Yüksek performanslı UV ile kürlenebilen kaplamalar, uzun yıllardır döşeme, mobilya ve dolap üretiminde kullanılmaktadır. Bu sürenin büyük bir kısmında, %100 katı ve solvent bazlı UV ile kürlenebilen kaplamalar pazardaki baskın teknoloji olmuştur. Son yıllarda, su bazlı UV ile kürlenebilen kaplama teknolojisi gelişmiştir. Su bazlı UV ile kürlenebilen reçineler, KCMA boya testini geçme, kimyasal direnç testleri ve VOC'leri azaltma gibi çeşitli nedenlerle üreticiler için faydalı bir araç olduğunu kanıtlamıştır. Bu teknolojinin bu pazarda büyümeye devam etmesi için, iyileştirmeler yapılması gereken temel alanlar olarak çeşitli itici güçler belirlenmiştir. Bunlar, su bazlı UV ile kürlenebilen reçineleri, çoğu reçinenin sahip olduğu "olmazsa olmaz" özelliklerden öteye taşıyacaktır. Kaplamaya değerli özellikler katmaya başlayacak ve kaplama formülatöründen fabrika uygulayıcısına, montajcıya ve son olarak mal sahibine kadar değer zincirindeki her konuma değer katacaktır.
Üreticiler, özellikle günümüzde, sadece teknik özellikleri karşılayan bir kaplamadan daha fazlasını talep ediyor. Üretim, paketleme ve montajda fayda sağlayan başka özellikler de mevcut. İstenen özelliklerden biri, tesis verimliliğindeki iyileştirmelerdir. Su bazlı kaplama için bu, daha hızlı su salınımı ve daha hızlı tıkanma direnci anlamına gelir. Bir diğer istenen özellik ise, kaplamanın yakalanması/yeniden kullanımı için reçine stabilitesinin iyileştirilmesi ve envanter yönetimidir. Son kullanıcı ve montajcı için istenen özellikler ise daha iyi cila direnci ve montaj sırasında metal izi oluşmamasıdır.
Bu makale, şeffaf ve pigmentli kaplamalarda 50°C'ye kadar boya stabilitesini önemli ölçüde iyileştiren su bazlı UV kürlenebilir poliüretanlardaki yeni gelişmeleri ele alacaktır. Ayrıca, bu reçinelerin, hızlı su salınımı, iyileştirilmiş blok direnci ve hat dışında solvent direnci sayesinde hat hızını artırarak kaplama aplikatörünün istenen özelliklerini nasıl karşıladığını ve bu sayede istifleme ve paketleme işlemlerinin hızını nasıl iyileştirdiğini de ele almaktadır. Bu, bazen meydana gelen hat dışı hasarı da azaltacaktır. Bu makale ayrıca, montajcılar ve mal sahipleri için önemli olan leke ve kimyasal direncinde gösterilen iyileştirmeleri de ele almaktadır.
Arka plan
Kaplama sektörünün görünümü sürekli değişiyor. Uygulanan mil başına makul bir fiyatla spesifikasyonları karşılamak gibi "olmazsa olmazlar" yeterli değil. Dolap, doğrama, döşeme ve mobilyalara fabrikada uygulanan kaplamaların görünümü hızla değişiyor. Fabrikalara kaplama tedarik eden formülatörlerden, çalışanlar için kaplamaları daha güvenli hale getirmeleri, yüksek endişe yaratan maddeleri ortadan kaldırmaları, VOC'leri suyla değiştirmeleri ve hatta daha az fosil karbon ve daha fazla biyokarbon kullanmaları isteniyor. Gerçek şu ki, değer zinciri boyunca her müşteri, kaplamanın sadece spesifikasyonları karşılamasını değil, daha fazlasını yapmasını istiyor.
Fabrika için daha fazla değer yaratma fırsatı gören ekibimiz, bu uygulayıcıların karşılaştığı zorlukları fabrika düzeyinde araştırmaya başladı. Birçok görüşmeden sonra bazı ortak noktalar duymaya başladık:
- İzin verilen engeller, genişleme hedeflerimi engelliyor;
- Maliyetler artıyor ve sermaye bütçelerimiz azalıyor;
- Hem enerji hem de personel maliyetleri artıyor;
- Deneyimli çalışanların kaybı;
- Kurumsal SG&A hedeflerimizin yanı sıra müşterimin hedeflerine de ulaşılması gerekiyor; ve
- Yurt dışı rekabeti.
Bu temalar, özellikle doğrama ve dolap sektöründeki su bazlı UV ile kürlenen poliüretan uygulayıcıları arasında yankı uyandırmaya başlayan değer önerisi ifadelerine yol açtı: "doğrama ve dolap üreticileri fabrika verimliliğinde iyileştirmeler arıyor" ve "üreticiler, yavaş su salınımı özelliğine sahip kaplamalar sayesinde daha az yeniden işleme hasarıyla daha kısa üretim hatlarında üretimi genişletme olanağı istiyor."
Tablo 1, kaplama hammaddeleri üreticisi açısından, belirli kaplama niteliklerinde ve fiziksel özelliklerde yapılan iyileştirmelerin, son kullanıcı tarafından gerçekleştirilebilecek verimliliğe nasıl yol açtığını göstermektedir.
TABLO 1 | Nitelikler ve faydalar.
Tablo 1'de listelenen belirli özelliklere sahip UV ile kürlenebilen PUD'ler tasarlayarak, son kullanıcı üreticileri tesis verimliliğini artırma ihtiyaçlarını karşılayabileceklerdir. Bu, daha rekabetçi olmalarını ve potansiyel olarak mevcut üretim kapasitelerini genişletmelerini sağlayacaktır.
Deneysel Sonuçlar ve Tartışma
UV ile Sertleşen Poliüretan Dispersiyonların Tarihi
1990'larda, polimere bağlı akrilat grupları içeren anyonik poliüretan dispersiyonlarının ticari kullanımları endüstriyel uygulamalarda kullanılmaya başlandı.1 Bu uygulamaların çoğu ambalaj, mürekkep ve ahşap kaplamalardaydı. Şekil 1, UV ile kürlenen bir PUD'nin genel yapısını göstererek bu kaplama hammaddelerinin nasıl tasarlandığını göstermektedir.
ŞEKİL 1 | Genel akrilat fonksiyonel poliüretan dispersiyonu.3
Şekil 1'de gösterildiği gibi, UV ile kürlenebilen poliüretan dispersiyonları (UV ile kürlenebilen PUD'lar), poliüretan dispersiyonları yapmak için kullanılan tipik bileşenlerden oluşur. Alifatik diizosiyanatlar, poliüretan dispersiyonları yapmak için kullanılan tipik esterler, dioller, hidrofilizasyon grupları ve zincir uzatıcılarla reaksiyona girer.2 Aradaki fark, dispersiyonun yapımı sırasında ön polimer aşamasına dahil edilen akrilat fonksiyonel ester, epoksi veya eterlerdir. Yapı taşı olarak kullanılan malzemelerin seçimi, polimer mimarisi ve işlenmesi, PUD'un performansını ve kuruma özelliklerini belirler. Hammadde ve işlemedeki bu seçimler, film oluşturmayan ve film oluşturan UV ile kürlenebilen PUD'ların ortaya çıkmasına yol açacaktır.3 Film oluşturan veya kuruyan tipler bu makalenin konusudur.
Film oluşturma veya sıklıkla adlandırıldığı şekliyle kurutma, UV kürlemeden önce dokunulduğunda kuru olan birleşmiş filmler elde edilmesini sağlar. Uygulayıcılar, kaplamanın partiküllerden kaynaklanan havadaki kirlenmesini sınırlamak istedikleri ve üretim süreçlerinde hıza ihtiyaç duydukları için, bunlar genellikle UV kürlemeden önce sürekli bir işlemin parçası olarak fırınlarda kurutulur. Şekil 2, UV ile kürlenebilen bir PUD'nin tipik kurutma ve kürleme sürecini göstermektedir.
ŞEKİL 2 | UV ile kürlenebilen bir PUD'un kürlenme süreci.
Uygulama yöntemi genellikle püskürtmedir. Ancak, rulo ile uygulama ve hatta sel kat uygulaması da kullanılmıştır. Kaplama uygulandıktan sonra, tekrar uygulanmadan önce genellikle dört aşamalı bir işlemden geçer.
1.Flaş: Bu işlem oda sıcaklığında veya yüksek sıcaklıklarda birkaç saniyeden birkaç dakikaya kadar yapılabilir.
2. Fırında kurutma: Bu, su ve yardımcı çözücülerin kaplamadan uzaklaştırıldığı aşamadır. Bu adım kritiktir ve genellikle işlemde en fazla zaman alan aşamadır. Bu adım genellikle 70°C'nin üzerinde gerçekleşir ve 8 dakikaya kadar sürer. Çok bölgeli kurutma fırınları da kullanılabilir.
- IR lamba ve hava hareketi: IR lambaların ve hava hareketi fanlarının takılması suyun daha hızlı akmasını sağlayacaktır.
3.UV kürleme.
4.Soğutma: Kürlendikten sonra, kaplamanın blokaj direncine ulaşması için bir süre kürlenmesi gerekecektir. Blokaj direncine ulaşması 10 dakikaya kadar sürebilir.
Deneysel
Bu çalışma, dolap ve doğrama sektöründe halihazırda kullanılan iki UV ile kürlenebilen PUD'u (WB UV), yeni geliştirmemiz PUD # 65215A ile karşılaştırmıştır. Bu çalışmada, Standart #1 ve Standart #2'yi kuruma, blokaj ve kimyasal direnç açısından PUD # 65215A ile karşılaştırıyoruz. Ayrıca, aşırı püskürtmenin yeniden kullanımı ve raf ömrü dikkate alındığında kritik olabilecek pH kararlılığı ve viskozite kararlılığını da değerlendiriyoruz. Aşağıdaki Tablo 2'de, bu çalışmada kullanılan her bir reçinenin fiziksel özellikleri gösterilmektedir. Her üç sistem de benzer fotobaşlatıcı, uçucu organik bileşikler ve katı madde seviyelerine göre formüle edilmiştir. Her üç reçine de %3 yardımcı çözücü ile formüle edilmiştir.
TABLO 2 | PUD reçine özellikleri.
Röportajlarımızda, doğrama ve dolap pazarlarındaki WB-UV kaplamalarının çoğunun üretim hattında kuruduğu ve UV kürlenmesinin 5-8 dakika sürdüğü söylendi. Buna karşılık, solvent bazlı bir UV (SB-UV) hattı 3-5 dakikada kurur. Ayrıca, bu pazarda kaplamalar genellikle 4-5 mil ıslak uygulanır. UV kürlemeli solvent bazlı alternatiflere kıyasla su bazlı UV kürlemeli kaplamaların en büyük dezavantajı, üretim hattında suyun buharlaştırılması için gereken süredir.4 UV kürlemeden önce kaplamadan su düzgün bir şekilde buharlaştırılmazsa, beyaz lekelenme gibi film kusurları ortaya çıkar. Bu durum, ıslak film kalınlığı çok yüksek olduğunda da meydana gelebilir. Bu beyaz lekeler, UV kürlemesi sırasında filmin içinde su sıkıştığında oluşur.5
Bu çalışma için, UV ile kürlenebilen solvent bazlı bir hatta kullanılacak olana benzer bir kürleme programı seçtik. Şekil 3, çalışmamızda kullandığımız uygulama, kurutma, kürleme ve paketleme programını göstermektedir. Bu kurutma programı, doğrama ve dolap uygulamalarındaki mevcut piyasa standardına göre genel hat hızında %50 ila %60 arasında bir iyileşmeyi temsil etmektedir.
ŞEKİL 3 | Uygulama, kurutma, kürleme ve paketleme programı.
Çalışmamızda kullandığımız uygulama ve kürleme koşulları aşağıdadır:
●Siyah astar ile akçaağaç kaplama üzerine sprey uygulaması yapın.
●30 saniyelik oda sıcaklığı flaşı.
●140 °F'de 2,5 dakika kurutma fırını (konveksiyonlu fırın).
●UV kürleme – yoğunluk yaklaşık 800 mJ/cm2.
- Şeffaf kaplamalar Hg lambası kullanılarak kürlendi.
- Pigmentli kaplamalar Hg/Ga lamba kombinasyonu kullanılarak kürlendi.
●Yığınlamadan önce 1 dakikalık soğuma.
Çalışmamızda ayrıca, daha az kat gibi diğer avantajların da elde edilip edilemeyeceğini görmek için üç farklı ıslak film kalınlığında püskürtme yaptık. 4 mil ıslak kalınlık, WB UV için tipiktir. Bu çalışmaya ayrıca 6 ve 8 mil ıslak kaplama uygulamalarını da dahil ettik.
Kürleme Sonuçları
Standart #1, yüksek parlaklıkta şeffaf bir kaplama olup, sonuçlar Şekil 4'te gösterilmiştir. WB UV şeffaf kaplama, daha önce siyah bir taban kat ile kaplanmış ve Şekil 3'te gösterilen programa göre kürlenmiş orta yoğunluklu lif levhaya (MDF) uygulanmıştır. 4 mil ıslak uygulamada kaplama geçer. Ancak, 6 ve 8 mil ıslak uygulamada kaplama çatlamış ve 8 mil, UV kürlemeden önce yetersiz su salınımı nedeniyle kolayca çıkarılmıştır.
ŞEKİL 4 | Standart #1.
Benzer bir sonuç Şekil 5’te gösterilen Standart #2’de de görülmektedir.
ŞEKİL 5 | Standart #2.
Şekil 6'da gösterildiği gibi, Şekil 3'tekiyle aynı kürleme programı kullanılarak, PUD #65215A, su salınımı/kurumada muazzam bir iyileşme göstermiştir. 8 mil ıslak film kalınlığında, numunenin alt kenarında hafif bir çatlak gözlemlenmiştir.
ŞEKİL 6 | PUD #65215A.
PUD# 65215A'nın, diğer tipik kaplama formülasyonlarındaki su salınım özelliklerini değerlendirmek için, aynı MDF üzerine siyah baz kat uygulanmış düşük parlaklıkta şeffaf bir kaplama ve pigmentli bir kaplamada ek testleri yapılmıştır. Şekil 7'de gösterildiği gibi, düşük parlaklıktaki formülasyon 5 ve 7 mil ıslak uygulamada suyu serbest bırakarak iyi bir film oluşturmuştur. Ancak, 10 mil ıslak uygulamada, Şekil 3'teki kurutma ve kürleme programı kapsamında suyu serbest bırakmak için çok kalındı.
ŞEKİL 7 | Düşük parlaklıklı PUD #65215A.
Beyaz pigmentli bir formülde, PUD #65215A, Şekil 3'te açıklanan aynı kuruma ve kürleme programında, 8 mil ıslak olarak uygulandığı durumlar hariç, iyi performans göstermiştir. Şekil 8'de görüldüğü gibi, film, yetersiz su salınımı nedeniyle 8 mil'de çatlamaktadır. Genel olarak, şeffaf, düşük parlaklıkta ve pigmentli formülasyonlarda, PUD #65215A, Şekil 3'te açıklanan hızlandırılmış kuruma ve kürleme programında 7 mil ıslak olarak uygulanıp kürlendiğinde film oluşumu ve kuruma açısından iyi performans göstermiştir.
ŞEKİL 8 | Pigmentli PUD #65215A.
Sonuçları Engelleme
Blokaj direnci, bir kaplamanın üst üste konulduğunda başka bir kaplanmış ürüne yapışmama kabiliyetidir. Üretimde, kürlenmiş bir kaplamanın blokaj direncine ulaşması zaman alıyorsa, bu genellikle bir darboğazdır. Bu çalışma için, Standart #1 ve PUD #65215A'nın pigmentli formülasyonları, bir çekme çubuğu kullanılarak 5 ıslak mil hızında cama uygulanmıştır. Bunların her biri, Şekil 3'teki kürleme programına göre kürlenmiştir. İki kaplanmış cam panel aynı anda kürlenmiştir - kürlenmeden 4 dakika sonra, Şekil 9'da gösterildiği gibi paneller birbirine kenetlenmiştir. 24 saat boyunca oda sıcaklığında kenetlenmiş halde kalmışlardır. Paneller, kaplanmış panellerde iz veya hasar olmadan kolayca ayrılabiliyorsa, test başarılı olarak kabul edilmiştir.
Şekil 10, PUD # 65215A'nın geliştirilmiş blokaj direncini göstermektedir. Hem Standart # 1 hem de PUD # 65215A, önceki testte tam kürlenme sağlamış olsa da, yalnızca PUD # 65215A, blokaj direncine ulaşmak için yeterli su salınımı ve kürlenme göstermiştir.
ŞEKİL 9 | Blokaj direnci testi çizimi.
ŞEKİL 10 | Standart #1'in blokaj direnci, ardından PUD #65215A.
Akrilik Karıştırma Sonuçları
Kaplama üreticileri, maliyetleri düşürmek için genellikle WB UV ile kürlenebilen reçineleri akriliklerle karıştırır. Çalışmamızda ayrıca, PUD#65215A'yı, doğrama ve dolap sektöründe UV ile kürlenebilen su bazlı PUD'lar için genellikle karışım ortağı olarak kullanılan su bazlı bir akrilik olan NeoCryl® XK-12 ile karıştırmayı da inceledik. Bu pazar için KCMA leke testi standart olarak kabul edilir. Son kullanım uygulamasına bağlı olarak, bazı kimyasallar kaplamalı ürünün üreticisi için diğerlerinden daha önemli hale gelecektir. 5 puan en iyi, 1 puan ise en kötü olarak değerlendirilir.
Tablo 3'te görüldüğü gibi, PUD #65215A, yüksek parlaklıkta şeffaf, düşük parlaklıkta şeffaf ve pigmentli bir kaplama olarak KCMA leke testlerinde olağanüstü performans göstermektedir. Akrilik ile 1:1 oranında karıştırıldığında bile, KCMA leke testi önemli ölçüde etkilenmemektedir. Hardal gibi maddelerle boyamada bile, kaplama 24 saat sonra kabul edilebilir bir seviyeye geri dönmüştür.
TABLO 3 | Kimyasal ve leke direnci (En iyi değer 5'tir).
KCMA leke testine ek olarak, üreticiler hat dışında UV kürleme işleminden hemen sonra kürleme testi de yaparlar. Akrilik karışımının etkileri genellikle bu testte kürleme hattının hemen dışında fark edilir. 20 izopropil alkol çift ovma (20 IPA dr) sonrasında kaplamada çatlama olmaması beklenir. Numuneler UV kürlemesinden 1 dakika sonra test edilir. Testlerimizde, PUD # 65215A'nın akrilik ile 1:1 oranında karıştırılmasının bu testi geçemediğini gördük. Ancak, PUD # 65215A'nın %25 NeoCryl XK-12 akrilik ile karıştırılsa bile 20 IPA dr testini geçebileceğini gördük (NeoCryl, Covestro grubunun tescilli ticari markasıdır).
ŞEKİL 11 | 20 IPA çift ovma, UV kürlemesinden 1 dakika sonra.
Reçine Stabilitesi
PUD #65215A'nın stabilitesi de test edildi. Bir formülasyon, 40 °C'de 4 hafta sonra pH değeri 7'nin altına düşmüyorsa ve viskozite başlangıç değerine kıyasla stabil kalıyorsa raf ömrü açısından stabil kabul edilir. Testlerimiz için numuneleri 50 °C'de 6 haftaya kadar daha zorlu koşullara tabi tutmaya karar verdik. Bu koşullarda Standart #1 ve #2 stabil değildi.
Testlerimiz için, bu çalışmada kullanılan yüksek parlaklıktaki şeffaf, düşük parlaklıktaki şeffaf ve düşük parlaklıktaki pigmentli formülasyonları inceledik. Şekil 12'de görüldüğü gibi, her üç formülasyonun da pH stabilitesi stabil kalmış ve 7,0 pH eşiğinin üzerinde kalmıştır. Şekil 13, 50 °C'de 6 hafta sonra minimum viskozite değişimini göstermektedir.
ŞEKİL 12 | Formüle edilmiş PUD #65215A'nın pH kararlılığı.
ŞEKİL 13 | Formüle edilmiş PUD #65215A'nın viskozite kararlılığı.
PUD #65215A'nın kararlılık performansını gösteren bir diğer test, 50 °C'de 6 hafta bekletilmiş bir kaplama formülasyonunun KCMA leke direncini tekrar test etmek ve bunu ilk KCMA leke direnciyle karşılaştırmaktı. İyi kararlılık göstermeyen kaplamaların leke performansında düşüşler görülecektir. Şekil 14'te görüldüğü gibi, PUD #65215A, Tablo 3'te gösterilen pigmentli kaplamanın ilk kimyasal/leke direnci testindekiyle aynı performans seviyesini korumuştur.
ŞEKİL 14 | Pigmentli PUD #65215A için kimyasal test panelleri.
Sonuçlar
UV ile kürlenebilen su bazlı kaplama uygulayıcıları için PUD #65215A, doğrama, ahşap ve dolap pazarlarındaki mevcut performans standartlarını karşılamalarını sağlayacak ve ayrıca kaplama sürecinin hat hızında, mevcut standart UV ile kürlenebilen su bazlı kaplamalara kıyasla %50-60'tan fazla iyileştirme sağlayacaktır. Uygulayıcı için bu şu anlama gelebilir:
●Daha hızlı üretim;
●Arttırılmış film kalınlığı, ilave katlara olan ihtiyacı azaltır;
●Daha kısa kurutma hatları;
●Kurutma ihtiyacının azalması nedeniyle enerji tasarrufu;
●Hızlı blokaj direnci nedeniyle daha az hurda;
●Reçine stabilitesi sayesinde kaplama atığı azalır.
VOC'ler 100 g/L'den az olduğunda, üreticiler VOC hedeflerine daha kolay ulaşabilmektedir. İzin sorunları nedeniyle genişleme endişesi yaşayan üreticiler için, hızlı su salınımlı PUD #65215A, performanstan ödün vermeden yasal yükümlülüklerini daha kolay yerine getirmelerini sağlayacaktır.
Bu makalenin başında, yaptığımız görüşmelerden, solvent bazlı UV ile kürlenebilen malzeme uygulayıcılarının kaplamalarını genellikle 3-5 dakika süren bir işlemle kurutup kürlediğini aktarmıştık. Bu çalışmada, Şekil 3'te gösterilen işleme göre PUD #65215A'nın 140 °C fırın sıcaklığında 4 dakikada 7 mil ıslak film kalınlığına kadar kürlenebileceğini gösterdik. Bu, çoğu solvent bazlı UV ile kürlenebilen kaplamanın uygulama aralığının oldukça içindedir. PUD #65215A, solvent bazlı UV ile kürlenebilen malzeme uygulayıcılarının kaplama serilerinde çok az değişiklik yaparak su bazlı UV ile kürlenebilen bir malzemeye geçmelerini sağlayabilir.
Üretim genişletmeyi düşünen üreticiler için PUD #65215A'ya dayalı kaplamalar şunları sağlayacaktır:
●Daha kısa su bazlı kaplama hattı kullanarak tasarruf edin;
●Tesiste daha küçük bir kaplama hattı alanına sahip olun;
●Mevcut VOC izni üzerindeki etkisi azaltılmıştır;
●Kurutma ihtiyacının azalması nedeniyle enerji tasarrufu sağlayın.
Sonuç olarak, PUD #65215A, reçinenin 140 °C'de kurutulduğunda yüksek fiziksel özellik performansı ve hızlı su salma özelliği sayesinde UV ile kürlenebilir kaplama hatlarının üretim verimliliğinin artırılmasına yardımcı olacaktır.
Gönderi zamanı: 14 Ağustos 2024
