Heechprestaasjes UV-úthardbere coatings wurde al jierren brûkt by de produksje fan flierren, meubels en kasten. Foar it grutste part fan dizze tiid binne 100% fêste en oplosmiddelbasearre UV-úthardbere coatings de dominante technology yn 'e merk west. Yn 'e ôfrûne jierren is de technology foar wetterbasearre UV-úthardbere coatings groeid. Wetterbasearre UV-úthardbere harsen hawwe bliken dien in nuttich ark te wêzen foar fabrikanten om ferskate redenen, ynklusyf it slagjen foar KCMA-kleuring, testen fan gemyske wjerstân en it ferminderjen fan VOC's. Om dizze technology yn dizze merk te bliuwen groeien, binne ferskate driuwfearren identifisearre as wichtige gebieten wêr't ferbetteringen moatte wurde makke. Dizze sille wetterbasearre UV-úthardbere harsen fierder bringe as gewoan de "must haves" dy't de measte harsen hawwe. Se sille weardefolle eigenskippen tafoegje oan 'e coating, wêrtroch wearde wurdt brocht oan elke posysje lâns de weardeketen, fan coatingformuleerder oant fabryksapplikator oant ynstallateur en, úteinlik, oan 'e eigener.
Fabrikanten, benammen hjoed de dei, winskje in coating dy't mear docht as allinich oan spesifikaasjes foldocht. Der binne ek oare eigenskippen dy't foardielen biede by produksje, ynpakking en ynstallaasje. Ien winske eigenskip is ferbetteringen yn 'e effisjinsje fan 'e fabryk. Foar de coating op wetterbasis betsjut dit fluggere wetterfrijlitting en fluggere blokkearingsresistinsje. In oar winske eigenskip is it ferbetterjen fan harsstabiliteit foar it fêstlizzen/werbrûken fan in coating, en it behear fan har ynventaris. Foar de einbrûker en ynstallearder binne winske eigenskippen bettere poetsresistinsje en gjin metaalmarkearring tidens ynstallaasje.
Dit artikel sil nije ûntwikkelingen beprate yn wetterbasearre UV-úthardbere polyurethanen dy't in folle ferbettere fervestabiliteit fan 50 °C biede yn dúdlike, lykas pigmentearre coatings. It besprekt ek hoe't dizze harsen de winske eigenskippen fan 'e coatingapplikator oanpakke by it ferheegjen fan de linesnelheid troch rappe wetterfrijlitting, ferbettere blokkearbestindigens en oplosmiddelbestindigens bûten de line, wat de snelheid foar stapel- en ynpakoperaasjes ferbetteret. Dit sil ek skea bûten de line ferbetterje dy't soms foarkomt. Dit artikel besprekt ek ferbetteringen dy't oantoand binne yn flek- en gemyske bestindigens dy't wichtich binne foar ynstallateurs en eigners.
Eftergrûn
It lânskip fan 'e coatingsyndustry is konstant yn ûntwikkeling. De "must haves" fan gewoan oan 'e spesifikaasje foldwaan tsjin in ridlike priis per oanbrochte mil is gewoan net genôch. It lânskip foar fabryksoanbrochte coatings op kasten, timmerwurk, flierren en meubels feroaret rap. Formulearders dy't coatings oan 'e fabriken leverje, wurde frege om coatings feiliger te meitsjen foar meiwurkers om oan te bringen, stoffen dy't tige soargen meitsje te ferwiderjen, VOC's te ferfangen troch wetter, en sels minder fossile koalstof en mear biokoalstof te brûken. De realiteit is dat elke klant yn 'e hiele weardeketen freget dat de coating mear docht dan allinich oan 'e spesifikaasje foldocht.
Omdat wy in kâns seagen om mear wearde foar de fabryk te kreëarjen, begon ús team op fabryksnivo te ûndersykjen hokker útdagings dizze applikatoaren tsjinkamen. Nei in protte ynterviews begûnen wy wat mienskiplike tema's te hearren:
- Tastean dat obstakels myn útwreidingsdoelen tsjinhâlde;
- Kosten nimme ta en ús kapitaalbudzjetten nimme ôf;
- De kosten fan sawol enerzjy as personiel nimme ta;
- Ferlies fan erfarne meiwurkers;
- Us bedriuwsdoelen foar SG&A, lykas dy fan myn klant, moatte wurde helle; en
- Bûtenlânske konkurrinsje.
Dizze tema's liede ta weardeproposysjes dy't begûnen te resonearjen by applikators fan wetter-basearre UV-úthardbere polyurethanen, benammen yn 'e merk foar timmerwurk en kasten, lykas: "fabrikanten fan timmerwurk en kasten sykje nei ferbetteringen yn fabrykseffisjinsje" en "fabrikanten wolle de mooglikheid hawwe om de produksje út te wreidzjen op koartere produksjelinen mei minder skea troch opnij bewurkjen fanwegen de coatings mei stadige wetterfrijlittende eigenskippen."
Tabel 1 yllustrearret hoe't, foar de fabrikant fan grûnstoffen foar coatings, ferbetteringen yn bepaalde coatingattributen en fysike eigenskippen liede ta effisjinsje dy't troch de einbrûker realisearre wurde kin.
TABEL 1 | Attributen en foardielen.
Troch it ûntwerpen fan UV-úthardbere PUD's mei bepaalde eigenskippen lykas neamd yn Tabel 1, sille fabrikanten fan eingebrûk kinne foldwaan oan har behoeften foar it ferbetterjen fan planteffisjinsje. Dit sil har tastean konkurrearjender te wêzen, en har mooglik tastean om de hjoeddeistige produksje út te wreidzjen.
Eksperimintele resultaten en diskusje
Skiednis fan UV-genêsbere polyurethaandispersjes
Yn 'e jierren '90 begûnen de kommersjele gebrûken fan anionyske polyurethaandispersjes mei acrylaatgroepen dy't oan it polymeer ferbûn wiene, te wurden brûkt yn yndustriële tapassingen.1 In protte fan dizze tapassingen wiene yn ferpakking, inkten en houtcoatings. Figuer 1 lit in generike struktuer sjen fan in UV-úthardbere PUD, dy't demonstrearret hoe't dizze coatinggrûnstoffen ûntwurpen binne.
FIGUER 1 | Generike akrylaatfunksjonele polyurethaandispersje.3
Lykas te sjen is yn figuer 1, binne UV-úthardbere polyurethaandispersjes (UV-úthardbere PUD's) opboud út 'e typyske komponinten dy't brûkt wurde om polyurethaandispersjes te meitsjen. Alifatyske diisocyanaten wurde reagearre mei de typyske esters, diolen, hydrofilisaasjegroepen en ketenútwreiders dy't brûkt wurde om polyurethaandispersjes te meitsjen.2 It ferskil is de tafoeging fan in acrylaatfunksjonele ester, epoxy of ethers dy't opnommen binne yn 'e pre-polymeerstap by it meitsjen fan 'e dispersje. De kar fan materialen dy't brûkt wurde as boublokken, lykas polymeararsjitektuer en ferwurking, bepale de prestaasjes en droechkarakteristiken fan in PUD. Dizze karren yn grûnstoffen en ferwurking sille liede ta UV-úthardbere PUD's dy't net-filmfoarmjend kinne wêze, lykas dyjingen dy't filmfoarmjend binne.3 De filmfoarmjende, of droechtypen, binne it ûnderwerp fan dit artikel.
Filmfoarming, of droegjen sa't it faak neamd wurdt, sil gearfoege films opleverje dy't droech oanfiele foar UV-útharding. Omdat applikatoaren loftfersmoarging fan 'e coating troch dieltsjes beheine wolle, lykas de needsaak foar snelheid yn har produksjeproses, wurde dizze faak yn ovens droege as ûnderdiel fan in trochgeand proses foar UV-útharding. Figuer 2 lit it typyske droech- en úthardingsproses sjen fan in UV-úthardbere PUD.
FIGUER 2 | Proses om in UV-úthardbere PUD te útharden.
De brûkte oanbringmetoade is typysk spuiten. Lykwols binne der ek wolris mes-oer-rol en sels floodcoat brûkt. Ienris oanbrocht, sil de coating meastentiids in proses fan fjouwer stappen ûndergean foardat it opnij behannele wurdt.
1. Flits: Dit kin dien wurde by keamer- of ferhege temperatueren foar ferskate sekonden oant in pear minuten.
2. Ovendroeging: Dit is wêr't it wetter en de ko-oplosmiddels út 'e coating wurde dreaun. Dizze stap is kritysk en nimt meastal de measte tiid yn beslach yn in proses. Dizze stap is meastal by >140 °F en duorret oant 8 minuten. Droegovens mei meardere sônes kinne ek brûkt wurde.
- IR-lampe en loftbeweging: Ynstallearjen fan IR-lampen en loftbewegingsfans sil de wetterflits noch rapper fersnelle.
3. UV-genêzing.
4. Koelje: As de coating ienris útharde is, moat it in skoftke útharde wurde om blokkearingsweerstand te berikken. Dizze stap kin oant 10 minuten duorje foardat de blokkearingsweerstand berikt is.
Eksperiminteel
Dizze stúdzje fergelike twa UV-úthardbere PUD's (WB UV), dy't op it stuit brûkt wurde yn 'e merk foar kast- en timmerwurk, mei ús nije ûntwikkeling, PUD # 65215A. Yn dizze stúdzje fergelykje wy Standert #1 en Standert #2 mei PUD #65215A yn droech-, blokkearjende en gemyske wjerstân. Wy evaluearje ek pH-stabiliteit en viskositeitsstabiliteit, dy't kritysk kinne wêze by it beskôgjen fan werbrûk fan oerspray en houdbaarheid. Hjirûnder yn tabel 2 binne de fysike eigenskippen te sjen fan elk fan 'e harsen dy't yn dizze stúdzje brûkt binne. Alle trije systemen waarden formulearre mei in ferlykber fotoinitiatornivo, VOC's en fêste stoffennivo. Alle trije harsen waarden formulearre mei 3% ko-oplosmiddel.
TABEL 2 | Eigenskippen fan PUD-hars.
Yn ús ynterviews waard ús ferteld dat de measte WB-UV-coatings yn 'e timmer- en kastmerken op in produksjeline droegje, wat tusken de 5-8 minuten duorret foardat se mei UV-útharde wurde. In UV-line op basis fan oplosmiddel (SB-UV) droeget lykwols yn 3-5 minuten. Derneist wurde coatings foar dizze merk typysk 4-5 mil wiet oanbrocht. In grut neidiel fan wettergedragen UV-úthardbere coatings yn ferliking mei UV-úthardbere alternativen op basis fan oplosmiddel is de tiid dy't it duorret om wetter op in produksjeline te ferdampen.4 Filmdefekten lykas wite flekken sille foarkomme as wetter net goed út 'e coating is ferdampt foar UV-útharding. Dit kin ek foarkomme as de dikte fan 'e wiete film te heech is. Dizze wite flekken wurde makke as wetter yn 'e film fêst komt te sitten tidens UV-útharding.5
Foar dizze stúdzje hawwe wy in úthardingsskema keazen dat fergelykber is mei ien dat brûkt wurde soe op in UV-úthardingsline op basis fan oplosmiddel. Figuer 3 lit ús tapassings-, droech-, úthardings- en ferpakkingsskema sjen dat brûkt is foar ús stúdzje. Dit droechskema fertsjintwurdiget in ferbettering fan tusken de 50% en 60% yn 'e totale linesnelheid oer de hjoeddeistige merkstandert yn timmer- en kastenapplikaasjes.
FIGUER 3 | Skema foar tapassing, droegjen, útharden en ynpakken.
Hjirûnder binne de tapassings- en úthardingsbetingsten dy't wy brûkt hawwe foar ús stúdzje:
● Spuit de oanbringst oer maplefineer mei in swarte basislaach.
●Knip fan 30 sekonden op keamertemperatuer.
● Droegoven fan 140 °F foar 2,5 minuten (konveksjeoven).
● UV-útharding – yntensiteit sawat 800 mJ/cm2.
- Dúdlike coatings waarden úthard mei in Hg-lampe.
- Pigmentearre coatings waarden úthard mei in kombinaasje fan in Hg/Ga-lampe.
●1 minút ôfkuolje foar it stapeljen.
Foar ús stúdzje hawwe wy ek trije ferskillende wiete filmdikten spuite om te sjen oft oare foardielen lykas minder lagen ek realisearre wurde soene. 4 mil wiet is it typyske foar WB UV. Foar dizze stúdzje hawwe wy ek 6 en 8 mil wiete coatingapplikaasjes opnommen.
Resultaten fan genêzing
Standert #1, in hege glâns dúdlike coating, resultaten wurde werjûn yn figuer 4. De WB UV dúdlike coating waard oanbrocht op middeldichte fiberboard (MDF) dy't earder bedekt wie mei in swarte basislaach en útharde wie neffens it skema werjûn yn figuer 3. By 4 mil wiet giet de coating goed troch. By 6 en 8 mil wiet tapassing barste de coating lykwols, en 8 mil waard maklik fuorthelle fanwegen minne wetterfrijlitting foar UV-útharding.
FIGUER 4 | Standert #1.
In ferlykber resultaat is ek te sjen yn Standert #2, werjûn yn Figuer 5.
FIGUER 5 | Standert #2.
Yn figuer 6, mei itselde úthardingsskema as yn figuer 3, liet PUD #65215A in enoarme ferbettering sjen yn wetterfrijlitting/droeging. By in wiete filmdikte fan 8 mil waard in lichte barst waarnommen oan 'e ûnderste râne fan it stekproef.
FIGUER 6 | PUD #65215A.
Oanfoljende testen fan PUD# 65215A yn in leechglâns dúdlike coating en pigmentearre coating oer deselde MDF mei in swarte basislaach waarden evaluearre om wetterfrijlittingseigenskippen te evaluearjen yn oare typyske coatingformuleringen. Lykas te sjen is yn figuer 7, liet de leechglânsformulering by 5 en 7 mil wiete tapassing it wetter frij en foarme in goede film. By 10 mil wiet wie it lykwols te dik om it wetter frij te litten ûnder it droech- en úthardingsskema yn figuer 3.
FIGUER 7 | Leechglâns PUD #65215A.
Yn in wyt pigmentearre formule prestearre PUD #65215A goed yn itselde droech- en úthardingsskema dat beskreaun is yn figuer 3, útsein as it tapast waard by 8 wiete mils. Lykas te sjen is yn figuer 8, barst de film by 8 mils fanwegen minne wetterfrijlitting. Oer it algemien prestearre PUD #65215A goed yn filmfoarmingen en droegjen as it tapast waard oant 7 mils wiet en útharde waard mei it fersnelde droech- en úthardingsskema dat beskreaun is yn figuer 3.
FIGUER 8 | Pigmentearre PUD #65215A.
Blokkerende resultaten
Blokkearjende wjerstân is it fermogen fan in coating om net oan in oar coated artikel te plakjen as it steapele wurdt. By de produksje is dit faak in knelpunt as it tiid kostet foar in útharde coating om blokkearjende wjerstân te berikken. Foar dizze stúdzje waarden pigmentearre formulearringen fan Standert #1 en PUD #65215A oanbrocht op glês by 5 wiete mils mei in drawdown bar. Dizze waarden elk úthard neffens it úthardingsskema yn figuer 3. Twa coated glêzen panielen waarden tagelyk úthard - 4 minuten nei it útharden waarden de panielen oaninoar klemd, lykas te sjen is yn figuer 9. Se bleauwen 24 oeren by keamertemperatuer oaninoar klemd. As de panielen maklik skieden waarden sûnder ôfdruk of skea oan 'e coated panielen, dan waard de test as slagge beskôge.
Figuer 10 yllustrearret de ferbettere blokkearingswjerstân fan PUD # 65215A. Hoewol sawol Standert #1 as PUD #65215A folsleine útharding berikten yn 'e foarige test, liet allinich PUD #65215A genôch wetterfrijlitting en útharding sjen om blokkearingswjerstân te berikken.
FIGUER 9 | Yllustraasje fan blokkearjende wjerstânstest.
FIGUER 10 | Blokkearjende wjerstân fan Standert #1, folge troch PUD #65215A.
Resultaten fan it mingen fan akryl
Fabrikanten fan coatings mingje faak WB UV-úthardbere harsen mei acryl om de kosten te ferleegjen. Foar ús stúdzje hawwe wy ek sjoen nei it mingen fan PUD#65215A mei NeoCryl® XK-12, in acryl op wetterbasis, faak brûkt as mingpartner foar UV-úthardbere PUD's op wetterbasis yn 'e merk foar timmerwurk en kasten. Foar dizze merk wurdt KCMA-kleurtesten beskôge as de standert. Ofhinklik fan 'e eingebrûkstapassing sille guon gemikaliën wichtiger wurde as oaren foar de fabrikant fan it coated artikel. In wurdearring fan 5 is it bêste en in wurdearring fan 1 is it minste.
Lykas te sjen is yn tabel 3, prestearret PUD #65215A útsûnderlik goed yn KCMA-kleurtests as in hege glâns dúdlike, lege glâns dúdlike, en as in pigmentearre coating. Sels as it 1:1 mingd wurdt mei in acryl, wurdt de KCMA-kleurtest net drastysk beynfloede. Sels by it kleurjen mei aginten lykas moster, herstelde de coating him nei 24 oeren nei in akseptabel nivo.
TABEL 3 | Gemyske en flekbestindichheid (in wurdearring fan 5 is it bêste).
Neist KCMA-kleurtests sille fabrikanten ek direkt nei UV-útharding bûten de line teste op útharding. Faak sille de effekten fan it mingen fan acryl direkt bûten de úthardingsline opmurken wurde yn dizze test. De ferwachting is dat der gjin trochbraak fan 'e coating is nei 20 dûbele wriuwingen mei isopropylalkohol (20 IPA dr). Samples wurde 1 minút nei UV-útharding test. Yn ús testen seagen wy dat in 1:1-mingsel fan PUD # 65215A mei in acryl dizze test net trochstiek. Wy seagen lykwols wol dat PUD # 65215A mingd wurde koe mei 25% NeoCryl XK-12 acryl en noch altyd de 20 IPA dr-test trochstiek (NeoCryl is in registrearre hannelsmerk fan 'e Covestro-groep).
FIGUER 11 | 20 IPA dûbele wriuwingen, 1 minút nei UV-útharding.
Harsstabiliteit
De stabiliteit fan PUD #65215A waard ek hifke. In formulearring wurdt beskôge as planke-stabyl as nei 4 wiken by 40 °C de pH net ûnder 7 sakket en de viskositeit stabyl bliuwt yn ferliking mei it begjin. Foar ús testen hawwe wy besletten om de samples te ûnderwerpen oan de hurdere omstannichheden fan maksimaal 6 wiken by 50 °C. Under dizze omstannichheden wiene Standert #1 en #2 net stabyl.
Foar ús testen hawwe wy sjoen nei de hege glâns dúdlike, lege glâns dúdlike, en ek nei de lege glâns pigmentearre formulearringen dy't yn dizze stúdzje brûkt binne. Lykas te sjen is yn figuer 12, bleau de pH-stabiliteit fan alle trije formulearringen stabyl en boppe de pH-drompel fan 7.0. Figuer 13 yllustrearret de minimale viskositeitsferoaring nei 6 wiken by 50 °C.
FIGUER 12 | pH-stabiliteit fan formulearre PUD #65215A.
FIGUER 13 | Viskositeitsstabiliteit fan formulearre PUD #65215A.
In oare test dy't de stabiliteitsprestaasjes fan PUD #65215A oantoande, wie om de KCMA-flekkresistinsje fan in coatingformulering dy't 6 wiken by 50 °C ferâldere is, opnij te testen en dat te fergelykjen mei de earste KCMA-flekkresistinsje. Coatings dy't gjin goede stabiliteit fertoane, sille in fermindering fan kleurprestaasjes sjen. Lykas te sjen is yn figuer 14, behâlde PUD # 65215A itselde prestaasjenivo as yn 'e earste gemyske/flekkresistinsjetest fan' e pigmentearre coating werjûn yn tabel 3.
FIGUER 14 | Gemyske testpanielen foar pigmentearre PUD #65215A.
Konklúzjes
Foar applikators fan UV-úthardende coatings op wetterbasis sil PUD #65215A har yn steat stelle om te foldwaan oan de hjoeddeistige prestaasjenormen yn 'e merken foar timmerwurk, hout en kastwurk, en dêrneist sil it it coatingproses yn steat stelle om ferbetteringen yn linesnelheid te sjen fan mear as 50-60% yn ferliking mei hjoeddeistige standert UV-úthardende coatings op wetterbasis. Foar de applikator kin dit betsjutte:
● Fluggere produksje;
● Ferhege filmdikte ferminderet de needsaak foar ekstra lagen;
● Koartere droechlinen;
● Enerzjybesparring troch fermindere droechbehoeften;
● Minder skroot fanwegen rappe blokkearjende wjerstân;
●Fermindere coatingôffal troch harsstabiliteit.
Mei VOC's minder as 100 g/L kinne fabrikanten ek better oan har VOC-doelen foldwaan. Foar fabrikanten dy't miskien soargen hawwe oer útwreiding fanwegen fergunningsproblemen, sil de snelle wetterfrijlittende PUD #65215A har yn steat stelle om makliker oan har regeljouwingsferplichtingen te foldwaan sûnder prestaasjesopofferingen.
Oan it begjin fan dit artikel hawwe wy út ús ynterviews oanhelle dat applikators fan op oplosmiddel basearre UV-úthardbere materialen typysk coatings droegje en útharde yn in proses dat tusken de 3-5 minuten duorre. Wy hawwe yn dizze stúdzje oantoand dat neffens it proses werjûn yn figuer 3, PUD #65215A oant 7 mils wiete filmdikte yn 4 minuten úthardt mei in oventemperatuer fan 140 °C. Dit falt fier binnen it finster fan 'e measte op oplosmiddel basearre UV-úthardbere coatings. PUD #65215A koe hjoeddeistige applikators fan 'e op oplosmiddel basearre UV-úthardbere materialen mooglik meitsje om oer te skeakeljen nei in op wetter basearre UV-úthardber materiaal mei in lytse feroaring oan har coatingline.
Foar fabrikanten dy't produksjeútwreiding beskôgje, sille coatings basearre op PUD #65215A har yn steat stelle om:
● Besparje jild troch it brûken fan in koartere coatingline op wetterbasis;
● Hawwe in lytsere foetôfdruk fan 'e coatingline yn 'e foarsjenning;
● In fermindere ynfloed hawwe op hjoeddeistige VOC-fergunning;
● Realisearje enerzjybesparring troch fermindere droechbehoeften.
Konklúzjend sil PUD #65215A helpe om de produksje-effisjinsje fan UV-úthardbere coatinglinen te ferbetterjen troch hege fysike prestaasjes en snelle wetterfrijlittende skaaimerken fan 'e hars as it droege wurdt by 140 °C.
Pleatsingstiid: 14 augustus 2024
