Hoëprestasie UV-geneesbare bedekkings word al jare lank in die vervaardiging van vloere, meubels en kaste gebruik. Vir die grootste deel van hierdie tyd was 100%-vaste en oplosmiddelgebaseerde UV-geneesbare bedekkings die dominante tegnologie in die mark. In onlangse jare het watergebaseerde UV-geneesbare coating tegnologie gegroei. Water-gebaseerde UV-geneesbare harse het bewys dat dit 'n nuttige hulpmiddel vir vervaardigers is vir 'n verskeidenheid redes, insluitend die slaag van KCMA-vlek, chemiese weerstandstoetsing en die vermindering van VOC's. Vir hierdie tegnologie om aan te hou groei in hierdie mark, is verskeie dryfvere geïdentifiseer as sleutelareas waar verbeterings aangebring moet word. Dit sal watergebaseerde UV-geneesbare harse meer neem as om bloot die "moet-hê" te hê wat die meeste harse besit. Hulle sal waardevolle eienskappe by die deklaag begin voeg, waardeur elke posisie langs die waardeketting van deklaagformuleerder tot fabriektoediener tot installeerder en uiteindelik vir die eienaar sal bring.
Vervaardigers, veral vandag, begeer 'n deklaag wat meer sal doen as om net spesifikasies te slaag. Daar is ook ander eiendomme wat voordele bied in vervaardiging, verpakking en installering. Een gewenste eienskap is verbeterings in plantdoeltreffendheid. Vir die watergebaseerde deklaag beteken dit vinniger watervrystelling en vinniger blokkeerweerstand. Nog 'n gewenste eienskap is die verbetering van harsstabiliteit vir die vaslegging/hergebruik van 'n deklaag, en die bestuur van hul voorraad. Vir die eindgebruiker en installeerder is die gewenste eienskappe beter weerstand teen verbranding en geen metaalmerk tydens installasie nie.
Hierdie artikel sal nuwe ontwikkelings in water-gebaseerde UV-geneesbare poliuretane bespreek wat baie verbeterde 50 °C verfstabiliteit bied in helder, sowel as gepigmenteerde bedekkings. Dit bespreek ook hoe hierdie harse die verlangde eienskappe van die deklaagtoediener aanspreek deur lynspoed te verhoog deur vinnige watervrystelling, verbeterde blokweerstand en oplosmiddelweerstand van die lyn af, wat spoed vir stapel- en pakbewerkings verbeter. Dit sal ook van die lyn af skade wat soms voorkom, verbeter. Hierdie artikel bespreek ook verbeterings wat gedemonstreer is in vlek- en chemiese weerstand wat belangrik is vir installeerders en eienaars.
Agtergrond
Die landskap van die deklaagbedryf is voortdurend besig om te ontwikkel. Die "moet-hê" om net die spesifikasie teen 'n billike prys per toegediende mil te slaag, is eenvoudig nie genoeg nie. Die landskap vir fabrieksaangepaste bedekkings vir kabinette, skrynwerk, vloere en meubels verander vinnig. Formuleerders wat coatings aan die fabrieke verskaf, word gevra om coatings veiliger te maak vir werknemers om aan te wend, stowwe wat baie kommerwekkend is te verwyder, VOC's met water te vervang, en selfs minder fossielkoolstof en meer bio-koolstof te gebruik. Die realiteit is dat elke kliënt deur die hele waardeketting die laag vra om meer te doen as om net aan die spesifikasie te voldoen.
Ons span het 'n geleentheid gesien om meer waarde vir die fabriek te skep, en het op fabrieksvlak begin ondersoek instel na die uitdagings wat hierdie toedieners in die gesig staar. Na baie onderhoude het ons 'n paar algemene temas begin hoor:
- Om hindernisse toe te laat, verhoed my uitbreidingsdoelwitte;
- Kostes neem toe en ons kapitaalbegrotings neem af;
- Die koste van beide energie en personeel neem toe;
- Verlies van ervare werknemers;
- Ons korporatiewe SG&A-doelwitte, sowel as dié van my kliënt, moet bereik word; en
- Oorsese kompetisie.
Hierdie temas het gelei tot waarde-voorstelstellings wat begin resoneer het met toedieners van watergebaseerde UV-geneesbare poliuretane, veral in die skrynwerk- en kabinetmarkruimte soos: “vervaardigers van skrynwerk en kabinette soek verbeterings in fabrieksdoeltreffendheid” en “vervaardigers wil die vermoë hê om produksie op korter produksielyne uit te brei met minder herwerkskade as gevolg van die bedekkings met stadige watervrystellende eienskappe.”
Tabel 1 illustreer hoe, vir die vervaardiger van coatings grondstowwe, verbeterings in sekere coating eienskappe en fisiese eienskappe lei tot doeltreffendheid wat deur die eindgebruiker gerealiseer kan word.
TABEL 1 | Eienskappe en voordele.
Deur UV-geneesbare PUD's met sekere eienskappe soos gelys in Tabel 1 te ontwerp, sal eindgebruikvervaardigers in staat wees om behoeftes aan te spreek wat hulle het om aanlegdoeltreffendheid te verbeter. Dit sal hulle in staat stel om meer mededingend te wees, en hulle moontlik in staat stel om huidige produksie uit te brei.
Eksperimentele resultate en bespreking
UV-geneesbare Poliuretaan Dispersies Geskiedenis
In die 1990's het die kommersiële gebruike van anioniese poliuretaan-dispersies wat akrilaatgroepe aan die polimeer bevat, in industriële toepassings begin gebruik.1 Baie van hierdie toepassings was in verpakking, ink en houtbedekkings. Figuur 1 toon 'n generiese struktuur van 'n UV-geneesbare PUD, wat demonstreer hoe hierdie coating grondstowwe ontwerp is.
FIGUUR 1 | Generiese akrilaat funksionele poliuretaan dispersie.3
Soos getoon in Figuur 1, word UV-geneesbare poliuretaandispersies (UV-geneesbare PUDs) saamgestel uit die tipiese komponente wat gebruik word om poliuretaandispersies te maak. Alifatiese diisosianate word gereageer met die tipiese esters, diole, hidrofiliseringsgroepe en kettingverlengers wat gebruik word om poliuretaandispersies te maak.2 Die verskil is die byvoeging van 'n akrilaat funksionele ester, epoksie of eters wat in die pre-polimeerstap ingewerk word terwyl die dispersie gemaak word. . Keuse van materiale wat as boustene gebruik word, sowel as polimeerargitektuur en verwerking, bepaal 'n PUD se werkverrigting en droogeienskappe. Hierdie keuses in grondstowwe en verwerking sal lei tot UV-geneesbare PUD's wat nie-filmvormend kan wees, sowel as dié wat filmvormend is.3 Die filmvorming, of droogtipes, is die onderwerp van hierdie artikel.
Filmvorming, of droog soos dit dikwels genoem word, sal saamgevoegde films lewer wat droog is om aan te raak voor UV-harding. Omdat toedieners die lugbesoedeling van die deklaag as gevolg van deeltjies wil beperk, sowel as die behoefte aan spoed in hul produksieproses, word dit dikwels in oonde gedroog as deel van 'n deurlopende proses voor UV-uitharding. Figuur 2 toon die tipiese droog- en uithardingsproses van 'n UV-geneesbare PUD.
FIGUUR 2 | Proses om 'n UV-geneesbare PUD te genees.
Die toedieningsmetode wat gebruik word, is tipies bespuiting. Mes oor rol en selfs vloedjas is egter gebruik. Sodra dit aangebring is, sal die deklaag gewoonlik deur 'n vier-stap proses gaan voordat dit weer hanteer word.
1.Flits: Dit kan vir 'n paar sekondes tot 'n paar minute by kamertemperatuur of verhoogde temperature gedoen word.
2.Oonddroog: Dit is waar die water en mede-oplosmiddels uit die deklaag gedryf word. Hierdie stap is krities en neem gewoonlik die meeste tyd in 'n proses in beslag. Hierdie stap is gewoonlik by >140 °F en duur tot 8 minute. Multi-sone droogoonde kan ook gebruik word.
- IR-lamp en lugbeweging: Installering van IR-lampe en lugbewegingswaaiers sal die waterflits selfs vinniger versnel.
3.UV genesing.
4.Koel: Sodra dit genees is, sal die deklaag vir 'n geruime tyd moet genees om blokkeerweerstand te verkry. Hierdie stap kan so lank as 10 minute neem voordat blokkeerweerstand bereik word
Eksperimenteel
Hierdie studie het twee UV-geneesbare PUD's (WB UV), wat tans in die kabinet- en skrynwerkmark gebruik word, vergelyk met ons nuwe ontwikkeling, PUD # 65215A. In hierdie studie vergelyk ons Standerd #1 en Standerd #2 met PUD #65215A in droging, blokkering en chemiese weerstand. Ons evalueer ook pH-stabiliteit en viskositeitstabiliteit, wat van kritieke belang kan wees wanneer hergebruik van oorbespuiting en rakleeftyd oorweeg word. Getoon hieronder in Tabel 2 is die fisiese eienskappe van elk van die harse wat in hierdie studie gebruik is. Al drie stelsels is geformuleer tot soortgelyke foto-inisieerdervlak, VOC's en vastestofvlak. Al drie harse is geformuleer met 3% mede-oplosmiddel.
TABEL 2 | PUD harseienskappe.
Ons is in ons onderhoude meegedeel dat die meeste WB-UV-bedekkings in die skrynwerk- en kabinetmarkte op 'n produksielyn droog word, wat tussen 5-8 minute neem voordat UV genees. Daarenteen droog 'n oplosmiddel-gebaseerde UV (SB-UV) lyn binne 3-5 minute. Daarbenewens, vir hierdie mark, word coatings tipies 4-5 mil nat aangewend. 'n Groot nadeel vir watergedraagde UV-geneesbare bedekkings in vergelyking met UV-geneesbare oplosmiddel-gebaseerde alternatiewe is die tyd wat dit neem om water op 'n produksielyn te flits.4 Filmdefekte soos wit kolle sal voorkom as water nie behoorlik uit die coating voor UV genesing. Dit kan ook voorkom as die nat filmdikte te hoog is. Hierdie wit kolle word geskep wanneer water in die film vasgevang word tydens UV-genesing.5
Vir hierdie studie het ons 'n uithardingskedule gekies soortgelyk aan een wat op 'n UV-geneesbare oplosmiddel-gebaseerde lyn gebruik sal word. Figuur 3 toon ons toedienings-, droog-, uithardings- en verpakkingskedule wat vir ons studie gebruik is. Hierdie droogskedule verteenwoordig tussen 'n 50% tot 60% verbetering in algehele lynspoed oor die huidige markstandaard in skrynwerk- en kabinettoepassings.
FIGUUR 3 | Toediening, droging, uitharding en verpakkingskedule.
Hieronder is die toedienings- en genesingstoestande wat ons vir ons studie gebruik het:
● Spuit toediening oor maple fineer met 'n swart basislaag.
●30 sekondes kamertemperatuur flits.
●140 °F droogoond vir 2,5 minute (konveksie oond).
●UV genesing – intensiteit ongeveer 800 mJ/cm2.
- Duidelike bedekkings is gehard met 'n Hg-lamp.
- Gepigmenteerde bedekkings is genees met 'n kombinasie Hg/Ga-lamp.
●1-minuut afkoel voor opstapel.
Vir ons studie het ons ook drie verskillende nat filmdiktes gespuit om te sien of ander voordele soos minder lae ook gerealiseer sal word. 4 mils nat is tipies vir WB UV. Vir hierdie studie het ons ook 6 en 8 mils nat coating toedienings ingesluit.
Genesingsresultate
Standaard #1, 'n hoëglans deursigtige deklaag, resultate word in Figuur 4 getoon. Die WB UV helder deklaag is aangebring op mediumdigte veselplaat (MDF) wat voorheen bedek is met 'n swart basislaag en gehard volgens die skedule wat in Figuur 3 getoon word. By 4 mils nat gaan die laag deur. By 6 en 8 mils nat toediening het die deklaag egter gekraak, en 8 mils is maklik verwyder as gevolg van swak watervrystelling voor UV-uitharding.
FIGUUR 4 | Standaard #1.
'n Soortgelyke resultaat word ook gesien in Standerd #2, getoon in Figuur 5.
FIGUUR 5 | Standaard #2.
Getoon in Figuur 6, met dieselfde uithardingskedule as in Figuur 3, het PUD #65215A geweldige verbetering in watervrystelling/droging getoon. By 8 mils nat filmdikte is effense krake op die onderste rand van die monster waargeneem.
FIGUUR 6 | PUD #65215A.
Addisionele toetsing van PUD# 65215A in 'n lae-glans helder laag en gepigmenteerde laag oor dieselfde MDF met 'n swart basislaag is geëvalueer om watervrystelling eienskappe in ander tipiese coating formulerings te evalueer. Soos in Figuur 7 getoon, het die laeglansformulering by 5 en 7 mils nat toediening die water vrygestel en 'n goeie film gevorm. By 10 mils nat was dit egter te dik om die water vry te laat onder die droog- en uithardingskedule in Figuur 3.
FIGUUR 7 | Laagglans PUD #65215A.
In 'n witgepigmenteerde formule het PUD #65215A goed gevaar in dieselfde droog- en uithardingskedule soos beskryf in Figuur 3, behalwe wanneer dit toegedien is teen 8 nat mils. Soos in Figuur 8 getoon, kraak die film by 8 mils as gevolg van swak watervrystelling. In die algemeen in helder, lae-glans en gepigmenteerde formulerings, het PUD# 65215A goed gevaar in filmformasies en droog wanneer dit toegedien word tot 7 mils nat en uitgehard teen die versnelde droog- en uithardingskedule beskryf in Figuur 3.
FIGUUR 8 | Gepigmenteerde PUD #65215A.
Blokkeer resultate
Blokkeerweerstand is 'n laag se vermoë om nie aan 'n ander bedekte artikel vas te hou wanneer dit gestapel word nie. In die vervaardiging is dit dikwels 'n bottelnek as dit tyd neem vir 'n uitgeharde laag om blokweerstand te bereik. Vir hierdie studie is gepigmenteerde formulerings van Standaard #1 en PUD #65215A op glas toegedien teen 5 nat mils met behulp van 'n aftrekstaaf. Hierdie is elk gehard volgens die uithardingskedule in Figuur 3. Twee bedekte glaspanele is gelyktydig uitgehard – 4 minute na genesing is die panele saamgeklem, soos in Figuur 9 getoon. Hulle het vir 24 uur by kamertemperatuur saamgeklem gebly . As die panele maklik geskei is sonder afdruk of skade aan die bedekte panele, is die toets as 'n slaag beskou.
Figuur 10 illustreer die verbeterde blokkeerweerstand van PUD# 65215A. Alhoewel beide Standard #1 en PUD #65215A volle genesing in die vorige toets behaal het, het slegs PUD #65215A genoeg watervrystelling en genesing getoon om blokkeerweerstand te verkry.
FIGUUR 9 | Blokkeerweerstand toets illustrasie.
FIGUUR 10 | Blokkeerweerstand van Standaard #1, gevolg deur PUD #65215A.
Resultate vir die vermenging van akriel
Deklaagvervaardigers meng dikwels WB UV-geneesbare harse met akriel om koste te verlaag. Vir ons studie het ons ook gekyk na die vermenging van PUD#65215A met NeoCryl® XK-12, 'n water-gebaseerde akriel, wat dikwels gebruik word as 'n vermenging vennoot vir UV-geneesbare water-gebaseerde PUDs in die skrynwerk en kabinet mark. Vir hierdie mark word KCMA-vlektoetsing as die standaard beskou. Afhangende van die eindgebruiktoediening, sal sommige chemikalieë belangriker word as ander vir die vervaardiger van die bedekte artikel. 'n Aanslag van 5 is die beste en 'n gradering van 1 is die swakste.
Soos getoon in Tabel 3, presteer PUD #65215A besonder goed in KCMA-vlektoetsing as 'n hoëglans helder, lae glans helder, en as 'n gepigmenteerde laag. Selfs wanneer dit 1:1 met 'n akriel gemeng word, word die KCMA-vlektoetsing nie drasties beïnvloed nie. Selfs in kleuring met middels soos mosterd, het die laag na 24 uur tot 'n aanvaarbare vlak herstel.
TABEL 3 | Chemiese en vlekbestandheid (gradering van 5 is die beste).
Benewens KCMA-vlektoetsing, sal vervaardigers ook toets vir genesing onmiddellik na UV-genesing van die lyn af. Dikwels sal die effekte van akrielvermenging onmiddellik van die uithardingslyn in hierdie toets opgemerk word. Die verwagting is om nie deklaag deurbraak te hê na 20 isopropylalkohol dubbel vryf (20 IPA dr). Monsters word 1 minuut na UV genesing getoets. In ons toetsing het ons gesien dat 'n 1:1-mengsel van PUD# 65215A met 'n akriel nie hierdie toets geslaag het nie. Ons het egter gesien dat PUD #65215A met 25% NeoCryl XK-12 akriel gemeng kon word en steeds die 20 IPA dr-toets slaag (NeoCryl is 'n geregistreerde handelsmerk van die Covestro-groep).
FIGUUR 11 | 20 IPA dubbelvryf, 1 minuut na UV genesing.
Hars stabiliteit
Die stabiliteit van PUD #65215A is ook getoets. 'n Formulering word as rakstabiel beskou as die pH na 4 weke by 40 °C nie onder 7 daal nie en die viskositeit stabiel bly in vergelyking met die aanvanklike. Vir ons toetsing het ons besluit om die monsters te onderwerp aan die strenger toestande van tot 6 weke by 50 °C. By hierdie toestande was die Standerd #1 en #2 nie stabiel nie.
Vir ons toets het ons gekyk na die hoë-glans helder, lae glans helder, sowel as die lae glans gepigmenteerde formulerings wat in hierdie studie gebruik is. Soos getoon in Figuur 12, het die pH-stabiliteit van al drie formulerings stabiel gebly en bo die 7.0 pH-drempel. Figuur 13 illustreer die minimale viskositeitsverandering na 6 weke by 50 °C.
FIGUUR 12 | pH-stabiliteit van geformuleerde PUD #65215A.
FIGUUR 13 | Viskositeitstabiliteit van geformuleerde PUD #65215A.
Nog 'n toets wat die stabiliteitsprestasie van PUD #65215A demonstreer, was om weer die KCMA-vlekweerstand van 'n deklaagformulering wat vir 6 weke by 50 °C verouder is, te toets, en dit te vergelyk met die aanvanklike KCMA-vlekweerstand. Bedekkings wat nie goeie stabiliteit toon nie, sal dalings in vlekprestasie sien. Soos getoon in Figuur 14, het PUD# 65215A dieselfde vlak van werkverrigting gehandhaaf as wat dit gedoen het in die aanvanklike chemiese/vlekweerstandstoetsing van die gepigmenteerde laag wat in Tabel 3 getoon is.
FIGUUR 14 | Chemiese toetspanele vir gepigmenteerde PUD #65215A.
Gevolgtrekkings
Vir toedieners van UV-geneesbare water-gebaseerde bedekkings, sal PUD #65215A hulle in staat stel om aan die huidige prestasiestandaarde in die skrynwerk-, hout- en kabinetmarkte te voldoen, en sal die bedekkingsproses boonop in staat stel om lynspoedverbeterings tot meer as 50 te sien. -60% bo huidige standaard UV-geneesbare water-gebaseerde bedekkings. Vir die toediener kan dit beteken:
●Vinniger produksie;
●Verhoogde filmdikte verminder die behoefte aan bykomende lae;
●Korter drooglyne;
●Energiebesparing as gevolg van verminderde droogbehoeftes;
●Minder afval as gevolg van vinnige blokkeerweerstand;
●Verminder deklaagafval as gevolg van harsstabiliteit.
Met VOC's minder as 100 g/L, is vervaardigers ook meer in staat om hul VOC-teikens te bereik. Vir vervaardigers wat dalk probleme ondervind met uitbreiding weens permitkwessies, sal die vinnige watervrystelling PUD #65215A hulle in staat stel om makliker hul regulatoriese verpligtinge na te kom sonder prestasie-opofferings.
In die begin van hierdie artikel het ons uit ons onderhoude aangehaal dat toedieners van oplosmiddel-gebaseerde UV-geneesbare materiale tipies coatings sal droog en genees in 'n proses wat tussen 3-5 minute neem. Ons het in hierdie studie getoon dat volgens die proses wat in Figuur 3 getoon word, PUD #65215A tot 7 mils nat filmdiktes in 4 minute met 'n oondtemperatuur van 140 °C sal genees. Dit is goed binne die venster van die meeste oplosmiddel-gebaseerde UV-geneesbare bedekkings. PUD #65215A kan moontlik huidige toedieners van die oplosmiddel-gebaseerde UV-geneesbare materiale in staat stel om oor te skakel na 'n water-gebaseerde UV-geneesbare materiaal met min verandering aan hul deklaaglyn.
Vir vervaardigers wat produksie-uitbreiding oorweeg, sal coatings gebaseer op PUD #65215A hulle in staat stel om:
●Bespaar geld deur die gebruik van 'n korter watergebaseerde deklaaglyn;
●Het 'n kleiner deklaaglyn-voetspoor in die fasiliteit;
●Het 'n verminderde impak op huidige VOC-permit;
●Realiseer energiebesparing as gevolg van verminderde droogbehoeftes.
Ten slotte, PUD #65215A sal help om die vervaardigingsdoeltreffendheid van UV-geneesbare bedekkingslyne te verbeter deur hoë-fisiese eienskappe en vinnige watervrystellingseienskappe van die hars wanneer dit by 140 °C gedroog word.
Postyd: 14 Aug. 2024
