Kõrge jõudlusega UV-kõvastuvaid katteid on põrandakatete, mööbli ja kappide valmistamisel kasutatud juba aastaid. Suurema osa sellest ajast on turul domineerivaks tehnoloogiaks olnud 100% tahked ja lahustipõhised UV-kiirgusega kõvenevad katted. Viimastel aastatel on kasvanud veepõhine UV-kiirgusega kõveneva pinnakatte tehnoloogia. Veepõhised UV-kiirgusega kõvenevad vaigud on osutunud tootjate jaoks kasulikuks tööriistaks mitmel põhjusel, sealhulgas KCMA plekkide läbimine, kemikaalikindluse testimine ja lenduvate orgaaniliste ühendite vähendamine. Selleks, et see tehnoloogia sellel turul jätkuvalt kasvaks, on mitmed tegurid määratletud võtmevaldkondadena, mida tuleb täiustada. Need hõlmavad veepõhiseid UV-kiirgusega kõvenevaid vaikusid, mitte ainult neid, mis enamikul vaikudel on. Nad hakkavad kattekihile väärtuslikke omadusi lisama, tuues väärtust igale positsioonile kogu väärtusahelas alates kattevalmistajast kuni tehase aplikaatorini kuni paigaldajani ja lõpuks ka omanikuni.
Tootjad, eriti tänapäeval, soovivad katet, mis teeb enamat kui lihtsalt läbib spetsifikatsioonid. On ka muid omadusi, mis pakuvad eeliseid tootmisel, pakkimisel ja paigaldamisel. Üks soovitud omadus on tehase tõhususe paranemine. Veepõhise katte puhul tähendab see kiiremat vee vabanemist ja kiiremat blokeerimiskindlust. Teine soovitud atribuut on vaigu stabiilsuse parandamine katte püüdmiseks/taaskasutamiseks ja nende varude haldamine. Lõppkasutaja ja paigaldaja jaoks on soovitud omadused parem poleerimiskindlus ja metallist märgistuse puudumine paigaldamise ajal.
Selles artiklis käsitletakse uusi arenguid veepõhistes UV-kiirgusega kõvenevates polüuretaanides, mis pakuvad läbipaistvate ja pigmenteeritud kattekihtide puhul oluliselt paremat värvi stabiilsust temperatuuril 50 °C. Samuti arutatakse, kuidas need vaigud vastavad katteaplikaatori soovitud omadustele, suurendades liini kiirust kiire vee vabanemise, parema blokeerimiskindluse ja lahustikindluse tõttu väljaspool liini, mis parandab virnastamis- ja pakkimistoimingute kiirust. See parandab ka mõnikord tekkivaid off-the-line kahjustusi. Selles artiklis käsitletakse ka pleki- ja kemikaalikindluse täiustusi, mis on paigaldajatele ja omanikele olulised.
Taust
Pinnakattetööstuse maastik areneb pidevalt. Lihtsalt spetsifikatsiooni läbimisest mõistliku hinnaga rakendatud miljoni kohta ei piisa. Korpuste, tisleritoodete, põrandakatete ja mööbli tehases kasutatavate katete maastik muutub kiiresti. Valmistajatel, kes tarnivad tehastele katteid, palutakse muuta katted töötajate jaoks ohutumaks, eemaldada ohtlikud ained, asendada lenduvad orgaanilised ühendid veega ning kasutada isegi vähem fossiilset süsinikku ja rohkem biosüsi. Reaalsus on see, et kogu väärtusahela ulatuses nõuab iga klient, et kate teeks rohkem kui lihtsalt spetsifikatsioonile vastamine.
Nähes võimalust tehase jaoks rohkem väärtust luua, hakkas meie meeskond tehase tasandil uurima väljakutseid, millega need aplikaatorid silmitsi seisid. Pärast paljusid intervjuusid hakkasime kuulma mõningaid ühiseid teemasid:
- Lubavad takistused takistavad minu laienemiseesmärke;
- Kulud kasvavad ja meie kapitalieelarved vähenevad;
- Kasvavad nii energia- kui ka personalikulud;
- Kogenud töötajate kaotus;
- Meie ettevõtte müügi-, üld- ja halduseesmärgid ning ka minu kliendi eesmärgid tuleb täita; ja
- Ülemeremaade võistlus.
Need teemad viisid väärtuspakkumiste avaldusteni, mis hakkasid veepõhiste UV-kiirgusega kõvastuvate polüuretaanide aplikaatorite seas kõlama, eriti tisleri- ja kapitoodete turul, näiteks: "tisleri- ja kapitoodete tootjad soovivad parandada tehase tõhusust" ja "tootjad". soovime võimalust laiendada tootmist lühematel tootmisliinidel, mille ümbertöötlemiskahjustused on aeglase vett eralduvate omadustega katete tõttu väiksemad.
Tabel 1 illustreerib, kuidas pinnakattematerjalide toormaterjalide tootjad toovad teatud katte omaduste ja füüsikaliste omaduste parandamise tulemuseks tõhususe, mida lõppkasutaja saab saavutada.
TABEL 1 | Atribuudid ja eelised.
Tabelis 1 loetletud teatud atribuutidega UV-kiirgusega kõvenevate PUD-de väljatöötamisega saavad lõppkasutustootjad tegeleda oma vajadustega tehase tõhususe parandamiseks. See võimaldab neil olla konkurentsivõimelisemad ja potentsiaalselt võimaldab neil praegust tootmist laiendada.
Katsetulemused ja arutelu
UV-kõvastuvate polüuretaandispersioonide ajalugu
1990. aastatel hakati polümeeri külge kinnitatud akrülaatrühmi sisaldavate anioonsete polüuretaandispersioonide kaubanduslikku kasutust tööstuslikes rakendustes kasutama.1 Paljud neist rakendustest olid seotud pakendite, trükivärvide ja puitkatetega. Joonisel 1 on kujutatud UV-kiirgusega kõveneva PUD-i üldine struktuur, mis näitab, kuidas need kattematerjalid on kujundatud.
JOONIS 1 | Üldine akrülaadi funktsionaalne polüuretaandispersioon.3
Nagu on näidatud joonisel 1, koosnevad UV-kiirgusega kõvenevad polüuretaandispersioonid (UV-kõvastuvad PUD-id) tüüpilistest polüuretaandispersioonide valmistamiseks kasutatavatest komponentidest. Alifaatsed diisotsüanaadid lastakse reageerida tüüpiliste estrite, dioolide, hüdrofiliseerimisrühmade ja ahelapikendusainetega, mida kasutatakse polüuretaandispersioonide valmistamiseks.2 Erinevus seisneb selles, et dispersiooni valmistamisel lisatakse eelpolümeeri etappi akrülaadi funktsionaalset estrit, epoksiidi või eetreid. . Ehitusplokkidena kasutatavate materjalide valik, samuti polümeeri arhitektuur ja töötlemine määravad PUD-i jõudluse ja kuivamisomadused. Need toormaterjalide ja töötlemise valikud toovad kaasa UV-kiirgusega kõvenevad PUD-id, mis võivad olla kilet mittemoodustavad, kui ka kilet moodustavad.3 Käesolevas artiklis käsitletakse kilet moodustavaid või kuivatamise tüüpe.
Kile moodustamine või kuivatamine, nagu seda sageli nimetatakse, annab liidetud kiled, mis on enne UV-kõvastumist puudutades kuivad. Kuna aplikaatorid soovivad piirata katte õhu kaudu levivat saastumist tahkete osakeste tõttu, samuti tootmisprotsessi kiiruse vajadust, kuivatatakse neid sageli ahjudes pideva protsessi osana enne UV-kõvastumist. Joonisel 2 on näidatud UV-kiirgusega kõveneva PUD-i tüüpiline kuivatamis- ja kõvenemisprotsess.
JOONIS 2 | Protsess UV-kõvastuva PUD-i kõvendamiseks.
Kasutatav pealekandmismeetod on tavaliselt pihustamine. Küll aga on kasutatud knife over roll ja isegi üleujutusmantlit. Pärast pealekandmist läbib kate tavaliselt neljaetapilise protsessi, enne kui seda uuesti töödeldakse.
1. Välk: seda saab teha toa- või kõrgendatud temperatuuril mõne sekundi kuni paari minuti jooksul.
2.Ahjukuiv: siin juhitakse vesi ja kaaslahustid kattekihist välja. See samm on kriitiline ja võtab tavaliselt protsessist kõige rohkem aega. See samm on tavaliselt >140 °F ja kestab kuni 8 minutit. Kasutada võib ka mitmetsoonilisi kuivatusahjusid.
- IR-lamp ja õhu liikumine: IR-lampide ja õhu liikumise ventilaatorite paigaldamine kiirendab veesähvatust veelgi kiiremini.
3.UV-ravi.
4.Jahe: pärast kõvenemist peab kate blokeerimiskindluse saavutamiseks teatud aja kõvenema. See samm võib kesta kuni 10 minutit, enne kui saavutatakse blokeerimistakistus
Eksperimentaalne
Selles uuringus võrreldi kahte UV-kiirgusega kõvenevat PUD-i (WB UV), mida praegu kasutatakse kappide ja tisleritoodete turul, meie uue arendusega PUD # 65215A. Selles uuringus võrdleme standardit nr 1 ja standardit nr 2 PUD nr 65215A-ga kuivamise, blokeerimise ja keemilise vastupidavuse osas. Samuti hindame pH stabiilsust ja viskoossuse stabiilsust, mis võivad olla ülitähtsad ülepihustuse korduvkasutamise ja säilivusaja kaalumisel. Allpool tabelis 2 on näidatud kõigi selles uuringus kasutatud vaigude füüsikalised omadused. Kõik kolm süsteemi koostati sarnase fotoinitsiaatori, lenduvate orgaaniliste ühendite ja tahkete ainete tasemele. Kõik kolm vaiku valmistati 3% kaaslahustiga.
TABEL 2 | PUD-vaigu omadused.
Meie intervjuudes öeldi meile, et enamik tisleri- ja korpusetoodete turul olevaid WB-UV-katteid kuivavad tootmisliinil, mis võtab aega 5–8 minutit enne UV-kõvastumist. Seevastu lahustipõhine UV (SB-UV) liin kuivab 3-5 minutiga. Lisaks sellele kantakse sellel turul katteid tavaliselt 4–5 miili märjalt. Veepõhiste UV-kõvastuvate katete peamiseks puuduseks võrreldes UV-kiirguse käes kõvenevate lahustipõhiste alternatiividega on aeg, mis kulub tootmisliinil vee paiskumiseks.4 Kui vett ei ole korralikult välja voolanud, tekivad kile defektid, näiteks valged laigud. katmine enne UV-kõvastumist. See võib juhtuda ka siis, kui märja kile paksus on liiga kõrge. Need valged laigud tekivad siis, kui UV-kõvastumisel kile sisse jääb vesi kinni.5
Selle uuringu jaoks valisime kõvendamise ajakava, mis sarnaneb UV-kiirgusega kõveneval lahustipõhisel liinil kasutatavaga. Joonisel 3 on näidatud meie uuringus kasutatud kasutus-, kuivatamis-, kõvenemis- ja pakkimisgraafik. See kuivatusgraafik tähendab 50% kuni 60% liini üldise kiiruse paranemist võrreldes praeguse turustandardiga tisleri- ja kapitööstuses.
JOONIS 3 | Pealekandmise, kuivatamise, kõvenemise ja pakendamise ajakava.
Allpool on toodud kasutus- ja kõvenemistingimused, mida oma uuringus kasutasime:
●Pihustage musta aluslakiga vahtraspoonile.
●30-sekundiline toatemperatuuri välklamp.
●140 °F kuivatusahi 2,5 minutit (konvektsioonahi).
●UV-kõvastus – intensiivsus umbes 800 mJ/cm2.
- Läbipaistvad katted kõvendati Hg lambi abil.
- Pigmenteeritud katted kõveneti Hg/Ga kombineeritud lambi abil.
●1-minutiline jahutamine enne virnastamist.
Uuringu jaoks pihustasime ka kolme erineva paksusega niisket kilet, et näha, kas saavutatakse ka muid eeliseid, näiteks vähem kihte. WB UV puhul on tüüpiline 4 miili märg. Selle uuringu jaoks hõlmasime ka 6 ja 8 miili märgkatte rakendusi.
Kõvenemise tulemused
Standard nr 1, kõrgläikega läbipaistev kate, tulemused on näidatud joonisel 4. WB UV läbipaistev kate kanti keskmise tihedusega puitkiudplaadile (MDF), mis oli eelnevalt kaetud musta aluskihiga ja kõvendatud vastavalt joonisel 3 näidatud ajakavale. 4-mililisel temperatuuril kattekiht läbib. Kuid 6 ja 8 miili märg pealekandmisel kattekiht pragunes ja 8 milli oli kergesti eemaldatav, kuna enne UV-kõvastumist ei vabanenud piisavalt vett.
JOONIS 4 | Standard nr 1.
Sarnast tulemust on näha ka standardis nr 2, mis on näidatud joonisel 5.
JOONIS 5 | Standard nr 2.
Joonisel fig 6 näidatud, kasutades sama kuumtöötlusskeemi nagu joonisel 3, näitas PUD #65215A vee vabanemise/kuivamise osas tohutut paranemist. 8-millise märja kile paksuse juures täheldati proovi alumisel serval kerget pragunemist.
JOONIS 6 | PUD #65215A.
PUD# 65215A täiendavat testimist madala läikega läbipaistva katte ja pigmenteeritud kattekihiga sama MDF-i peal musta aluskihiga hinnati, et hinnata teiste tüüpiliste kattepreparaatide veevabastusomadusi. Nagu on näidatud joonisel 7, vabastas madala läikega koostis 5 ja 7 miili märgkandmisel vee ja moodustas hea kile. 10 miili märjana oli see aga liiga paks, et vett välja lasta joonisel 3 kujutatud kuivatamise ja kõvenemise ajakava järgi.
JOONIS 7 | Madalläikega PUD #65215A.
Valges pigmenteeritud koostises toimis PUD #65215A hästi sama kuivatus- ja kõvenemiskava järgi, mida on kirjeldatud joonisel 3, välja arvatud juhul, kui kasutati 8 märgmiljoni juures. Nagu on näidatud joonisel fig 8, praguneb kile 8 miili juures vee halva eraldumise tõttu. Üldiselt toimis PUD# 65215A läbipaistvate, madala läikega ja pigmenteeritud koostiste puhul hästi kilede moodustamisel ja kuivatamisel, kui seda kasutati kuni 7 miili märjaks ja kuivatati joonisel 3 kirjeldatud kiirendatud kuivatamise ja kõvenemise ajakava järgi.
JOONIS 8 | Pigmenteeritud PUD #65215A.
Blokeerimistulemused
Blokeerimiskindlus on katte võime virnastatuna mitte kleepuda teise kaetud toote külge. Tootmises on see sageli kitsaskoht, kui kõvenenud kattekihi blokeerimiskindluse saavutamiseks kulub aega. Selle uuringu jaoks kanti standard nr 1 ja PUD nr 65215A pigmenteeritud preparaate klaasile temperatuuril 5 märgmillist, kasutades tõmmitsat. Kõik need kõvendati vastavalt joonisel 3 kujutatud kõvenemisgraafikule. Kaks kaetud klaaspaneeli kõveneti korraga – 4 minutit pärast kõvenemist kinnitati paneelid kokku, nagu on näidatud joonisel 9. Need jäid toatemperatuuril kokku klammerdatuna 24 tunniks. . Kui paneelid olid kergesti eraldatavad ilma jäljendi või kaetud paneelide kahjustamiseta, loeti katse läbituks.
Joonis 10 illustreerib PUD# 65215A täiustatud blokeerimistakistust. Kuigi nii standard nr 1 kui ka PUD nr 65215A saavutasid eelmises katses täieliku kõvenemise, demonstreeris ainult PUD nr 65215A piisavat vee vabanemist ja kõvenemist, et saavutada blokeerimiskindlus.
JOONIS 9 | Blokeerimistakistuse testi illustratsioon.
JOONIS 10 | Standard #1 blokeerimistakistus, millele järgneb PUD #65215A.
Akrüüli segamise tulemused
Pinnakattetootjad segavad sageli WB UV-kiirgusega kõvenevaid vaikusid akrüülidega, et vähendada kulusid. Oma uuringus vaatlesime ka PUD#65215A segamist veepõhise akrüüliga NeoCryl® XK-12, mida sageli kasutatakse tisleri- ja kapitoodete turul UV-kiirgusega kõvenevate veepõhiste PUDide segamispartnerina. Sellel turul peetakse KCMA plekkide testimist standardiks. Olenevalt lõppkasutusest muutuvad mõned kemikaalid kaetud toote tootja jaoks teistest olulisemaks. Hinne 5 on parim ja hinnang 1 on halvim.
Nagu on näidatud tabelis 3, toimib PUD #65215A erakordselt hästi KCMA plekkide testimisel kõrgläikega läbipaistva, madala läikega läbipaistva ja pigmenteeritud kattena. Isegi kui segada 1:1 akrüüliga, ei mõjuta see KCMA plekkide testimist drastiliselt. Isegi värvimisel selliste ainetega nagu sinep taastus kate 24 tunni pärast vastuvõetavale tasemele.
TABEL 3 | Vastupidavus kemikaalidele ja plekkidele (parim on hinnang 5).
Lisaks KCMA plekkide testimisele testivad tootjad ka kõvenemist kohe pärast UV-kõvastumist. Sageli on akrüülsegamise mõju selles testis märgatav kohe pärast kõvenemisjoont. Eeldatakse, et pärast 20 isopropüülalkoholi topelt hõõrumist (20 IPA dr) ei toimu katmise läbimurret. Proove testitakse 1 minut pärast UV-kõvastumist. Testides nägime, et 1:1 PUD# 65215A ja akrüüli segu ei läbinud seda testi. Siiski nägime, et PUD #65215A saab segada 25% NeoCryl XK-12 akrüüliga ja läbida siiski 20 IPA dr testi (NeoCryl on Covestro grupi registreeritud kaubamärk).
JOONIS 11 | 20 IPA topelt hõõrumist, 1 minut pärast UV-kõvastumist.
Vaigu stabiilsus
Samuti testiti PUD #65215A stabiilsust. Segu loetakse säilivusstabiilseks, kui pärast 4 nädala möödumist temperatuuril 40 °C ei lange pH alla 7 ja viskoossus jääb esialgsega võrreldes stabiilseks. Meie testimiseks otsustasime allutada proovid karmimatele tingimustele kuni 6 nädalat temperatuuril 50 °C. Nendel tingimustel ei olnud standard nr 1 ja 2 stabiilsed.
Testimiseks vaatlesime selles uuringus kasutatud kõrgläikega läbipaistvaid, madala läikega läbipaistvaid preparaate ning madala läikega pigmenteeritud koostisi. Nagu on näidatud joonisel 12, püsis kõigi kolme preparaadi pH stabiilsus stabiilsena ja ületas pH läve 7,0. Joonis 13 illustreerib minimaalset viskoossuse muutust pärast 6 nädalat 50 °C juures.
JOONIS 12 | Koostatud PUD #65215A pH stabiilsus.
JOONIS 13 | Koostatud PUD #65215A viskoossuse stabiilsus.
Teine test, mis demonstreeris PUD #65215A stabiilsust, oli 6 nädalat 50 °C juures laagerdunud kattepreparaadi KCMA määrdumiskindluse uuesti testimine ja selle võrdlemine selle esialgse KCMA määrdumiskindlusega. Katte puhul, mis ei ole hea stabiilsusega, väheneb värvimisvõime. Nagu on näidatud joonisel 14, säilis PUD# 65215A sama jõudlus, nagu tabelis 3 näidatud pigmentkatte esialgsel keemilisel/plekkimiskindluse testimisel.
JOONIS 14 | Keemilised katsepaneelid pigmenteeritud PUD #65215A jaoks.
Järeldused
UV-kiirgusega kõvenevate veepõhiste katete aplikaatorite puhul võimaldab PUD #65215A neil täita tisleri-, puidu- ja kappide turul kehtivaid jõudlusstandardeid ning lisaks võimaldab katmisprotsessis näha liinikiiruse paranemist üle 50 -60% võrreldes praeguste standardsete UV-kõvastuvate veepõhiste katetega. Aplikaatori jaoks võib see tähendada:
●Kiirem tootmine;
●Kile paksuse suurendamine vähendab lisakihtide vajadust;
●Lühemad kuivatusliinid;
●Energiasääst tänu vähenenud kuivatusvajadustele;
●Vähem jääke kiire blokeerimiskindluse tõttu;
● Vähenenud kattejäätmed vaigu stabiilsuse tõttu.
Kui lenduvad orgaanilised ühendid on alla 100 g/l, suudavad tootjad ka paremini täita oma VOC-eesmärke. Tootjatel, kellel võib olla loaprobleemide tõttu laienemismuresid, võimaldab kiiresti vett vabastav PUD #65215A hõlpsamini täita oma regulatiivseid kohustusi ilma jõudlusohvriteta.
Selle artikli alguses tsiteerisime oma intervjuudest, et lahustipõhiste UV-kiirgusega kõvenevate materjalide aplikaatorid kuivatavad ja kõvendavad katteid tavaliselt 3–5 minuti jooksul. Oleme selles uuringus näidanud, et vastavalt joonisel 3 näidatud protsessile kõveneb PUD #65215A kuni 7 miili märja kile paksuse 4 minutiga ahju temperatuuril 140 °C. See jääb enamiku lahustipõhiste UV-kõvastuvate kattekihtide aknasse. PUD #65215A võib potentsiaalselt võimaldada lahustipõhiste UV-kiirgusega kõvenevate materjalide praegustel aplikaatoritel lülituda veepõhisele UV-kiirgusega kõvenevale materjalile, muutes nende kattejoont vähe.
Tootjatel, kes kaaluvad tootmise laiendamist, võimaldavad PUD #65215A-l põhinevad katted:
●Säästa raha, kasutades lühemat veepõhist katteliini;
● Kas rajatises peab olema väiksem pindamisliini jalajälg;
● Vähendab mõju kehtivale lenduvate orgaaniliste ühendite loale;
●Kuivatusvajaduse vähenemise tõttu säästate energiat.
Kokkuvõtteks võib öelda, et PUD #65215A aitab parandada UV-kõvastuvate katteliinide tootmistõhusust tänu kõrgele füüsikalis-omadustele ja vaigu kiirele vett eralduvatele omadustele, kui see kuivatatakse temperatuuril 140 °C.
Postitusaeg: 14. august 2024
