Visoko zmogljivi premazi, utrjeni na UV žarkih, se že vrsto let uporabljajo pri izdelavi talnih oblog, pohištva in omar. Večino tega časa so bili na trgu prevladujoča tehnologija 100-odstotno trdni premazi na osnovi topil, utrjeni z UV žarki. V zadnjih letih je tehnologija UV-strdljivih premazov na vodni osnovi rasla. Smole na vodni osnovi, ki se utrjujejo z UV-žarki, so se izkazale za uporabno orodje za proizvajalce iz različnih razlogov, vključno z opravljenim barvanjem KCMA, testiranjem kemične odpornosti in zmanjšanjem HOS. Da bi ta tehnologija še naprej rasla na tem trgu, je bilo več dejavnikov opredeljenih kot ključna področja, kjer so potrebne izboljšave. S temi smolami na vodni osnovi, ki se utrjujejo z UV-žarki, ne boste imeli le tistega, kar morate imeti, kar ima večina smol. Prevleki bodo začeli dodajati dragocene lastnosti, s čimer bodo dodali vrednost vsakemu položaju v vrednostni verigi od oblikovalca premaza do tovarniškega nanašalca do monterja in na koncu do lastnika.
Proizvajalci, zlasti danes, želijo premaz, ki bo naredil več kot le prestal specifikacije. Obstajajo tudi druge lastnosti, ki zagotavljajo prednosti pri izdelavi, pakiranju in namestitvi. Eden od želenih lastnosti je izboljšanje učinkovitosti naprave. Za premaz na vodni osnovi to pomeni hitrejše sproščanje vode in hitrejšo odpornost proti blokiranju. Druga želena lastnost je izboljšanje stabilnosti smole za zajemanje/ponovno uporabo premaza in upravljanje njihovega inventarja. Za končnega uporabnika in monterja sta želena atributa boljša odpornost proti gorenju in brez kovinskih oznak med namestitvijo.
Ta članek bo razpravljal o novih dosežkih poliuretanov na vodni osnovi, utrjenih z UV-žarki, ki ponujajo veliko izboljšano stabilnost barve pri 50 °C v prozornih in pigmentiranih premazih. Razpravlja tudi o tem, kako te smole obravnavajo želene lastnosti aplikatorja za nanašanje premazov pri povečanju hitrosti linije s hitrim sproščanjem vode, izboljšano odpornostjo proti blokom in odpornostjo na topila zunaj linije, kar izboljša hitrost pri postopkih zlaganja in pakiranja. To bo tudi izboljšalo škodo, ki se včasih zgodi zunaj povezave. Ta članek obravnava tudi izboljšave, dokazane pri odpornosti proti madežem in kemikalijam, ki so pomembne za monterje in lastnike.
Ozadje
Pokrajina industrije premazov se nenehno razvija. "Must have" samo prestajanje specifikacije po razumni ceni na uporabljeni mil preprosto ni dovolj. Pokrajina za tovarniško nanesene premaze na omare, mizarstvo, tla in pohištvo se hitro spreminja. Formulatorji, ki dobavljajo premaze tovarnam, so pozvani, naj naredijo premaze varnejše za nanos zaposlenih, odstranijo snovi, ki vzbujajo veliko zaskrbljenost, nadomestijo HOS z vodo in celo uporabijo manj fosilnega ogljika in več bioogljika. Resničnost je taka, da v celotni vrednostni verigi vsaka stranka od premaza zahteva več kot le izpolnjevanje specifikacij.
Ker je naša ekipa videla priložnost za ustvarjanje večje vrednosti za tovarno, je začela na tovarniški ravni raziskovati izzive, s katerimi se soočajo ti aplikatorji. Po številnih intervjujih smo začeli slišati nekaj skupnih tem:
- Ovire za dovoljenje preprečujejo moje cilje širitve;
- Stroški naraščajo in naši kapitalski proračuni se zmanjšujejo;
- Stroški energije in osebja naraščajo;
- Izguba izkušenih delavcev;
- Izpolniti je treba naše korporativne PSA-stroške, pa tudi cilje moje stranke; in
- Konkurenca v tujini.
Te teme so privedle do izjav o vrednosti, ki so začele odmevati pri nanašalcih poliuretanov na vodni osnovi, utrjenih z UV-žarki, zlasti na trgu stavbnega pohištva in omaric, kot so: »proizvajalci stavbnega pohištva in omar iščejo izboljšave v učinkovitosti tovarne« in »proizvajalci želijo možnost razširitve proizvodnje na krajše proizvodne linije z manjšo škodo pri predelavi zaradi premazov z lastnostmi počasnega sproščanja vode.«
Tabela 1 ponazarja, kako za proizvajalca surovin za premaze izboljšave nekaterih lastnosti in fizikalnih lastnosti premaza vodijo do učinkovitosti, ki jo lahko doseže končni uporabnik.
TABELA 1 | Lastnosti in koristi.
Z oblikovanjem PUD-jev, utrjenih z UV žarki, z določenimi lastnostmi, kot so navedene v tabeli 1, bodo proizvajalci končne uporabe lahko izpolnili svoje potrebe po izboljšanju učinkovitosti obratov. To jim bo omogočilo večjo konkurenčnost in potencialno razširitev trenutne proizvodnje.
Eksperimentalni rezultati in razprava
Zgodovina UV-strdljivih poliuretanskih disperzij
V devetdesetih letih 20. stoletja so se komercialne uporabe anionskih poliuretanskih disperzij, ki vsebujejo akrilatne skupine, vezane na polimer, začele uporabljati v industrijskih aplikacijah.1 Veliko teh aplikacij je bilo v embalaži, črnilih in premazih za les. Slika 1 prikazuje generično strukturo PUD-a, utrjenega z UV žarki, ki prikazuje, kako so te surovine za premaze zasnovane.
SLIKA 1 | Generična akrilatna funkcionalna poliuretanska disperzija.3
Kot je prikazano na sliki 1, so poliuretanske disperzije, ki se utrjujejo z UV žarki (PUD, ki se utrjujejo z UV), sestavljene iz tipičnih komponent, ki se uporabljajo za izdelavo poliuretanskih disperzij. Alifatski diizocianati reagirajo s tipičnimi estri, dioli, hidrofilizacijskimi skupinami in podaljševalci verige, ki se uporabljajo za izdelavo poliuretanskih disperzij.2 Razlika je v dodatku akrilatnega funkcionalnega estra, epoksi ali etrov, vključenih v predpolimerno stopnjo med izdelavo disperzije. . Izbira materialov, ki se uporabljajo kot gradniki, ter arhitektura in obdelava polimerov narekujejo delovanje in lastnosti sušenja PUD-a. Te izbire pri surovinah in predelavi bodo privedle do PUD-jev, utrjenih z UV žarki, ki lahko ne tvorijo filma, pa tudi tistih, ki tvorijo film.3 Predmet tega članka so tipi, ki tvorijo film, ali vrste sušenja.
Oblikovanje filma ali sušenje, kot se pogosto imenuje, bo dalo spojene filme, ki so suhi na dotik pred UV strjevanjem. Ker želijo aplikatorji omejiti onesnaženje premaza po zraku zaradi delcev, pa tudi potrebo po hitrosti v proizvodnem procesu, se ti pogosto sušijo v pečicah kot del neprekinjenega procesa pred UV-sušenjem. Slika 2 prikazuje tipičen postopek sušenja in strjevanja PUD-a, ki se utrjuje z UV žarki.
SLIKA 2 | Postopek strjevanja PUD-a, ki se utrjuje z UV žarki.
Uporabljena metoda nanašanja je običajno pršenje. Vendar pa so bili uporabljeni nož čez zvitke in celo poplavni plašč. Ko je premaz enkrat nanesen, gre običajno skozi postopek v štirih korakih, preden se ponovno uporabi.
1. Bliskanje: To lahko storite pri sobni ali povišani temperaturi od nekaj sekund do nekaj minut.
2. Sušenje v pečici: tukaj se voda in sotopila izločijo iz premaza. Ta korak je kritičen in običajno vzame največ časa v procesu. Ta korak je običajno pri >140 °F in traja do 8 minut. Uporabijo se lahko tudi večconske sušilne peči.
- IR svetilka in gibanje zraka: Namestitev IR žarnic in ventilatorjev za gibanje zraka bo bliskanje vode še hitreje pospešilo.
3.UV zdravljenje.
4. Ohlajanje: Ko se premaz strdi, se bo moral utrjevati nekaj časa, da doseže odpornost proti blokiranju. Ta korak lahko traja do 10 minut, preden se doseže odpornost proti blokiranju
Eksperimentalno
Ta študija je primerjala dva PUD-a, utrjena z UV žarki (WB UV), ki se trenutno uporabljajo na trgu omar in stavbnega pohištva, z našim novim razvojem, PUD # 65215A. V tej študiji primerjamo standard #1 in standard #2 s PUD #65215A glede sušenja, blokiranja in odpornosti proti kemikalijam. Ocenjujemo tudi stabilnost pH in stabilnost viskoznosti, kar je lahko ključnega pomena, ko razmišljamo o ponovni uporabi presežka in roka uporabnosti. Spodaj v tabeli 2 so prikazane fizikalne lastnosti vsake od smol, uporabljenih v tej študiji. Vsi trije sistemi so bili oblikovani na podobno raven fotoiniciatorja, HOS in raven trdnih snovi. Vse tri smole so bile formulirane s 3 % sotopila.
TABELA 2 | Lastnosti PUD smole.
V naših intervjujih so nam povedali, da se večina WB-UV premazov na trgih stavbnega pohištva in pohištva suši na proizvodni liniji, kar traja od 5 do 8 minut, preden se UV strdi. Nasprotno pa se UV (SB-UV) linija na osnovi topil posuši v 3-5 minutah. Poleg tega se za ta trg premazi običajno nanašajo 4-5 mil mokrih. Glavna pomanjkljivost premazov na vodni osnovi, ki se utrjujejo z UV-žarki, v primerjavi z alternativami na osnovi topil, ki se utrjujejo z UV-žarki, je čas, ki je potreben za izločanje vode na proizvodni liniji.4 Poškodbe filma, kot so bele lise, se bodo pojavile, če voda ni bila pravilno odstranjena iz premaza. premaz pred UV strjevanjem. To se lahko zgodi tudi, če je debelina mokrega filma prevelika. Te bele lise nastanejo, ko se voda ujame v film med UV-sušenjem.5
Za to študijo smo izbrali razpored utrjevanja, podoben tistemu, ki bi ga uporabili na liniji na osnovi topil, ki se utrjuje z UV žarki. Slika 3 prikazuje urnik nanašanja, sušenja, utrjevanja in pakiranja, ki smo ga uporabili za našo študijo. Ta urnik sušenja predstavlja med 50 % do 60 % izboljšanje skupne hitrosti linije v primerjavi s trenutnim tržnim standardom v mizarstvu in omarah.
SLIKA 3 | Razpored nanašanja, sušenja, sušenja in pakiranja.
Spodaj so navedeni pogoji nanašanja in utrjevanja, ki smo jih uporabili za našo študijo:
● Razpršite na javorjev furnir s črnim osnovnim premazom.
●30-sekundni utrip sobne temperature.
● 140 °F sušilna pečica za 2,5 minute (konvekcijska pečica).
●UV strjevanje – intenziteta okoli 800 mJ/cm2.
- Prozorne premaze smo strdili z Hg žarnico.
- Pigmentirane prevleke smo strdili s kombinirano žarnico Hg/Ga.
●1 minuto ohladite pred zlaganjem.
Za našo študijo smo napršili tudi tri različne debeline mokrega filma, da bi ugotovili, ali bi bile uresničene tudi druge prednosti, kot je manj nanosov. 4 miles mokrega je tipično za WB UV. V to študijo smo vključili tudi 6- in 8-milimetrske nanose mokrega premaza.
Rezultati strjevanja
Standard št. 1, prozorni premaz z visokim sijajem, rezultati so prikazani na sliki 4. Prozorni premaz WB UV je bil nanesen na srednje gosto vlakneno ploščo (MDF), ki je bila predhodno premazana s črnim osnovnim premazom in strjena v skladu z razporedom, prikazanim na sliki 3. Pri 4 milih mokrega premaz prehaja. Vendar pa je pri 6 in 8 milih mokrega nanosa prevleka razpokala in 8 mil je bilo enostavno odstraniti zaradi slabega sproščanja vode pred UV utrjevanjem.
SLIKA 4 | Standard #1.
Podoben rezultat je viden tudi v standardu št. 2, prikazanem na sliki 5.
SLIKA 5 | Standard #2.
Kot je prikazano na sliki 6, je PUD #65215A z uporabo istega razporeda utrjevanja kot na sliki 3 pokazal izjemno izboljšanje sproščanja/sušenja vode. Pri debelini mokrega filma 8 milov so opazili rahle razpoke na spodnjem robu vzorca.
SLIKA 6 | PUD #65215A.
Dodatno testiranje PUD# 65215A v prozornem premazu z nizkim sijajem in pigmentiranem premazu na istem MDF s črnim osnovnim premazom je bilo ovrednoteno za oceno lastnosti sproščanja vode v drugih tipičnih formulacijah premazov. Kot je prikazano na sliki 7, je formula z nizkim sijajem pri 5 in 7 milih mokrega nanosa sprostila vodo in oblikovala dober film. Vendar pa je bil pri 10 milih mokrega predebel, da bi spustil vodo po razporedu sušenja in strjevanja na sliki 3.
SLIKA 7 | PUD z nizkim sijajem #65215A.
V beli pigmentirani formuli se je PUD #65215A dobro obnesel pri istem urniku sušenja in strjevanja, kot je opisan na sliki 3, razen pri nanosu pri 8 mokrih milih. Kot je prikazano na sliki 8, film poči pri 8 milih zaradi slabega sproščanja vode. Na splošno v bistrih, nizkosijajnih in pigmentiranih formulacijah se je PUD# 65215A dobro obnesel pri oblikovanju filma in sušenju, ko je bil nanesen do 7 milov mokrega in strjen po urniku pospešenega sušenja in strjevanja, opisanem na sliki 3.
SLIKA 8 | Pigmentiran PUD #65215A.
Blokiranje rezultatov
Odpornost proti blokiranju je sposobnost premaza, da se ne oprime drugega premazanega izdelka, ko je zložen. V proizvodnji je to pogosto ozko grlo, če je potreben čas, da strjen premaz doseže odpornost proti blokom. Za to študijo so bile pigmentirane formulacije standarda št. 1 in PUD št. 65215A nanesene na steklo pri 5 mokrih milih z uporabo droga za vlečenje. Vsaka je bila utrjena v skladu z razporedom utrjevanja na sliki 3. Dve prevlečeni stekleni plošči sta bili utrjeni hkrati – 4 minute po utrjevanju sta bili plošči stisnjeni skupaj, kot je prikazano na sliki 9. Ostali sta stisnjeni skupaj pri sobni temperaturi 24 ur. . Če so bile plošče enostavno ločene brez odtisov ali poškodb prevlečenih plošč, se je preskus štel za uspešno opravljen.
Slika 10 prikazuje izboljšano odpornost proti blokiranju PUD# 65215A. Čeprav sta standard št. 1 in PUD št. 65215A v prejšnjem testu dosegla popolno strjevanje, je le PUD št. 65215A pokazal dovolj sproščanja vode in strjevanja za doseganje odpornosti proti blokiranju.
SLIKA 9 | Ilustracija preskusa odpornosti proti blokiranju.
SLIKA 10 | Odpornost proti blokiranju standarda #1, ki mu sledi PUD #65215A.
Rezultati mešanja akrila
Proizvajalci premazov pogosto mešajo smole WB, utrjene z UV žarki, z akrili, da znižajo stroške. Za našo študijo smo preučili tudi mešanje PUD#65215A z NeoCryl® XK-12, akrilom na vodni osnovi, ki se pogosto uporablja kot mešalni partner za PUD na vodni osnovi, ki se strjujejo na UV žarkih, na trgu stavbnega pohištva in omaric. Za ta trg se testiranje madežev KCMA šteje za standard. Odvisno od končne uporabe bodo nekatere kemikalije za proizvajalca prevlečenega izdelka postale pomembnejše od drugih. Ocena 5 je najboljša, ocena 1 pa najslabša.
Kot je prikazano v tabeli 3, se PUD #65215A izjemno dobro obnese pri testiranju madežev KCMA kot prozoren z visokim sijajem, prozoren z nizkim sijajem in kot pigmentiran premaz. Tudi pri mešanju 1:1 z akrilom to ne vpliva drastično na testiranje madežev KCMA. Tudi pri obarvanju s sredstvi, kot je gorčica, se je prevleka povrnila na sprejemljivo raven po 24 urah.
TABELA 3 | Odpornost na kemikalije in madeže (najboljša ocena 5).
Poleg testiranja madežev KCMA bodo proizvajalci testirali tudi strjevanje takoj po UV-strjevanju z linije. V tem testu bodo učinki akrilnega mešanja pogosto opazni takoj po strjevanju. Pričakuje se, da po 20 dvojnih drgnjenjih z izopropilnim alkoholom (20 dr. IPA) ne bo preboja. Vzorci se testirajo 1 minuto po UV utrjevanju. Pri našem testiranju smo ugotovili, da mešanica PUD# 65215A z akrilom v razmerju 1:1 tega testa ni prestala. Vendar smo videli, da je PUD #65215A mogoče zmešati s 25 % akrilom NeoCryl XK-12 in še vedno prestati test 20 IPA dr (NeoCryl je registrirana blagovna znamka skupine Covestro).
SLIKA 11 | 20 IPA dvojnih drgnjenj, 1 minuto po UV strjevanju.
Stabilnost smole
Testirana je bila tudi stabilnost PUD #65215A. Formulacija velja za stabilno pri skladiščenju, če po 4 tednih pri 40 °C pH ne pade pod 7 in viskoznost ostane stabilna v primerjavi z začetno. Za naše testiranje smo se odločili, da bomo vzorce izpostavili strožjim pogojem do 6 tednov pri 50 °C. Pri teh pogojih standarda #1 in #2 nista bila stabilna.
Za naše testiranje smo si ogledali prozorne z visokim sijajem, prozorne z nizkim sijajem ter pigmentirane formulacije z nizkim sijajem, uporabljene v tej študiji. Kot je prikazano na sliki 12, je stabilnost pH vseh treh formulacij ostala stabilna in nad pragom pH 7,0. Slika 13 prikazuje minimalno spremembo viskoznosti po 6 tednih pri 50 °C.
SLIKA 12 | pH stabilnost formuliranega PUD #65215A.
SLIKA 13 | Stabilnost viskoznosti formuliranega PUD #65215A.
Drugi test, ki je pokazal učinkovitost stabilnosti PUD #65215A, je bil ponovno testiranje odpornosti na madeže KCMA formulacije premaza, ki se je starala 6 tednov pri 50 °C, in to primerjavo z njeno začetno odpornostjo na madeže KCMA. Premazi, ki ne kažejo dobre stabilnosti, bodo opazili padce v učinkovitosti obarvanja. Kot je prikazano na sliki 14, je PUD# 65215A ohranil enako raven učinkovitosti kot pri začetnem testiranju odpornosti na kemikalije/madeže pigmentiranega premaza, prikazanega v tabeli 3.
SLIKA 14 | Kemijske testne plošče za pigmentirani PUD #65215A.
Sklepi
Za aplikatorje premazov na vodni osnovi, ki se utrjujejo z UV-žarki, bo PUD #65215A omogočil izpolnjevanje trenutnih standardov učinkovitosti na trgih stavbnega pohištva, lesa in omaric, poleg tega pa bo omogočil, da se hitrost nanosa izboljša na več kot 50. -60 % nad trenutnimi standardnimi premazi na vodni osnovi, ki se utrjujejo z UV žarki. Za aplikator lahko to pomeni:
●Hitrejša proizvodnja;
● Povečana debelina filma zmanjša potrebo po dodatnih nanosih;
●Krajše sušilne linije;
●Varčevanje z energijo zaradi zmanjšanih potreb po sušenju;
● Manj ostankov zaradi hitre odpornosti proti blokiranju;
● Zmanjšana količina odpadnega premaza zaradi stabilnosti smole.
Z HOS manj kot 100 g/L so proizvajalci tudi lažje dosegli svoje cilje HOS. Proizvajalcem, ki imajo morda skrbi glede širitve zaradi težav z dovoljenji, bo PUD s hitrim sproščanjem vode #65215A omogočil, da lažje izpolnijo svoje regulativne obveznosti brez žrtvovanja zmogljivosti.
Na začetku tega članka smo iz naših intervjujev navedli, da aplikatorji materialov na osnovi topil, ki se utrjujejo z UV žarki, običajno posušijo in strdijo premaze v procesu, ki traja od 3 do 5 minut. V tej študiji smo dokazali, da bo v skladu s postopkom, prikazanim na sliki 3, PUD #65215A strdil do debeline mokrega filma 7 milov v 4 minutah pri temperaturi pečice 140 °C. To je v okviru večine premazov na osnovi topil, ki se utrjujejo z UV žarki. PUD #65215A bi lahko trenutnim aplikatorjem materialov, ki se utrjujejo z UV-žarki na osnovi topil, omogočil, da preidejo na materiale, ki se utrjujejo z UV-žarki na vodni osnovi, z malo spremembami v liniji premazov.
Proizvajalcem, ki razmišljajo o širitvi proizvodnje, bodo premazi na osnovi PUD #65215A omogočili:
●Prihranite denar z uporabo krajše linije premazov na vodni osnovi;
● Imejte manjši odtis linije za nanašanje premazov v objektu;
● Imajo manjši vpliv na trenutno dovoljenje VOC;
● Zagotovite prihranek energije zaradi zmanjšanih potreb po sušenju.
Skratka, PUD #65215A bo pripomogel k izboljšanju proizvodne učinkovitosti linij za premaze, utrjene z UV-žarki, z visoko fizikalno zmogljivostjo in značilnostmi hitrega sproščanja vode iz smole, ko se posuši pri 140 °C.
Čas objave: 14. avgusta 2024
