Suorituskykyisiä UV-kovettuvia pinnoitteita on käytetty lattioiden, huonekalujen ja kaappien valmistuksessa useiden vuosien ajan. Suurimman osan tästä ajasta 100-prosenttisesti kiinteät ja liuotinpohjaiset UV-kovettuvat pinnoitteet ovat olleet hallitseva teknologia markkinoilla. Viime vuosina vesipohjainen UV-kovettuva pinnoitetekniikka on kasvanut. Vesipohjaiset UV-kovettuvat hartsit ovat osoittautuneet hyödyllisiksi työkaluiksi valmistajille useista syistä, mukaan lukien KCMA-tahrojen läpäiseminen, kemikaalinkestävyystestaus ja VOC-yhdisteiden vähentäminen. Jotta tämä teknologia voisi jatkaa kasvuaan näillä markkinoilla, useat tekijät on tunnistettu avainalueiksi, joilla parannuksia on tehtävä. Nämä vievät vesipohjaisia UV-kovettuvia hartseja pidemmälle kuin pelkän "pakko-osuuden", joka useimmilla hartseilla on. He alkavat lisätä pinnoitteeseen arvokkaita ominaisuuksia ja tuoda arvoa jokaiseen arvoketjun kohtaan pinnoitteen formuloijasta tehdasasettajaan asentajaan ja lopulta omistajalle.
Valmistajat, varsinkin nykyään, haluavat pinnoitteen, joka tekee enemmän kuin vain läpäisee tekniset tiedot. On myös muita ominaisuuksia, jotka tarjoavat etuja valmistuksessa, pakkaamisessa ja asennuksessa. Yksi haluttu ominaisuus on laitoksen tehokkuuden parantaminen. Vesiohenteiselle pinnoitteelle tämä tarkoittaa nopeampaa veden vapautumista ja nopeampaa tukkeutumiskestävyyttä. Toinen haluttu ominaisuus on hartsin stabiilisuuden parantaminen pinnoitteen talteenottoa/uudelleenkäyttöä varten ja niiden varaston hallinta. Loppukäyttäjälle ja asentajalle toivotut ominaisuudet ovat parempi kiillotuskestävyys ja metallimerkintöjen puuttuminen asennuksen aikana.
Tässä artikkelissa käsitellään vesipohjaisten UV-kovettuvien polyuretaanien uusia kehityssuuntia, jotka tarjoavat huomattavasti paremman maalin stabiilisuuden 50 °C:ssa kirkkaissa ja pigmentoiduissa pinnoitteissa. Siinä käsitellään myös sitä, kuinka nämä hartsit käsittelevät pinnoitteen applikaattorin haluttuja ominaisuuksia lisäämällä linjan nopeutta nopean veden vapautumisen, parannetun lohkonkestävyyden ja liuotinkestävyyden ansiosta, mikä parantaa pinoamis- ja pakkaustoimintojen nopeutta. Tämä parantaa myös toisinaan tapahtuvia off-the-line-vaurioita. Tässä artikkelissa käsitellään myös asentajille ja omistajille tärkeitä tahrojen ja kemikaalien kestävyyden osoittamia parannuksia.
Tausta
Pinnoiteteollisuuden maisema kehittyy jatkuvasti. Pelkästään eritelmän läpäiseminen kohtuulliseen hintaan/milli ei yksinkertaisesti riitä. Kalusteissa, puusepissä, lattioissa ja huonekaluissa tehdasmaalausten maisema muuttuu nopeasti. Tehtaille pinnoitteita toimittavia formuloijia pyydetään tekemään työntekijöille turvallisempia pinnoitteita, poistamaan erityistä huolta aiheuttavat aineet, korvaamaan VOC:t vedellä ja jopa käyttämään vähemmän fossiilisia hiiltä ja enemmän biohiiltä. Todellisuus on, että koko arvoketjun ajan jokainen asiakas pyytää pinnoitteelta muutakin kuin vain täyttämään spesifikaatiot.
Nähdessään mahdollisuuden luoda lisäarvoa tehtaalle tiimimme alkoi tutkia tehdastasolla näiden applikaattorien kohtaamia haasteita. Monien haastattelujen jälkeen aloimme kuulla yhteisiä teemoja:
- Sallivat esteet estävät laajentumistavoitteitani;
- Kustannukset kasvavat ja pääomabudjetimme pienenevät;
- Sekä energia- että henkilöstökustannukset kasvavat;
- Kokeneiden työntekijöiden menetys;
- Yrityksemme myynti-, hallinto- ja yleistavoitteemme sekä asiakkaani tavoitteet on saavutettava. ja
- Ulkomaiset kilpailut.
Nämä teemat johtivat arvoehdotuslausuntoihin, jotka alkoivat resonoida vesipohjaisten UV-kovettuvien polyuretaanien applikaattorien kanssa, erityisesti puusepän- ja kalustemarkkinoilla, kuten: "puusepän- ja kalustevalmistajat etsivät parannuksia tehtaan tehokkuuteen" ja "valmistajat Haluamme mahdollisuuden laajentaa tuotantoa lyhyemmillä tuotantolinjoilla vähemmillä uudelleenkäsittelyvaurioilla, koska pinnoitteet ovat hitaita vettä vapauttavia."
Taulukko 1 havainnollistaa, kuinka pinnoitteiden raaka-aineiden valmistajalle pinnoitteen tiettyjen ominaisuuksien ja fysikaalisten ominaisuuksien parannukset johtavat tehokkuusetuihin, jotka loppukäyttäjä voi toteuttaa.
TAULUKKO 1 | Ominaisuudet ja edut.
Suunnittelemalla UV-kovettuvia PUD-laitteita, joilla on tietyt taulukossa 1 luetellut ominaisuudet, loppukäyttövalmistajat voivat vastata tarpeisiinsa parantaa laitosten tehokkuutta. Näin ne voivat olla kilpailukykyisempiä ja mahdollisesti laajentaa nykyistä tuotantoa.
Kokeilutulokset ja keskustelu
UV-kovettuvien polyuretaanidispersioiden historia
1990-luvulla polymeeriin kiinnittyneitä akrylaattiryhmiä sisältävien anionisten polyuretaanidispersioiden kaupallinen käyttö alkoi teollisissa sovelluksissa.1 Monet näistä sovelluksista olivat pakkauksissa, musteissa ja puupinnoitteissa. Kuvassa 1 on UV-kovettuvan PUD:n yleinen rakenne, joka havainnollistaa näiden päällysteraaka-aineiden suunnittelua.
KUVA 1 | Yleinen akrylaattifunktionaalinen polyuretaanidispersio.3
Kuten kuvasta 1 näkyy, UV-kovettuvat polyuretaanidispersiot (UV-kovettuvat PUD:t) koostuvat tyypillisistä komponenteista, joita käytetään polyuretaanidispersioiden valmistukseen. Alifaattiset di-isosyanaatit saatetaan reagoimaan tyypillisten polyuretaanidispersioiden valmistukseen käytettyjen esterien, diolien, hydrofilisointiryhmien ja ketjunjatkajien kanssa.2 Erona on akrylaattifunktionaalisen esterin, epoksi- tai eettereiden lisääminen esipolymeerivaiheeseen samalla kun dispersiota valmistetaan. . Rakennuspalikoina käytettävien materiaalien valinta sekä polymeeriarkkitehtuuri ja käsittely määräävät PUDin suorituskyvyn ja kuivausominaisuudet. Nämä valinnat raaka-aineissa ja prosessoinnissa johtavat UV-kovettuviin PUDeihin, jotka voivat olla kalvoa muodostamattomia, sekä sellaisiin, jotka muodostavat kalvoa.3 Kalvon muodostavat eli kuivaustyypit ovat tämän artikkelin aiheena.
Kalvon muodostaminen tai kuivaus, kuten sitä usein kutsutaan, tuottaa yhteensulautuneita kalvoja, jotka ovat kosketuskuivia ennen UV-kovettumista. Koska applikaattorit haluavat rajoittaa hiukkasista johtuvaa pinnoitteen ilman kautta tapahtuvaa kontaminaatiota sekä tuotantoprosessin nopeuden tarvetta, ne kuivataan usein uuneissa osana jatkuvaa prosessia ennen UV-kovettumista. Kuvassa 2 on esitetty UV-kovettuvan PUD:n tyypillinen kuivaus- ja kovetusprosessi.
KUVA 2 | Prosessi UV-kovettuvan PUD:n kovettamiseksi.
Levitysmenetelmänä on tyypillisesti ruiskutus. Kuitenkin knife over roll ja jopa flood takki on käytetty. Kun pinnoite on levitetty, se käy yleensä läpi nelivaiheisen prosessin ennen kuin sitä käsitellään uudelleen.
1.Salama: Tämä voidaan tehdä huoneen- tai korotetussa lämpötilassa useista sekunneista muutamaan minuuttiin.
2. Uunikuivatus: Täällä vesi ja oheisliuottimet poistetaan pinnoitteesta. Tämä vaihe on kriittinen ja vie yleensä eniten aikaa prosessissa. Tämä vaihe on yleensä >140 °F ja kestää jopa 8 minuuttia. Voidaan myös käyttää monivyöhykkeisiä kuivausuuneja.
- IR-lamppu ja ilmaliike: IR-lamppujen ja tuulettimien asennus nopeuttaa vesisalamaa vieläkin nopeammin.
3. UV-hoito.
4. Viileä: Kun pinnoite on kovettunut, sen on kovetettava jonkin aikaa, jotta se saavuttaa tukkeutumiskestävyyden. Tämä vaihe voi kestää jopa 10 minuuttia, ennen kuin estovastus saavutetaan
Kokeellinen
Tässä tutkimuksessa verrattiin kahta UV-kovettuvaa PUDia (WB UV), joita tällä hetkellä käytetään kaappi- ja puusepänteollisuudessa, uuteen kehitykseemme, PUD # 65215A. Tässä tutkimuksessa vertaamme standardia #1 ja standardia #2 PUDiin #65215A kuivumisen, tukkeutumisen ja kemikaalien kestävyyden suhteen. Arvioimme myös pH:n stabiilisuuden ja viskositeetin stabiilisuuden, mikä voi olla kriittistä, kun harkitaan ylisumun uudelleenkäyttöä ja säilyvyyttä. Alla taulukossa 2 on esitetty kunkin tässä tutkimuksessa käytetyn hartsin fysikaaliset ominaisuudet. Kaikki kolme järjestelmää formuloitiin samanlaiselle fotoinitiaattoritasolle, VOC:ille ja kiintoainetasolle. Kaikki kolme hartsia formuloitiin 3 % apuliuottimen kanssa.
TAULUKKO 2 | PUD-hartsin ominaisuudet.
Meille kerrottiin haastatteluissamme, että useimmat puusepän- ja kaappimarkkinoiden WB-UV-pinnoitteet kuivuvat tuotantolinjalla, mikä kestää 5-8 minuuttia ennen UV-kovettumista. Sitä vastoin liuotinpohjainen UV (SB-UV) -linja kuivuu 3-5 minuutissa. Lisäksi näillä markkinoilla pinnoitteita levitetään tyypillisesti 4-5 mil märkänä. Suurin haitta vesiohenteisille UV-kovettuville pinnoitteille, kun verrataan UV-kovettuviin liuotinpohjaisiin vaihtoehtoihin, on aika, joka kuluu veden leimahtamiseen tuotantolinjalla.4 Kalvovirheitä, kuten valkolaikkuja, ilmaantuu, jos vettä ei ole levitetty kunnolla pinnoite ennen UV-kovettumista. Tämä voi tapahtua myös, jos märkäkalvon paksuus on liian korkea. Nämä valkoiset täplät syntyvät, kun kalvon sisään jää vettä UV-kovetuksen aikana.5
Tätä tutkimusta varten valitsimme kovetusaikataulun, joka on samanlainen kuin UV-kovettuva liuotinpohjainen linja. Kuvassa 3 on esitetty tutkimuksessamme käytetty levitys-, kuivaus-, kovetus- ja pakkausaikataulu. Tämä kuivausaikataulu edustaa 50–60 prosentin parannusta linjan kokonaisnopeudessa nykyiseen markkinastandardiin verrattuna puusepän- ja kaappisovelluksissa.
KUVA 3 | Maalaus-, kuivaus-, kovettumis- ja pakkausaikataulu.
Alla on tutkimuksessamme käyttämämme käyttö- ja kovetusolosuhteet:
●Suihkuta vaahteraviilun päälle mustalla pohjamaalilla.
●30 sekunnin huonelämpötilan välähdys.
●140 °F:n kuivausuunissa 2,5 minuuttia (kiertoilmauuni).
●UV-kovettuva – intensiteetti noin 800 mJ/cm2.
- Kirkkaat pinnoitteet kovetettiin Hg-lampulla.
- Pigmentoidut pinnoitteet kovetettiin käyttämällä Hg/Ga-yhdistelmälamppua.
● Jäähdytä 1 minuutti ennen pinoamista.
Tutkimuksessamme ruiskusimme myös kolmea erilaista märkäkalvonpaksuutta nähdäksemme, saavutettaisiinko myös muita etuja, kuten vähemmän kerroksia. 4 miles märkä on tyypillinen WB UV. Tähän tutkimukseen sisällytimme myös 6 ja 8 milin märkäpinnoitussovellukset.
Kovettumistulokset
Standard #1, korkeakiiltoinen kirkas pinnoite, tulokset näkyvät kuvassa 4. WB UV-kirkas pinnoite levitettiin keskitiheälle kuitulevylle (MDF), joka oli aiemmin päällystetty mustalla pohjamaalilla ja kovetettu kuvassa 3 esitetyn aikataulun mukaisesti. 4 mil märkä pinnoite kulkee. Kuitenkin 6 ja 8 tuhannestuuman märkäkäytössä pinnoite halkei, ja 8 tuhannestuumaa oli helppo poistaa huonon veden vapautumisen vuoksi ennen UV-kovettumista.
KUVA 4 | Vakio nro 1.
Samanlainen tulos näkyy myös standardissa #2, joka on esitetty kuvassa 5.
KUVA 5 | Vakio nro 2.
Kuvassa 6, käyttäen samaa kovetusaikataulua kuin kuvassa 3, PUD #65215A osoitti valtavaa parannusta veden vapautumisessa/kuivumisessa. 8 mm:n märkäkalvon paksuudella havaittiin lievää halkeilua näytteen alareunassa.
KUVA 6 | PUD #65215A.
PUD# 65215A:n lisätestaus matalakiiltoisessa kirkkaassa pinnoitteessa ja pigmentoidussa pinnoitteessa samalla MDF:llä mustalla pohjamaalilla arvioitiin veden vapautumisominaisuuksien arvioimiseksi muissa tyypillisissä pinnoitekoostumuksissa. Kuten kuvassa 7 on esitetty, matalakiiltoinen formulaatio 5 ja 7 tuhannen tuhannen tuhannen tuhannen tuhannen tuhannen tuhannesosan märkäkäsittelyssä vapautti veden ja muodosti hyvän kalvon. 10 milin märkänä se oli kuitenkin liian paksua vapauttaakseen vettä kuvan 3 kuivaus- ja kovetusaikataulun mukaisesti.
KUVA 7 | Matalakiiltoinen PUD #65215A.
Valkoisen pigmentin koostumuksessa PUD #65215A suoriutui hyvin samassa kuivaus- ja kovetusaikataulussa, joka on kuvattu kuvassa 3, paitsi silloin, kun sitä levitettiin 8 märkätuhanteena. Kuten kuvassa 8 on esitetty, kalvo halkeilee 8 tuhannesosatuuman kohdalla huonon veden vapautumisen vuoksi. Kaiken kaikkiaan kirkkaissa, matalakiiltoisissa ja pigmentoituneissa formulaatioissa PUD# 65215A suoriutui hyvin kalvomuodostelmista ja kuivumisesta, kun sitä levitettiin jopa 7 milimäriin asti ja kovetettiin kuvassa 3 kuvatun nopeutetun kuivaus- ja kovettumisaikataulun mukaisesti.
KUVA 8 | Pigmentoitu PUD #65215A.
Estotulokset
Tukkeutumiskestävyys on pinnoitteen kyky olla tarttumatta toiseen päällystettyyn tuotteeseen pinottuna. Valmistuksessa tämä on usein pullonkaula, jos kovettuneelta pinnoitteelta kuluu aikaa saavuttaa tukkeutumattomuus. Tätä tutkimusta varten standardin #1 ja PUD #65215A:n pigmentoituja formulaatioita levitettiin lasille 5 märkämiljin lämpötilassa käyttämällä vetotankoa. Nämä kovetettiin kukin kuvan 3 kovettumisaikataulun mukaisesti. Kaksi päällystettyä lasipaneelia kovetettiin samanaikaisesti – 4 minuuttia kovettumisen jälkeen paneelit puristettiin yhteen, kuten kuvassa 9. Ne pysyivät kiinnitettyinä huoneenlämmössä 24 tuntia . Jos paneelit erotettiin helposti ilman painamista tai vaurioita pinnoitetuissa paneeleissa, testi katsottiin läpäistyksi.
Kuva 10 havainnollistaa PUD# 65215A:n parannettua estovastusta. Vaikka sekä standardi nro 1 että PUD nro 65215A saavuttivat täyden kovettumisen edellisessä testissä, vain PUD nro 65215A osoitti riittävän veden vapautumisen ja kovettumisen tukkeutumiskestävyyden saavuttamiseksi.
KUVA 9 | Lukitusvastustestin kuva.
KUVA 10 | Standardin #1 estovastus, jota seuraa PUD #65215A.
Akryylisekoitustulokset
Pinnoitevalmistajat sekoittavat usein WB UV-kovettuvia hartseja akryylien kanssa halvemmalla. Tutkimuksessamme tarkastelimme myös PUD#65215A:n sekoittamista NeoCryl® XK-12:een, vesipohjaiseen akryyliin, jota käytetään usein UV-kovettuvien vesipohjaisten PUDien sekoituskumppanina puusepän- ja kalustemarkkinoilla. Näillä markkinoilla KCMA-väritestausta pidetään vakiona. Loppukäyttösovelluksesta riippuen joistakin kemikaaleista tulee muita tärkeämpiä pinnoitetun tuotteen valmistajalle. Arvosana 5 on paras ja 1 huonoin.
Kuten taulukosta 3 näkyy, PUD #65215A toimii poikkeuksellisen hyvin KCMA-väritestauksessa korkeakiiltoisena kirkkaana, matalakiiltävänä kirkkaana ja pigmentoituna pinnoitteena. Jopa sekoitettuna 1:1 akryylin kanssa, KCMA-tahratesti ei vaikuta merkittävästi. Jopa värjäysaineilla, kuten sinappilla, pinnoite palautui hyväksyttävälle tasolle 24 tunnin kuluttua.
TAULUKKO 3 | Kemiallinen ja tahrankesto (arvosana 5 on paras).
KCMA-väritestauksen lisäksi valmistajat testaavat myös kovettumistestauksen välittömästi UV-kovetuksen jälkeen. Usein akryylisekoituksen vaikutukset havaitaan tässä testissä heti kovettumislinjan ulkopuolella. Odotuksena on, että pinnoitteen läpimurtoa ei tapahdu 20 isopropyylialkoholin kaksoishankauksen jälkeen (20 IPA dr). Näytteet testataan 1 minuutin kuluttua UV-kovetuksesta. Testauksessamme havaitsimme, että 1:1 sekoitus PUD# 65215A:ta akryylin kanssa ei läpäissyt tätä testiä. Huomasimme kuitenkin, että PUD #65215A voidaan sekoittaa 25 % NeoCryl XK-12 akryyliin ja silti läpäistä 20 IPA dr -testin (NeoCryl on Covestro-ryhmän rekisteröity tavaramerkki).
KUVA 11 | 20 IPA-kaksoishankausta, 1 minuutti UV-kovettumisen jälkeen.
Hartsin stabiilisuus
Myös PUD #65215A:n stabiilisuus testattiin. Formulaatiota pidetään säilyvyysstabiilina, jos pH ei laske 40 °C:ssa 4 viikon jälkeen alle 7:n ja viskositeetti pysyy stabiilina alkuperäiseen verrattuna. Testausta varten päätimme altistaa näytteet ankarammille olosuhteille, jopa 6 viikkoa 50 °C:ssa. Näissä olosuhteissa standardi #1 ja #2 eivät olleet stabiileja.
Testauksessamme tarkastelimme tässä tutkimuksessa käytettyjä korkeakiiltoisia kirkkaita, matalakiiltäviä kirkkaita sekä matalakiiltäviä pigmentoituja formulaatioita. Kuten kuviossa 12 esitetään, kaikkien kolmen formulaation pH-stabiilisuus pysyi stabiilina ja ylitti pH-kynnyksen 7,0. Kuva 13 havainnollistaa minimaalista viskositeetin muutosta 6 viikon jälkeen 50 °C:ssa.
KUVA 12 | Formuloidun PUD:n #65215A pH-stabiilisuus.
KUVA 13 | Formuloidun PUD:n #65215A viskositeetin stabiilisuus.
Toinen testi, joka osoitti PUD:n #65215A:n stabiilisuussuorituskykyä, oli testata uudelleen pinnoitteen KCMA-tahrojenkestävyys, jota on vanhentunut 6 viikkoa 50 °C:ssa, ja verrata sitä alkuperäiseen KCMA-tahrasuojaan. Pinnoitteissa, jotka eivät osoita hyvää stabiilisuutta, värjäysteho heikkenee. Kuten kuvasta 14 näkyy, PUD# 65215A säilytti saman suorituskyvyn kuin taulukossa 3 esitetyn pigmentoidun pinnoitteen kemikaalien/tahrojen kestävyystestissä.
KUVA 14 | Kemialliset testipaneelit pigmentoidulle PUD:lle #65215A.
Johtopäätökset
UV-kovettuvien vesiohenteisten pinnoitteiden applikaattorit PUD #65215A mahdollistaa sen, että ne täyttävät nykyiset suorituskykystandardit puusepän-, puu- ja kaappimarkkinoilla, ja lisäksi se mahdollistaa pinnoitusprosessin parannuksia linjanopeuteen yli 50:een. -60 % verrattuna nykyisiin tavallisiin UV-kovettuviin vesipohjaisiin pinnoitteisiin. Applikaattorille tämä voi tarkoittaa:
●Nopeampi tuotanto;
● Lisääntynyt kalvonpaksuus vähentää lisäpinnoitteiden tarvetta.
● Lyhyemmät kuivauslinjat;
● Energiansäästö vähentyneiden kuivaustarpeiden ansiosta;
● Vähemmän romua nopean tukkeutumisvastuksen ansiosta;
● Vähemmän pinnoitusjätettä hartsin stabiilisuuden ansiosta.
VOC-yhdisteiden ollessa alle 100 g/l valmistajat pystyvät myös paremmin saavuttamaan VOC-tavoitteensa. Valmistajat, joilla saattaa olla laajentumishuoleja lupaongelmien vuoksi, nopeasti vettä vapauttavan PUD #65215A:n avulla he voivat täyttää sääntelyvelvoitteensa helpommin suorituskyvystä tinkimättä.
Tämän artikkelin alussa lainasimme haastatteluistamme, että liuotinpohjaisten UV-kovettuvien materiaalien applikaattorit tyypillisesti kuivasivat ja kovettivat pinnoitteet prosessissa, joka kesti 3-5 minuuttia. Olemme osoittaneet tässä tutkimuksessa, että kuvassa 3 esitetyn prosessin mukaisesti PUD #65215A kovettuu jopa 7 milin märkäkalvonpaksuuteen 4 minuutissa uunin lämpötilassa 140 °C. Tämä on useimpien liuotinpohjaisten UV-kovettuvien pinnoitteiden ikkunan sisällä. PUD #65215A voisi mahdollisesti mahdollistaa liuotinpohjaisten UV-kovettuvien materiaalien nykyisten applikaattorien siirtymisen vesipohjaiseen UV-kovettuvaan materiaaliin muuttaen vain vähän pinnoituslinjaansa.
Valmistajat, jotka harkitsevat tuotannon laajentamista, PUD #65215A -pinnoitteisiin perustuvat pinnoitteet mahdollistavat:
●Säästä rahaa käyttämällä lyhyempää vesipohjaista pinnoituslinjaa;
● Pienempi pinnoituslinjan jalanjälki laitoksessa;
● Vähentää nykyistä VOC-lupaa;
● Säästä energiaa vähentyneiden kuivaustarpeiden ansiosta.
Yhteenvetona voidaan todeta, että PUD #65215A auttaa parantamaan UV-kovettuvien pinnoitelinjojen valmistustehoa korkean fyysisen suorituskyvyn ja hartsin nopeiden vettä vapauttavien ominaisuuksien ansiosta kuivattaessa 140 °C:ssa.
Postitusaika: 14.8.2024
