растварачу који се отврдњава УВ зрачењем. Слика 3 приказује наш распоред примене, сушења, очвршћавања и паковања који смо користили за нашу студију. Овај распоред сушења представља између 50% и 60% побољшања укупне брзине линије у односу на тренутни тржишни стандард у апликацијама столарије и ормара.
СЛИКА 3 | Распоред примене, сушења, сушења и паковања.
Испод су услови примене и лечења које смо користили за нашу студију:
●Наношење прскањем преко јаворовог фурнира са црним основним премазом.
●Блиц на собној температури од 30 секунди.
●140 °Ф пећница за сушење 2,5 минута (конвекцијска пећница).
●УВ очвршћавање – интензитет око 800 мЈ/цм2.
- Прозирни премази су очвршћени помоћу Хг лампе.
- Пигментирани премази су очвршћени коришћењем комбиноване Хг/Га лампе.
●Охладити 1 минут пре слагања.
За нашу студију смо такође прскали три различите дебљине влажног филма да видимо да ли ће се остварити и друге предности, као што је мање слојева. 4 милс вет је типично за ВБ УВ. За ову студију смо такође укључили наношење влажног премаза од 6 и 8 милс.
Резултати лечења
Стандард #1, прозирни премаз високог сјаја, резултати су приказани на слици 4. ВБ УВ прозирни премаз је нанесен на средње густе влакнасте плоче (МДФ) претходно премазане црним основним премазом и осушене према распореду приказаном на слици 3. На влажној 4 милс премаз пролази. Међутим, при влажном наношењу од 6 и 8 милс, премаз је напукао, а 8 милс је лако уклоњено због слабог ослобађања воде пре УВ сушења.
СЛИКА 4 | Стандард #1.
Сличан резултат се такође види у стандарду #2, приказаном на слици 5.
СЛИКА 5 | Стандард #2.
Приказано на слици 6, користећи исти распоред очвршћавања као на слици 3, ПУД #65215А је показао огромно побољшање у ослобађању/сушењу воде. При дебљини влажног филма од 8 милс, уочено је благо пуцање на доњој ивици узорка.
СЛИКА 6 | ПУД #65215А.
Додатно тестирање ПУД# 65215А у прозирном премазу ниског сјаја и пигментираном премазу преко истог МДФ-а са црним основним премазом је процењено да би се процениле карактеристике ослобађања воде у другим типичним формулацијама премаза. Као што је приказано на слици 7, формулација ниског сјаја при влажној примени од 5 и 7 милс је ослободила воду и формирала добар филм. Међутим, на влажној 10 милс, била је превише густа да би се вода испустила према распореду сушења и сушења на слици 3.
СЛИКА 7 | ПУД ниског сјаја #65215А.
У формули са белим пигментом, ПУД #65215А се добро показао у истом распореду сушења и очвршћавања описаном на слици 3, осим када се наноси на 8 влажних мил. Као што је приказано на слици 8, филм пуца на 8 милс због слабог ослобађања воде. Свеукупно у јасним, ниским сјајем и пигментираним формулацијама, ПУД# 65215А се добро показао у формирању филма и сушењу када се наноси до 7 милс влажног и очвршћава по убрзаном распореду сушења и очвршћавања описаном на слици 3.
СЛИКА 8 | Пигментирани ПУД #65215А.
Блокирање резултата
Отпорност на блокирање је способност премаза да се не залепи за други премазани предмет када се слаже. У производњи ово често представља уско грло ако је потребно време да очврснути премаз постигне отпорност на блок. За ову студију, пигментисане формулације Стандарда #1 и ПУД #65215А нанете су на стакло при 5 мокрих милова помоћу траке за повлачење. Сваки од њих је очвршћен према распореду очвршћавања на слици 3. Две обложене стаклене плоче су очвршћене у исто време – 4 минута након очвршћавања панели су били стегнути заједно, као што је приказано на слици 9. Остали су стегнути заједно на собној температури 24 сата. . Ако су се панели лако одвојили без отиска или оштећења обложених панела, онда се тест сматрао пролазним.
Слика 10 илуструје побољшану отпорност на блокирање ПУД# 65215А. Иако су и Стандард #1 и ПУД #65215А постигли потпуно очвршћавање у претходном тесту, само је ПУД #65215А показао довољно ослобађања воде и очвршћавања да би се постигла отпорност на блокирање.
СЛИКА 9 | Илустрација теста отпорности на блокирање.
СЛИКА 10 | Отпор на блокирање стандарда #1, праћеног ПУД #65215А.
Резултати мешања акрила
Произвођачи премаза често мешају ВБ УВ-отврднуте смоле са акрилима како би смањили цену. За нашу студију смо такође размотрили мешање ПУД#65215А са НеоЦрил® КСК-12, акрилом на бази воде, који се често користи као партнер за мешање за УВ-отврдљиве ПУД-ове на бази воде на тржишту столарије и ормара. За ово тржиште, КЦМА тестирање мрља се сматра стандардом. У зависности од крајње употребе, неке хемикалије ће постати важније од других за произвођача премазаног производа. Оцена 5 је најбоља, а оцена 1 је најгора.
Као што је приказано у табели 3, ПУД #65215А се изузетно добро понаша у КЦМА тестирању мрља као прозирни високосјајни, провидни ниски сјај и као пигментирани премаз. Чак и када се помеша 1:1 са акрилом, КЦМА тестирање мрља нема драстичан утицај. Чак и код бојења агенсима као што је сенф, премаз се повратио на прихватљив ниво након 24 сата.
ТАБЕЛА 3 | Отпорност на хемикалије и мрље (оцена 5 је најбоља).
Поред КЦМА тестирања мрља, произвођачи ће такође тестирати очвршћавање одмах након УВ очвршћавања са линије. Често ће се ефекти мешања акрила приметити одмах ван линије очвршћавања у овом тесту. Очекује се да неће доћи до пробоја премаза након 20 двоструких трљања изопропил алкохолом (20 ИПА др). Узорци се тестирају 1 минут након УВ сушења. У нашем тестирању видели смо да мешавина 1:1 ПУД# 65215А са акрилом није прошла овај тест. Међутим, видели смо да се ПУД #65215А може мешати са 25% НеоЦрил КСК-12 акрила и да ипак прође 20 ИПА др тест (НеоЦрил је регистровани заштитни знак групе Цовестро).
СЛИКА 11 | 20 ИПА двоструких трљања, 1 минут након УВ сушења.
Стабилност смоле
Стабилност ПУД-а #65215А је такође тестирана. Формулација се сматра стабилном ако после 4 недеље на 40 °Ц пХ не падне испод 7 и вискозитет остане стабилан у поређењу са почетним. За наше тестирање одлучили смо да подвргнемо узорке тежим условима до 6 недеља на 50 °Ц. У овим условима стандард #1 и #2 нису били стабилни.
За наше тестирање погледали смо прозирне високосјајне, прозирне ниског сјаја, као и пигментиране формулације ниског сјаја коришћене у овој студији. Као што је приказано на слици 12, пХ стабилност све три формулације је остала стабилна и изнад прага пХ од 7,0. Слика 13 илуструје минималну промену вискозитета након 6 недеља на 50 °Ц.
СЛИКА 12 | пХ стабилност формулисаног ПУД-а #65215А.
СЛИКА 13 | Стабилност вискозитета формулисаног ПУД #65215А.
Још један тест који показује перформансе стабилности ПУД #65215А био је да се поново тестира отпорност на КЦМА мрље формулације премаза која је одлежала 6 недеља на 50 °Ц и да се то упореди са његовом почетном отпорношћу на КЦМА мрље. Премази који не показују добру стабилност видеће пад у перформансама бојења. Као што је приказано на слици 14, ПУД# 65215А је задржао исти ниво перформанси као у почетном тестирању отпорности на хемикалије/мрље пигментираног премаза приказаног у табели 3.
СЛИКА 14 | Хемијски тест панели за пигментирани ПУД #65215А.
Закључци
За апликаторе УВ очврслих премаза на бази воде, ПУД #65215А ће им омогућити да испуне тренутне стандарде перформанси на тржишту столарије, дрвета и ормана, а поред тога, омогућиће процес премаза да види побољшање брзине линије на више од 50 -60% у односу на тренутне стандардне премазе на бази воде који се очвршћавају УВ зрачењем. За апликатора то може значити:
●Бржа производња;
●Повећана дебљина филма смањује потребу за додатним слојевима;
●Краће линије сушења;
●Уштеда енергије због смањених потреба за сушењем;
●Мање отпада због брзог отпора на блокирање;
●Смањен отпад премаза због стабилности смоле.
Са ВОЦ мањим од 100 г/Л, произвођачи су такође способнији да испуне своје ВОЦ циљеве. За произвођаче који можда имају бриге о проширењу због проблема са дозволама, ПУД #65215А са брзим отпуштањем воде ће им омогућити да лакше испуне своје регулаторне обавезе без жртвовања перформанси.
На почетку овог чланка смо цитирали из наших интервјуа да апликатори материјала на бази растварача УВ очвршћавајућих обично суше и очвршћавају премазе у процесу који је трајао између 3-5 минута. У овој студији смо показали да ће према процесу приказаном на слици 3, ПУД #65215А очврснути до 7 милс мокрог филма дебљине за 4 минута са температуром пећнице од 140 °Ц. Ово је сасвим у оквирима већине УВ-отврдљивих премаза на бази растварача. ПУД #65215А би потенцијално могао да омогући садашњим апликаторима УВ-очврсних материјала на бази растварача да пређу на УВ-очвршћавајући материјал на бази воде са малом променом линије премаза.
За произвођаче који размишљају о проширењу производње, премази на бази ПУД #65215А ће им омогућити да:
●Уштедите новац коришћењем краће линије премаза на бази воде;
●Имати мањи отисак линије премаза у објекту;
●Имати смањен утицај на тренутну ВОЦ дозволу;
●Остварите уштеду енергије због смањених потреба за сушењем.
У закључку, ПУД #65215А ће помоћи да се побољша ефикасност производње УВ-отврдљивих линија премаза кроз перформансе високих физичких својстава и карактеристике брзог отпуштања воде када се осуши на 140 °Ц.
Време поста: 14.08.2024
