A nagy teljesítményű UV-sugárzással keményedő bevonatokat évek óta használják padlóburkolatok, bútorok és szekrények gyártásában. Ez idő nagy részében a 100%-ban szilárd és oldószer alapú UV-sugárzással keményedő bevonatok a domináns technológia a piacon. Az elmúlt években a vízbázisú, UV-sugárzással keményedő bevonattechnológia terjedt el. A vízbázisú UV-sugárzással keményedő gyanták számos okból hasznos eszköznek bizonyultak a gyártók számára, ideértve a KCMA festés sikerességét, a vegyszerállósági teszteket és a VOC-k csökkentését. Annak érdekében, hogy ez a technológia továbbra is növekedjen ezen a piacon, számos tényezőt azonosítottak kulcsfontosságú területekként, ahol fejlesztésekre van szükség. Ezek a vízbázisú UV-sugárzással keményedő gyanták túlmutatnak azon, hogy a legtöbb gyanta „kötelező” elemei megvannak. Elkezdenek hozzáadni értékes tulajdonságokat a bevonathoz, értéket hozva az értéklánc minden pozíciójába a bevonat készítőjétől a gyári felhordón át a beszerelőig és végül a tulajdonosig.
A gyártók, különösen manapság, olyan bevonatra vágynak, amely nem csak megfelel a specifikációknak. Vannak más tulajdonságok is, amelyek előnyt jelentenek a gyártás, a csomagolás és a telepítés során. Az egyik kívánt tulajdonság az üzem hatékonyságának javítása. A vízbázisú bevonat esetében ez gyorsabb vízleadást és gyorsabb blokkolási ellenállást jelent. Egy másik kívánt tulajdonság a gyanta stabilitásának javítása a bevonat rögzítéséhez/újrafelhasználásához, valamint a készletek kezeléséhez. A végfelhasználó és a telepítő számára a kívánt jellemzők a jobb fényezési ellenállás és a fémjelölés hiánya a telepítés során.
Ez a cikk a vízbázisú UV-sugárzással keményedő poliuretánok új fejlesztéseit tárgyalja, amelyek sokkal jobb festékstabilitást biztosítanak 50 °C-on átlátszó és pigmentált bevonatokban. Azt is tárgyalja, hogy ezek a gyanták hogyan kezelik a bevonatfelhordó kívánt tulajdonságait a gyors vízleadás, a jobb blokkellenállás és a soron kívüli oldószerekkel szembeni ellenállás növelésével, ami javítja a halmozási és csomagolási műveletek sebességét. Ez javítja a néha előforduló off-the-line károkat is. Ez a cikk a folt- és vegyszerállóság terén mutatott fejlesztéseket is tárgyalja, amelyek fontosak a telepítők és a tulajdonosok számára.
Háttér
A bevonatipar területe folyamatosan fejlődik. Egyszerűen nem elegendő az a „kötelező”, hogy a specifikációt elfogadható áron teljesítjük. A szekrények, asztalos termékek, padlóburkolatok és bútorok gyárilag felvitt bevonatainak környezete gyorsan változik. A gyáraknak bevonatokat szállító készítőket arra kérik, hogy tegyék biztonságosabbá a bevonatokat az alkalmazottak számára, távolítsák el a különösen veszélyes anyagokat, cseréljék ki a VOC-kat vízzel, és még kevesebb fosszilis szenet és több bioszenet használjanak fel. A valóság az, hogy az értéklánc egészében minden vásárló többet kér a bevonattól, mint hogy megfeleljen a specifikációnak.
Látva a lehetőséget, hogy nagyobb értéket teremtsünk a gyár számára, csapatunk gyári szinten elkezdte megvizsgálni, milyen kihívásokkal kell szembenéznie ezeknek az applikátoroknak. Sok interjú után elkezdtünk hallani néhány közös témát:
- A megengedő akadályok akadályozzák a terjeszkedési céljaimat;
- A költségek nőnek, a tőkeköltségvetésünk pedig csökken;
- Mind az energia, mind a személyi költségek nőnek;
- Tapasztalt alkalmazottak elvesztése;
- Vállalati SGA-céljainkat, valamint ügyfelem céljait teljesíteni kell; és
- Tengerentúli verseny.
Ezek a témák értékajánlati kijelentésekhez vezettek, amelyek visszhangra találtak a vízbázisú UV-sugárzással keményedő poliuretánok felhordói körében, különösen az asztalos- és szekrényipari piacon, mint például: „az asztalos- és szekrénygyártók a gyári hatékonyság javítására törekednek” és „a gyártók azt akarják, hogy a termelést rövidebb gyártósorokon bővítsék, kevesebb utómunkálati sérüléssel a lassú vízleadó bevonatoknak köszönhetően ingatlanok.”
Az 1. táblázat azt szemlélteti, hogy a bevonat-alapanyagok gyártója számára a bevonat egyes tulajdonságainak és fizikai tulajdonságainak javulása hogyan vezet a végfelhasználó által megvalósítható hatékonysághoz.
1. TÁBLÁZAT | Tulajdonságok és előnyök.
Az 1. táblázatban felsorolt bizonyos tulajdonságokkal rendelkező, UV-sugárzással keményedő PUD-ok tervezésével a végfelhasználói gyártók képesek lesznek kielégíteni az üzemi hatékonyság javításával kapcsolatos igényeiket. Ez lehetővé teszi számukra, hogy versenyképesebbek legyenek, és potenciálisan bővítsék a jelenlegi termelést.
Kísérleti eredmények és megbeszélés
UV-keményedő poliuretán diszperziók története
Az 1990-es években a polimerhez kötött akrilátcsoportokat tartalmazó anionos poliuretán diszperziókat ipari alkalmazásokban kezdték használni.1 Sok ilyen alkalmazás a csomagolásban, tintákban és fabevonatokban volt. Az 1. ábra egy UV-sugárzással kikeményedő PUD általános szerkezetét mutatja be, bemutatva, hogyan tervezték meg ezeket a bevonat-alapanyagokat.
1. ÁBRA | Általános akrilát funkcionális poliuretán diszperzió.3
Amint az 1. ábrán látható, az UV-sugárzással keményedő poliuretán diszperziók (UV-vel keményedő PUD-ok) a poliuretán diszperziók előállításához használt tipikus összetevőkből állnak. Az alifás diizocianátokat a poliuretán diszperziók előállításához használt tipikus észterekkel, diolokkal, hidrofilizálási csoportokkal és lánchosszabbítókkal reagáltatják.2 A különbség abban áll, hogy a diszperzió előállítása közben akrilát funkciós észtert, epoxit vagy étereket adnak hozzá az előpolimer lépéshez. . Az építőelemként használt anyagok megválasztása, valamint a polimer architektúra és feldolgozása határozza meg a PUD teljesítményét és szárítási jellemzőit. A nyersanyagok és a feldolgozás ezen megválasztása UV-sugárzással keményedő PUD-okhoz vezet, amelyek lehetnek nem filmképzők, valamint olyanok is, amelyek filmet képeznek.3 A filmképző vagy szárítási típusok a cikk tárgyát képezik.
A filmformálás, vagy ahogyan gyakran nevezik, a szárítás olyan összeolvadt filmeket eredményez, amelyek érintésre szárazak az UV-sugárzással történő keményedés előtt. Mivel az applikátorok korlátozni kívánják a bevonat részecskék miatti levegőben történő szennyeződését, valamint a gyártási folyamat során szükséges gyorsaságot, ezeket gyakran kemencében szárítják egy folyamatos folyamat részeként az UV-kezelés előtt. A 2. ábra az UV-sugárzással keményedő PUD tipikus szárítási és kikeményedési folyamatát mutatja.
2. ÁBRA | Eljárás az UV-sugárzással keményedő PUD keményítésére.
Az alkalmazott alkalmazási mód jellemzően permetezés. Mindazonáltal kést tekercseltek, és még árvízköpenyt is használtak. Felhordás után a bevonat általában négylépéses folyamaton megy keresztül, mielőtt újra kezelnék.
1.Flash: Ezt szobahőmérsékleten vagy magasabb hőmérsékleten, néhány másodperctől néhány percig lehet elvégezni.
2. Sütőben száraz: Itt távozik a víz és a társoldószerek a bevonatból. Ez a lépés kritikus, és általában a legtöbb időt igényli a folyamat során. Ez a lépés általában >140 °F, és legfeljebb 8 percig tart. Több zónás szárítókemence is használható.
- IR lámpa és légmozgás: Az infravörös lámpák és a légmozgató ventilátorok felszerelése még gyorsabban felgyorsítja a vízvillanást.
3. UV-kúra.
4. Hűtés: A kikeményedés után a bevonatnak egy ideig ki kell térítenie, hogy elérje a blokkoló ellenállást. Ez a lépés akár 10 percig is eltarthat, mielőtt eléri a blokkoló ellenállást
Kísérleti
Ez a tanulmány összehasonlított két, jelenleg a szekrény- és asztalosipari piacon használt UV-sugárzással keményedő PUD-ot (WB UV) az új fejlesztésünkkel, a PUD # 65215A-val. Ebben a tanulmányban az 1-es és a 2-es szabványt összehasonlítjuk a 65215A PUD-val a száradás, blokkolás és vegyszerállóság tekintetében. Ezenkívül értékeljük a pH-stabilitást és a viszkozitás-stabilitást is, amelyek kritikusak lehetnek a túlpermetezés és az eltarthatósági idő újrafelhasználásának mérlegelésekor. Az alábbi 2. táblázatban láthatók a vizsgálatban használt egyes gyanták fizikai tulajdonságai. Mindhárom rendszert hasonló fotoiniciátor szintre, VOC-szintre és szilárdanyag-szintre állítottuk össze. Mindhárom gyantát 3% társoldószerrel formuláztuk.
2. TÁBLÁZAT | PUD gyanta tulajdonságai.
Interjúink során elmondták nekünk, hogy az asztalos- és bútoripari piacokon a legtöbb WB-UV bevonat gyártósoron szárad, ami 5-8 percet vesz igénybe az UV-keményedéshez. Ezzel szemben az oldószer alapú UV (SB-UV) vonal 3-5 perc alatt megszárad. Ezenkívül ezen a piacon a bevonatokat jellemzően 4-5 milliméter nedvességig alkalmazzák. A vízbázisú UV-keményíthető bevonatok egyik fő hátránya az UV-sugárzással keményedő, oldószer alapú alternatívákkal összehasonlítva az az idő, amely alatt a víz felvillan a gyártósoron.4 Ha a vizet nem megfelelően távolították el a vízből, akkor a film hibái, például fehér foltok léphetnek fel. bevonat UV-kérés előtt. Ez akkor is előfordulhat, ha a nedves réteg vastagsága túl magas. Ezek a fehér foltok akkor keletkeznek, amikor az UV-keményedés során víz csapdába esik a film belsejében.5
Ehhez a vizsgálathoz egy olyan térhálósítási ütemtervet választottunk, amely hasonló az UV-sugárzással térhálósítható oldószer alapú vonalon. A 3. ábra mutatja a vizsgálatunkhoz használt alkalmazási, szárítási, térhálósítási és csomagolási ütemtervet. Ez a szárítási ütemezés 50-60%-os javulást jelent a teljes vonalsebességben az asztalosipari és szekrényipari alkalmazások jelenlegi piaci szabványához képest.
3. ÁBRA | Felhordás, szárítás, térhálósodás és csomagolás ütemezése.
Az alábbiakban bemutatjuk a vizsgálatunk során alkalmazott alkalmazási és kikeményedési feltételeket:
● Fújja fel a juhar furnérra fekete alapréteggel.
●30 másodperces szobahőmérséklet villogása.
●140 °F-os szárítószekrényben 2,5 percig (légkeveréses sütőben).
● UV-kúra – intenzitás kb. 800 mJ/cm2.
- Az átlátszó bevonatokat Hg lámpával keményítjük.
- A pigmentált bevonatokat Hg/Ga kombinációs lámpával keményítettük.
● 1 percig hűtsük le halmozás előtt.
Vizsgálatunkhoz három különböző nedves rétegvastagságot is permeteztünk, hogy megnézzük, hogy más előnyök is elérhetők-e, például kevesebb bevonat. 4 mils nedves a jellemző a WB UV-re. Ehhez a vizsgálathoz 6 és 8 miles nedves bevonat alkalmazásokat is bevontunk.
Gyógyítási eredmények
Az 1. számú szabvány, egy magasfényű átlátszó bevonat eredményei a 4. ábrán láthatók. A WB UV átlátszó bevonatot közepes sűrűségű farostlemezre (MDF) vitték fel, amelyet előzőleg fekete alapbevonattal vontak be, és a 3. ábrán látható ütemterv szerint kikeményítették. 4 miles nedvességnél a bevonat áthalad. Azonban a 6 és 8 miles nedves felvitelnél a bevonat megrepedt, és 8 mil könnyen eltávolítható volt az UV-sugárzás előtti térhálósodás előtti gyenge vízleadás miatt.
4. ÁBRA | Szabvány #1.
Hasonló eredmény látható a 2. szabványban is, az 5. ábrán látható.
5. ÁBRA | Standard #2.
A 6. ábrán látható, ugyanazt a kikeményedési ütemezést alkalmazva, mint a 3. ábrán, a PUD #65215A óriási javulást mutatott a vízleadás/száradás terén. 8 miles nedves filmvastagságnál enyhe repedést figyeltünk meg a minta alsó szélén.
6. ÁBRA | PUD #65215A.
A PUD# 65215A további tesztelését alacsony fényű átlátszó bevonatban és pigmentált bevonatban, ugyanazon az MDF-en fekete alapbevonattal értékelték, hogy értékeljék a vízleadási jellemzőket más tipikus bevonatkészítményekben. Amint a 7. ábrán látható, az alacsony fényű készítmény 5 és 7 miles nedves alkalmazásnál felszabadította a vizet, és jó filmet képezett. 10 miles nedvességnél azonban túl vastag volt ahhoz, hogy a 3. ábrán látható szárítási és térhálósítási ütemterv szerint kiengedje a vizet.
7. ÁBRA | Alacsony fényű PUD #65215A.
A fehér pigmentált formulában a PUD #65215A jól teljesített a 3. ábrán leírt szárítási és kikeményedési ütemezésben, kivéve, ha 8 nedves miliméternél alkalmazták. A 8. ábrán látható módon a film 8 miles sebességnél megreped a rossz vízkibocsátás miatt. Összességében az átlátszó, alacsony fényű és pigmentált készítményekben a PUD# 65215A jól teljesített a filmképzésben és a szárításban, ha legfeljebb 7 miles nedvességig alkalmazták, és a 3. ábrán leírt gyorsított szárítási és kikeményedési ütemterv szerint kikeményítették.
8. ÁBRA | Pigmentált PUD #65215A.
Blokkolási eredmények
A blokkoló ellenállás a bevonat azon képessége, hogy egymásra rakva nem tapad egy másik bevont cikkhez. A gyártás során ez gyakran szűk keresztmetszetet jelent, ha időbe telik, amíg a kikeményedett bevonat eléri a blokkállóságot. Ehhez a vizsgálathoz a Standard #1 és PUD #65215A pigmentált készítményeit 5 nedves mili hőmérsékleten vittük fel az üvegre egy lehúzó rúd segítségével. Ezek mindegyike a 3. ábrán látható térhálósodási ütemterv szerint került kikeményítésre. Két bevont üvegpanelt egyidejűleg – 4 perccel a kikeményedés után a paneleket egymáshoz szorították, amint az a 9. ábrán látható. Szobahőmérsékleten 24 órán keresztül összefogva maradtak . Ha a paneleket könnyen szétválasztották anélkül, hogy a bevonattal ellátott paneleken lenyomat vagy sérülés keletkezett volna, akkor a teszt sikeresnek minősült.
A 10. ábra a PUD# 65215A javított blokkolási ellenállását mutatja. Bár az 1. számú szabvány és a 65215A PUD is teljes kikeményedést ért el az előző tesztben, csak a 65215A PUD mutatott elegendő vízleadást és keményedést a blokkoló ellenállás eléréséhez.
9. ÁBRA | Blokkolási ellenállás teszt illusztráció.
10. ÁBRA | Az 1. szabvány blokkoló ellenállása, majd a PUD #65215A.
Akril keverési eredmények
A bevonatgyártók gyakran keverik a WB UV-sugárzással kikeményedő gyantákat akrillal, hogy csökkentsék a költségeket. Vizsgálatunk során megvizsgáltuk a PUD#65215A keverését a NeoCryl® XK-12-vel, egy vízbázisú akrillal, amelyet gyakran használnak UV-sugárzással keményedő, vízbázisú PUD-ok keverőpartnereként az asztalosipari és bútoripari piacon. Ezen a piacon a KCMA foltvizsgálatot tekintik szabványnak. A végfelhasználástól függően egyes vegyi anyagok fontosabbá válnak, mint mások a bevont cikk gyártója számára. Az 5-ös értékelés a legjobb, az 1-es pedig a legrosszabb.
Amint a 3. táblázat mutatja, a PUD #65215A kiemelkedően jól teljesít a KCMA foltvizsgálatban magasfényű átlátszó, alacsony fényű átlátszó és pigmentált bevonatként. Még akkor sem, ha 1:1 arányban keverik akrillal, a KCMA foltvizsgálatot nem befolyásolja drasztikusan. Még a mustárhoz hasonló szerekkel végzett festéskor is a bevonat 24 óra elteltével elfogadható szintre áll vissza.
3. TÁBLÁZAT | Vegyszer- és foltállóság (az 5-ös értékelés a legjobb).
A KCMA foltvizsgálaton kívül a gyártók a gyártósoron kívüli UV-keményedés után azonnal kikeményedési vizsgálatot is végeznek. Ebben a tesztben gyakran az akril keverés hatásai azonnal észrevehetők a kikeményedési vonalon kívül. Az elvárás az, hogy 20 izopropil-alkohol dupla dörzsölés (20 IPA dr) után ne legyen áttörés a bevonatban. A mintákat 1 perccel az UV-kezelés után tesztelik. Tesztelésünk során azt láttuk, hogy a PUD# 65215A és akril 1:1 arányú keveréke nem ment át ezen a teszten. Azonban azt láttuk, hogy a PUD #65215A 25%-os NeoCryl XK-12 akrillal keverhető, és így is megfelel a 20 IPA dr tesztnek (a NeoCryl a Covestro csoport bejegyzett védjegye).
11. ÁBRA | 20 IPA dupla dörzsölés, 1 perccel az UV-kúra után.
Gyantastabilitás
A PUD #65215A stabilitását is tesztelték. Egy készítmény akkor tekinthető eltartható stabilnak, ha 4 hét 40 °C-on elteltével a pH nem csökken 7 alá, és a viszkozitása stabil marad az eredetihez képest. Vizsgálataink során úgy döntöttünk, hogy a mintákat zordabb körülményeknek tesszük ki, legfeljebb 6 hétig 50 °C-on. Ilyen körülmények között az 1. és 2. standard nem volt stabil.
Tesztelésünkhöz a magas fényű átlátszó, az alacsony fényű átlátszó, valamint az alacsony fényű pigmentált készítményeket vizsgáltuk ebben a tanulmányban. A 12. ábrán látható módon mindhárom készítmény pH-stabilitása stabil maradt, és a 7,0-es pH-küszöb felett volt. A 13. ábra szemlélteti a minimális viszkozitásváltozást 6 hét után 50 °C-on.
12. ÁBRA | A #65215A formulált PUD pH-stabilitása.
13. ÁBRA | A #65215A összeállított PUD viszkozitási stabilitása.
Egy másik teszt, amely a PUD #65215A stabilitási teljesítményét bizonyítja, az volt, hogy ismét tesztelték a KCMA foltállóságát egy olyan bevonat készítményben, amelyet 6 hétig 50 °C-on érleltek, és ezt összehasonlították a kezdeti KCMA foltállóságával. Azoknál a bevonatoknál, amelyek nem mutatnak jó stabilitást, a festési teljesítmény csökken. A 14. ábrán látható módon a PUD# 65215A ugyanazt a teljesítményszintet tartotta meg, mint a 3. táblázatban látható pigmentált bevonat kezdeti vegyszer-/foltállósági vizsgálatakor.
14. ÁBRA | Kémiai tesztpanelek pigmentált PUD-hoz #65215A.
Következtetések
Az UV-sugárzással keményedő, vízbázisú bevonatok felhordói számára a PUD #65215A lehetővé teszi számukra, hogy megfeleljenek az asztalos-, fa- és szekrénypiac jelenlegi teljesítményszabványainak, és emellett lehetővé teszi a bevonási folyamat során, hogy a vonalsebesség több mint 50-re javuljon. -60%-kal több, mint a jelenlegi szabványos, UV-re keményedő vízbázisú bevonatok. Az applikátor számára ez a következőket jelentheti:
●Gyorsabb gyártás;
● A megnövelt rétegvastagság csökkenti a további bevonatok szükségességét;
●Rövidebb szárítósorok;
●Energiamegtakarítás a csökkentett szárítási igényeknek köszönhetően;
● Kevesebb selejt a gyors blokkoló ellenállás miatt;
●Csökkent bevonathulladék a gyantastabilitás miatt.
A 100 g/l-nél kisebb VOC-tartalommal a gyártók jobban teljesítik a VOC-célokat. Azok a gyártók, akiknek az engedélykérdések miatt terjeszkedési aggodalmaik lehetnek, a gyors vízfelszabadulású PUD #65215A lehetővé teszi számukra, hogy könnyebben teljesítsék szabályozási kötelezettségeiket teljesítményáldozatok nélkül.
Cikkünk elején interjúinkból idéztük, hogy az oldószer alapú UV-sugárzással keményedő anyagok felhordói jellemzően 3-5 perc alatt szárítják meg és térhálósítják a bevonatokat. Ebben a tanulmányban bemutattuk, hogy a 3. ábrán bemutatott eljárás szerint a PUD #65215A 140 °C-os sütőhőmérséklet mellett 4 perc alatt akár 7 miles nedves rétegvastagságot is kikeményedik. Ez a legtöbb oldószer alapú UV-sugárzással keményedő bevonat keretein belül van. A 65215A számú PUD potenciálisan lehetővé teheti az oldószer alapú UV-sugárzással keményedő anyagok jelenlegi felhordói számára, hogy vízbázisú, UV-sugárzással keményedő anyagra váltsanak, a bevonatsoruk csekély változtatásával.
A gyártásbővítést fontolgató gyártók számára a PUD #65215A alapú bevonatok lehetővé teszik, hogy:
● Pénzt takaríthat meg a rövidebb vízbázisú bevonatsor használatával;
● Kisebb bevonatsor-terület legyen a létesítményben;
● Csökkentett hatással van a jelenlegi VOC-engedélyre;
● Energiamegtakarítást érhet el a csökkentett szárítási igényeknek köszönhetően.
Összefoglalva, a PUD #65215A elősegíti az UV-sugárzással keményedő bevonatsorok gyártási hatékonyságának javítását a nagy fizikai tulajdonságok és a gyanta gyors vízleadó jellemzői révén 140 °C-on szárítva.
Feladás időpontja: 2024. augusztus 14
