Hoëprestasie UV-uithardbare bedekkings word al jare lank in die vervaardiging van vloerbedekkings, meubels en kaste gebruik. Vir die grootste deel van hierdie tyd was 100% vaste en oplosmiddelgebaseerde UV-uithardbare bedekkings die dominante tegnologie in die mark. In onlangse jare het watergebaseerde UV-uithardbare bedekkingstegnologie gegroei. Watergebaseerde UV-uithardbare harse het bewys dat dit 'n nuttige hulpmiddel vir vervaardigers is om verskeie redes, insluitend die slaag van KCMA-kleuring, chemiese weerstandstoetsing en die vermindering van VOS'e. Vir hierdie tegnologie om aan te hou groei in hierdie mark, is verskeie drywers geïdentifiseer as sleutelareas waar verbeterings aangebring moet word. Dit sal watergebaseerde UV-uithardbare harse verder neem as om bloot die "moet-hê" te hê wat die meeste harse besit. Hulle sal waardevolle eienskappe by die bedekking voeg, wat waarde bring na elke posisie langs die waardeketting, van bedekkingsformuleerder tot fabrieksaanwender tot installeerder en uiteindelik tot die eienaar.
Vervaardigers, veral vandag, verlang 'n deklaag wat meer sal doen as om net aan spesifikasies te voldoen. Daar is ook ander eienskappe wat voordele bied in vervaardiging, verpakking en installasie. Een gewenste kenmerk is verbeterings in aanlegdoeltreffendheid. Vir die watergebaseerde deklaag beteken dit vinniger watervrystelling en vinniger blokkeringsweerstand. Nog 'n gewenste kenmerk 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 polijstweerstand en geen metaalmerke tydens installasie nie.
Hierdie artikel bespreek nuwe ontwikkelings in watergebaseerde UV-uithardbare poliuretane wat baie verbeterde 50 °C verfstabiliteit in helder sowel as gepigmenteerde bedekkings bied. Dit bespreek ook hoe hierdie harse die verlangde eienskappe van die bedekkingsapplikator aanspreek om lynspoed te verhoog deur vinnige watervrystelling, verbeterde blokweerstand en oplosmiddelweerstand van die lyn af, wat die spoed vir stapel- en verpakkingsbedrywighede verbeter. Dit sal ook skade van die lyn af wat soms voorkom, verbeter. Hierdie artikel bespreek ook verbeterings wat gedemonstreer word in vlek- en chemiese weerstand wat belangrik is vir installeerders en eienaars.
Agtergrond
Die landskap van die bedekkingsbedryf ontwikkel voortdurend. Die "moet-hê" om net aan die spesifikasie te voldoen teen 'n redelike prys per toegepaste mil is eenvoudig nie genoeg nie. Die landskap vir fabrieks-toegediende bedekkings op kabinette, skrynwerk, vloere en meubels verander vinnig. Formuleerders wat bedekkings aan die fabrieke verskaf, word gevra om bedekkings veiliger te maak vir werknemers om aan te wend, stowwe van groot kommer te verwyder, VOS'e met water te vervang, en selfs minder fossielkoolstof en meer biokoolstof te gebruik. Die realiteit is dat elke kliënt regdeur die waardeketting vra dat die bedekking meer doen as om net aan die spesifikasie te voldoen.
Omdat ons span 'n geleentheid gesien het om meer waarde vir die fabriek te skep, het hulle op fabrieksvlak begin ondersoek instel na die uitdagings waarmee hierdie applikators te kampe gehad het. Na baie onderhoude het ons 'n paar algemene temas begin hoor:
- Om toe te laat dat struikelblokke my uitbreidingsdoelwitte belemmer;
- Koste styg en ons kapitaalbegrotings neem af;
- Koste van beide energie en personeel styg;
- Verlies van ervare werknemers;
- Ons korporatiewe V&A-doelwitte, sowel as dié van my kliënt, moet bereik word; en
- Oorsese kompetisie.
Hierdie temas het gelei tot waardevoorstelle wat begin resoneer het met toedieners van watergebaseerde UV-uithardbare poliuretane, veral in die mark vir skrynwerk en kabinetwerk, soos: "vervaardigers van skrynwerk en kabinetwerk soek verbeterings in fabrieksdoeltreffendheid" en "vervaardigers wil die vermoë hê om produksie op korter produksielyne uit te brei met minder herbewerkingskade as gevolg van die bedekkings met stadige watervrystellende eienskappe."
Tabel 1 illustreer hoe verbeterings in sekere bedekkingseienskappe en fisiese eienskappe vir die vervaardiger van bedekkingsgrondstowwe lei tot doeltreffendheid wat deur die eindgebruiker gerealiseer kan word.
TABEL 1 | Eienskappe en voordele.
Deur UV-uithardbare PUD's met sekere eienskappe te ontwerp, soos gelys in Tabel 1, sal eindgebruikervervaardigers in staat wees om hul behoeftes te hanteer 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-uithardbare poliuretaan-dispersies geskiedenis
In die 1990's het die kommersiële gebruike van anioniese poliuretaan-dispersies wat akrilaatgroepe bevat wat aan die polimeer geheg is, in industriële toepassings begin gebruik word.1 Baie van hierdie toepassings was in verpakking, ink en houtbedekkings. Figuur 1 toon 'n generiese struktuur van 'n UV-uithardbare PUD, wat demonstreer hoe hierdie bedekkingsgrondstowwe ontwerp word.
FIGUUR 1 | Generiese akrilaat funksionele poliuretaan dispersie.3
Soos getoon in Figuur 1, bestaan UV-uithardbare poliuretaan-dispersies (UV-uithardbare PUD's) uit die tipiese komponente wat gebruik word om poliuretaan-dispersies te maak. Alifatiese diisosianate reageer met die tipiese esters, diole, hidrofiliseringsgroepe en kettingverlengers wat gebruik word om poliuretaan-dispersies te maak.2 Die verskil is die byvoeging van 'n akrilaatfunksionele ester, epoksie of eters wat in die voor-polimeerstap ingesluit word terwyl die dispersie gemaak word. Die keuse van materiale wat as boustene gebruik word, sowel as polimeerargitektuur en -verwerking, bepaal 'n PUD se werkverrigting en droogkenmerke. Hierdie keuses in grondstowwe en verwerking sal lei tot UV-uithardbare PUD's wat nie-filmvormend kan wees, sowel as dié wat filmvormend is.3 Die filmvormende, of droogtipes, is die onderwerp van hierdie artikel.
Filmvorming, of droging soos dit dikwels genoem word, sal saamgesmelte films lewer wat droog is om aan te raak voor UV-uitharding. Omdat toedieners lugbesoedeling van die deklaag as gevolg van partikels wil beperk, sowel as die behoefte aan spoed in hul produksieproses, word hierdie dikwels in oonde gedroog as deel van 'n deurlopende proses voor UV-uitharding. Figuur 2 toon die tipiese droog- en uithardingsproses van 'n UV-uithardbare PUD.
FIGUUR 2 | Proses om 'n UV-uithardbare PUD te genees.
Die aanwendingsmetode wat gebruik word, is tipies spuit. Mes-oor-rol en selfs vloedlaag is egter al gebruik. Sodra die laag aangewend is, sal dit gewoonlik deur 'n vierstapproses gaan voordat dit weer hanteer word.
1. Flits: Dit kan by kamer- of verhoogde temperature vir 'n paar sekondes tot 'n paar minute 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: Die installering van IR-lampe en lugbewegingswaaiers sal die waterflits selfs vinniger versnel.
3. UV-uitharding.
4. Koel af: Sodra dit uitgehard is, sal die laag vir 'n geruime tyd moet uithard om blokkeringsweerstand te bereik. Hierdie stap kan tot 10 minute duur voordat blokkeringsweerstand bereik word.
Eksperimenteel
Hierdie studie het twee UV-uithardbare 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 Standaard #1 en Standaard #2 met PUD #65215A in droog-, blokkerings- en chemiese weerstand. Ons evalueer ook pH-stabiliteit en viskositeitsstabiliteit, wat krities kan wees wanneer hergebruik van oorbespuiting en rakleeftyd oorweeg word. Hieronder in Tabel 2 word die fisiese eienskappe van elk van die harse wat in hierdie studie gebruik is, getoon. Al drie stelsels is geformuleer tot 'n soortgelyke fotoinisieerdervlak, VOS'e en vastestofvlak. Al drie harse is geformuleer met 3% mede-oplosmiddel.
TABEL 2 | PUD-harseienskappe.
In ons onderhoude is ons meegedeel dat die meeste WB-UV-bedekkings in die skrynwerk- en kabinetmarkte op 'n produksielyn droog word, wat tussen 5-8 minute neem voor UV-uitharding. In teenstelling hiermee droog 'n oplosmiddelgebaseerde UV (SB-UV) lyn in 3-5 minute. Boonop word bedekkings vir hierdie mark tipies 4-5 mil nat aangewend. 'n Groot nadeel vir watergedraagde UV-uithardbare bedekkings in vergelyking met UV-uithardbare oplosmiddelgebaseerde alternatiewe is die tyd wat dit neem om water op 'n produksielyn te laat flit.4 Filmdefekte soos wit kolle sal voorkom as water nie behoorlik uit die bedekking geflits is voor UV-uitharding nie. Dit kan ook voorkom as die nat filmdikte te hoog is. Hierdie wit kolle word geskep wanneer water tydens UV-uitharding binne die film vasgevang word.5
Vir hierdie studie het ons 'n uithardingskedule gekies soortgelyk aan een wat op 'n UV-uithardbare oplosmiddelgebaseerde lyn gebruik sou word. Figuur 3 toon ons toepassings-, droog-, uithardings- en verpakkingskedule wat vir ons studie gebruik is. Hierdie droogskedule verteenwoordig 'n verbetering van tussen 50% en 60% in algehele lynspoed teenoor die huidige markstandaard in skrynwerk- en kabinettoepassings.
FIGUUR 3 | Toedienings-, droog-, genesings- en verpakkingskedule.
Hieronder is die toepassings- en uithardingsomstandighede wat ons vir ons studie gebruik het:
● Spuittoediening oor esdoringfineer met 'n swart basislaag.
●30-sekonde kamertemperatuur flits.
● Droogoond teen 140 °F vir 2.5 minute (konveksie-oond).
●UV-uitharding – intensiteit ongeveer 800 mJ/cm2.
- Deursigtige bedekkings is met 'n Hg-lamp uitgehard.
- Gepigmenteerde bedekkings is uitgehard met behulp van 'n kombinasie Hg/Ga-lamp.
●1 minuut afkoeltyd voor stapeling.
Vir ons studie het ons ook drie verskillende natfilmdiktes gespuit om te sien of ander voordele soos minder lae ook gerealiseer sou word. 4 mil nat is die tipiese dikte vir WB UV. Vir hierdie studie het ons ook 6 en 8 mil nat bedekkingstoepassings ingesluit.
Genesingsresultate
Standaard #1, 'n hoëglans-deursigtige laag, se resultate word in Figuur 4 getoon. Die WB UV-deursigtige laag is aangewend op mediumdigte veselbord (MDF) wat voorheen met 'n swart basislaag bedek en uitgehard is volgens die skedule wat in Figuur 3 getoon word. By 4 mil nat slaag die laag. By 6 en 8 mil nat toediening het die laag egter gekraak, en 8 mil is maklik verwyder as gevolg van swak watervrystelling voor UV-uitharding.
FIGUUR 4 | Standaard #1.
'n Soortgelyke resultaat word ook gesien in Standaard #2, getoon in Figuur 5.
FIGUUR 5 | Standaard #2.
Soos getoon in Figuur 6, met dieselfde uithardingskedule as in Figuur 3, het PUD #65215A 'n geweldige verbetering in watervrystelling/droging getoon. By 'n nat filmdikte van 8 mil is effense krake aan die onderste rand van die monster waargeneem.
FIGUUR 6 | PUD #65215A.
Bykomende toetsing van PUD# 65215A in 'n lae-glans deursigtige laag en gepigmenteerde laag oor dieselfde MDF met 'n swart basislaag is geëvalueer om watervrystellingseienskappe in ander tipiese laagformulerings te evalueer. Soos getoon in Figuur 7, het die lae-glans formulering by 5 en 7 mil nat toediening die water vrygestel en 'n goeie film gevorm. By 10 mil nat was dit egter te dik om die water vry te stel onder die droog- en uithardingskedule in Figuur 3.
FIGUUR 7 | Laeglans PUD #65215A.
In 'n wit gepigmenteerde formule het PUD #65215A goed gevaar in dieselfde droog- en uithardingskedule wat in Figuur 3 beskryf word, behalwe wanneer dit teen 8 nat mils toegedien word. Soos in Figuur 8 getoon, kraak die film by 8 mils as gevolg van swak watervrystelling. Oor die algemeen, in helder, lae-glans en gepigmenteerde formulerings, het PUD# 65215A goed gevaar in filmvormings en droging wanneer dit tot 7 mils nat toegedien en uitgehard is volgens die versnelde droog- en uithardingskedule wat in Figuur 3 beskryf word.
FIGUUR 8 | Gepigmenteerde PUD #65215A.
Blokkeerresultate
Blokkeringsweerstand is 'n deklaag se vermoë om nie aan 'n ander bedekte artikel vas te kleef wanneer dit gestapel word nie. In vervaardiging is dit dikwels 'n knelpunt as dit tyd neem vir 'n uitgeharde deklaag om blokkeringsweerstand te bereik. Vir hierdie studie is gepigmenteerde formulerings van Standaard #1 en PUD #65215A op glas aangewend teen 5 nat mil met behulp van 'n aftrekstaaf. Hierdie is elk uitgehard volgens die uithardingskedule in Figuur 3. Twee bedekte glaspanele is gelyktydig uitgehard – 4 minute na uitharding is die panele aanmekaar vasgeklem, soos getoon in Figuur 9. Hulle het vir 24 uur by kamertemperatuur aanmekaar vasgeklem gebly. As die panele maklik geskei kon word sonder afdruk of skade aan die bedekte panele, is die toets as 'n slaagpunt beskou.
Figuur 10 illustreer die verbeterde blokkeringsweerstand van PUD# 65215A. Alhoewel beide Standaard #1 en PUD #65215A volle uitharding in die vorige toets behaal het, het slegs PUD #65215A genoeg watervrystelling en uitharding getoon om blokkeringsweerstand te bereik.
FIGUUR 9 | Illustrasie van blokkeringsweerstandstoets.
FIGUUR 10 | Blokkeerweerstand van Standaard #1, gevolg deur PUD #65215A.
Akrielmengresultate
Bedekkingsvervaardigers meng dikwels WB UV-uithardbare harse met akrielvervaardigers om koste te verlaag. Vir ons studie het ons ook gekyk na die vermenging van PUD#65215A met NeoCryl® XK-12, 'n watergebaseerde akrielvervaardiger, wat dikwels as 'n mengvennoot vir UV-uithardbare watergebaseerde PUD's in die skrynwerk- en kabinetmark gebruik word. Vir hierdie mark word KCMA-vlektoetsing as die standaard beskou. Afhangende van die eindgebruiktoepassing, sal sommige chemikalieë belangriker word as ander vir die vervaardiger van die bedekte artikel. 'n Gradering 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-kleurtoetsing as 'n hoëglans-deursigtige, laeglans-deursigtige, en as 'n gepigmenteerde laag. Selfs wanneer dit 1:1 met 'n akriel gemeng word, word die KCMA-kleurtoetsing 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-vlektoetse, sal vervaardigers ook onmiddellik na UV-uitharding van die lyn af vir uitharding toets. Dikwels sal die effekte van akrielvermenging onmiddellik van die uithardingslyn af in hierdie toets opgemerk word. Die verwagting is dat daar nie 'n deurbraak van die deklaag sal wees na 20 isopropylalkohol-dubbelvryfsels (20 IPA dr) nie. Monsters word 1 minuut na UV-uitharding getoets. In ons toetse 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 kon slaag (NeoCryl is 'n geregistreerde handelsmerk van die Covestro-groep).
FIGUUR 11 | 20 IPA dubbelvryfbeurte, 1 minuut na UV-uitharding.
Harsstabiliteit
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 aan die strawer toestande van tot 6 weke by 50 °C te onderwerp. Onder hierdie toestande was Standaard #1 en #2 nie stabiel nie.
Vir ons toetsing het ons gekyk na die hoëglans-deursigtige, laeglans-deursigtige, sowel as die laeglans-gepigmenteerde formulasies wat in hierdie studie gebruik is. Soos getoon in Figuur 12, het die pH-stabiliteit van al drie formulasies stabiel gebly en bo die pH-drempel van 7.0. Figuur 13 illustreer die minimale viskositeitsverandering na 6 weke by 50 °C.
FIGUUR 12 | pH-stabiliteit van geformuleerde PUD #65215A.
FIGUUR 13 | Viskositeitsstabiliteit van geformuleerde PUD #65215A.
Nog 'n toets wat die stabiliteitsprestasie van PUD #65215A demonstreer, was om weer die KCMA-vlekweerstand van 'n bedekkingsformulering 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 afname in vlekprestasie sien. Soos getoon in Figuur 14, het PUD# 65215A dieselfde vlak van prestasie gehandhaaf as in die aanvanklike chemiese/vlekweerstandstoets van die gepigmenteerde bedekking wat in Tabel 3 getoon word.
FIGUUR 14 | Chemiese toetspanele vir gepigmenteerde PUD #65215A.
Gevolgtrekkings
Vir toedieners van UV-uithardende watergebaseerde bedekkings, sal PUD #65215A hulle in staat stel om aan die huidige prestasiestandaarde in die skrynwerk-, hout- en kabinetmarkte te voldoen, en boonop sal dit die bedekkingsproses in staat stel om lynspoedverbeterings van meer as 50-60% te sien teenoor huidige standaard UV-uithardende watergebaseerde 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 blokkeringsweerstand;
● Verminderde bedekkingsafval as gevolg van harsstabiliteit.
Met VOS'e minder as 100 g/L, is vervaardigers ook beter in staat om hul VOS-teikens te bereik. Vir vervaardigers wat dalk uitbreidingsbekommernisse het as gevolg van permitprobleme, sal die vinnig-watervrystellende PUD #65215A hulle in staat stel om makliker hul regulatoriese verpligtinge na te kom sonder om prestasie-inbreuke te maak.
Aan die begin van hierdie artikel het ons uit ons onderhoude aangehaal dat toedieners van oplosmiddel-gebaseerde UV-uithardbare materiale tipies bedekkings sou droogmaak en uithard in 'n proses wat tussen 3-5 minute geneem het. Ons het in hierdie studie gedemonstreer dat volgens die proses wat in Figuur 3 getoon word, PUD #65215A tot 7 mil nat filmdiktes in 4 minute met 'n oondtemperatuur van 140 °C sal uithard. Dit is binne die venster van die meeste oplosmiddel-gebaseerde UV-uithardbare bedekkings. PUD #65215A kan moontlik huidige toedieners van die oplosmiddel-gebaseerde UV-uithardbare materiale in staat stel om oor te skakel na 'n water-gebaseerde UV-uithardbare materiaal met min verandering aan hul bedekkingslyn.
Vir vervaardigers wat produksie-uitbreiding oorweeg, sal bedekkings gebaseer op PUD #65215A hulle in staat stel om:
● Bespaar geld deur die gebruik van 'n korter watergebaseerde bedekkingslyn;
●Hê 'n kleiner bedekkingslynvoetspoor in die fasiliteit;
●’n Verminderde impak op huidige VOS-permit hê;
●Realiseer energiebesparings as gevolg van verminderde droogbehoeftes.
Ten slotte sal PUD #65215A help om die vervaardigingsdoeltreffendheid van UV-uithardbare bedekkingslyne te verbeter deur hoë fisiese eienskapsprestasie en vinnige watervrystellende eienskappe van die hars wanneer dit by 140 °C gedroog word.
Plasingstyd: 14 Augustus 2024
