Yüksek performanslı UV ile kürlenebilen kaplamalar, döşeme, mobilya ve dolap üretiminde uzun yıllardan beri kullanılmaktadır. Bu sürenin çoğunda, %100 katı ve solvent bazlı UV ile kürlenebilen kaplamalar pazardaki baskın teknoloji olmuştur. Son yıllarda su bazlı UV ile kürlenebilen kaplama teknolojisi gelişti. Su bazlı UV ile kürlenebilen reçinelerin, KCMA lekesini geçme, kimyasal direnç testi ve VOC'leri azaltma gibi çeşitli nedenlerle üreticiler için yararlı bir araç olduğu kanıtlanmıştır. Bu teknolojinin bu pazarda büyümeye devam etmesi için, iyileştirmelerin yapılması gereken kilit alanlar olarak birçok etken belirlendi. Bunlar, su bazlı UV ile kürlenebilen reçineleri, çoğu reçinenin sahip olduğu "olmazsa olmaz" olmanın ötesine taşıyacaktır. Kaplamaya değerli özellikler eklemeye başlayacaklar ve kaplama formülü oluşturucusundan fabrika uygulayıcısına, montajcıya ve son olarak da sahibine kadar değer zinciri boyunca her pozisyona değer getirecekler.
Üreticiler, özellikle bugün, spesifikasyonları geçmekten daha fazlasını yapacak bir kaplama arzuluyorlar. Üretim, paketleme ve kurulumda fayda sağlayan başka özellikler de vardır. İstenilen özelliklerden biri tesis verimliliğindeki gelişmelerdir. Su bazlı kaplama için bu, daha hızlı su tahliyesi ve daha hızlı tıkanma direnci anlamına gelir. İstenilen diğer bir özellik, bir kaplamanın yakalanması/yeniden kullanılması ve envanterinin yönetilmesi için reçine stabilitesinin iyileştirilmesidir. Son kullanıcı ve kurulumcu için istenen özellikler, daha iyi yanma direnci ve kurulum sırasında metal işaretlerinin olmamasıdır.
Bu makalede, şeffaf ve pigmentli kaplamalarda çok daha iyi 50 °C boya stabilitesi sunan su bazlı UV ile kürlenebilen poliüretanlardaki yeni gelişmeler tartışılacaktır. Aynı zamanda bu reçinelerin, hızlı su salımı yoluyla hat hızını artırma, blokaj direncini artırma ve hattan uzakta solvent direnci sağlayarak istifleme ve paketleme operasyonlarının hızını artırma konusunda kaplama aplikatörünün istenen niteliklerini nasıl karşıladığını da tartışıyor. Bu aynı zamanda bazen meydana gelen çevrim dışı hasarı da iyileştirecektir. Bu makalede aynı zamanda kurulumu yapanlar ve mal sahipleri için önemli olan leke ve kimyasallara karşı dayanıklılıkta gösterilen iyileştirmeler de tartışılmaktadır.
Arka plan
Kaplama endüstrisinin manzarası sürekli gelişmektedir. Spesifikasyonu uygulanan mil başına makul bir fiyatla geçmenin "olmazsa olmazı" kesinlikle yeterli değildir. Fabrikada marangozluk, doğramacılık, döşeme ve mobilyaya uygulanan kaplamalara ilişkin ortam hızla değişiyor. Fabrikalara kaplama tedarik eden formül üreticilerinden, çalışanların uygulaması için kaplamaları daha güvenli hale getirmeleri, yüksek önem taşıyan maddeleri çıkarmaları, VOC'leri suyla değiştirmeleri ve hatta daha az fosil karbon ve daha fazla biyo karbon kullanmaları isteniyor. Gerçek şu ki, değer zinciri boyunca her müşteri, kaplamanın spesifikasyonları karşılamaktan daha fazlasını yapmasını istiyor.
Fabrika için daha fazla değer yaratma fırsatını gören ekibimiz, bu uygulayıcıların karşılaştığı zorlukları fabrika düzeyinde araştırmaya başladı. Birçok röportajdan sonra bazı ortak temaları duymaya başladık:
- İzin verme engelleri genişleme hedeflerimi engelliyor;
- Maliyetler artıyor ve sermaye bütçelerimiz azalıyor;
- Hem enerji hem de personel maliyetleri artıyor;
- Deneyimli çalışanların kaybı;
- Müşterimin yanı sıra kurumsal SG&A hedeflerimizin de karşılanması gerekiyor; Ve
- Yurt dışı rekabeti.
Bu temalar, özellikle doğramacılık ve marangozluk pazarında su bazlı UV ile kürlenebilen poliüretan uygulayıcıları arasında yankı bulmaya başlayan değer teklifi beyanlarına yol açtı: "doğrama ve marangozluk üreticileri fabrika verimliliğinde iyileştirmeler arıyor" ve "imalatçılar" Yavaş su salma özelliğine sahip kaplamalar sayesinde daha az yeniden işleme hasarıyla daha kısa üretim hatlarında üretimi genişletme olanağı istiyoruz."
Tablo 1, kaplama hammaddelerinin imalatçıları için, belirli kaplama özelliklerinde ve fiziksel özelliklerde yapılan iyileştirmelerin, son kullanıcı tarafından gerçekleştirilebilecek verimliliklere nasıl yol açtığını göstermektedir.
TABLO 1 | Nitelikler ve faydalar.
Son kullanıcı imalatçıları, Tablo 1'de listelenen belirli niteliklere sahip, UV ile kürlenebilen PUD'lar tasarlayarak, tesis verimliliğini artırma konusundaki ihtiyaçlarını karşılayabilecektir. Bu onların daha rekabetçi olmalarına ve potansiyel olarak mevcut üretimlerini genişletmelerine olanak tanıyacak.
Deneysel Sonuçlar ve Tartışma
UV ile İyileştirilebilir Poliüretan Dispersiyonların Tarihçesi
1990'lı yıllarda 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 kürlenebilen bir PUD'un genel yapısını gösterir ve bu kaplama ham maddelerinin nasıl tasarlandığını gösterir.
ŞEKİL 1 | Genel akrilat fonksiyonel poliüretan dispersiyonu.3
Şekil 1'de gösterildiği gibi, UV ile kürlenebilen poliüretan dispersiyonlar (UV ile kürlenebilen PUD'lar), poliüretan dispersiyonlar yapmak için kullanılan tipik bileşenlerden oluşur. Alifatik diizosiyanatlar, poliüretan dispersiyonlar yapmak için kullanılan tipik esterler, dioller, hidrofilizasyon grupları ve zincir genişleticilerle reaksiyona sokulur.2 Aradaki fark, dispersiyon yapılırken ön polimer aşamasına dahil edilen bir akrilat fonksiyonel ester, epoksi veya eterlerin eklenmesidir. . Yapı taşları olarak kullanılan malzemelerin seçimi, polimer mimarisi ve işlenmesi, PUD'un performansını ve kuruma özelliklerini belirler. Hammadde ve işlemedeki bu seçimler, film oluşturabilenlerin yanı sıra film oluşturmayan UV ile kürlenebilen PUD'ların ortaya çıkmasına yol açacaktır.3 Film oluşturucu veya kurutma türleri bu makalenin konusudur.
Film oluşturma veya sıklıkla adlandırıldığı gibi kurutma, UV kürlemesinden önce dokunulduğunda kuru olan birleştirilmiş filmler verecektir. Uygulayıcılar, partiküller nedeniyle kaplamanın havadan kaynaklanan kirlenmesini ve ayrıca üretim süreçlerindeki hız ihtiyacını sınırlamak istediklerinden, bunlar genellikle UV kürleme öncesinde sürekli bir sürecin parçası olarak fırınlarda kurutulur. Şekil 2, UV ile kürlenebilen bir PUD'un tipik kurutma ve sertleştirme sürecini göstermektedir.
ŞEKİL 2 | UV ile iyileştirilebilen bir PUD'u iyileştirme işlemi.
Kullanılan uygulama yöntemi tipik olarak spreydir. Ancak bıçaklı rulo ve hatta taşkın kaplama bile kullanılmıştır. Kaplama bir kez uygulandıktan sonra tekrar işlenmeden önce genellikle dört aşamalı bir süreçten geçer.
1.Flash: Bu, oda sıcaklığında veya yüksek sıcaklıklarda birkaç saniyeden birkaç dakikaya kadar yapılabilir.
2.Fırın kurusu: Burası suyun ve yardımcı solventlerin kaplamadan dışarı atıldığı yerdir. Bu adım kritiktir ve genellikle bir süreçte en fazla zamanı harcar. Bu adım genellikle >140 °F'tadır ve 8 dakikaya kadar sürer. Çok bölgeli kurutma fırınları da kullanılabilir.
- IR lambası ve hava hareketi: IR lambaların ve hava hareketi fanlarının takılması su flaşını daha da hızlı hızlandıracaktır.
3.UV tedavisi.
4.Soğuk: Sertleştikten sonra, blokaj direncine ulaşmak için kaplamanın bir süre kürlenmesi gerekecektir. Bu adımın engelleme direncine ulaşması 10 dakika kadar sürebilir
Deneysel
Bu çalışma, şu anda dolap ve doğrama pazarında kullanılan iki UV ile kürlenebilen PUD'u (WB UV) yeni geliştirmemiz PUD # 65215A ile karşılaştırdı. Bu çalışmada Standart #1 ve Standart #2'yi kuruma, bloke etme ve kimyasal direnç açısından PUD #65215A ile karşılaştırıyoruz. Aşırı püskürtmenin yeniden kullanımı ve raf ömrü dikkate alındığında kritik olabilecek pH stabilitesini ve viskozite stabilitesini de değerlendiriyoruz. Aşağıda Tablo 2'de bu çalışmada kullanılan reçinelerin her birinin fiziksel özellikleri gösterilmektedir. Her üç sistem de benzer foto başlatıcı seviyesine, VOC'lere ve katı madde seviyesine göre formüle edildi. Her üç reçine de %3 ortak solvent ile formüle edildi.
TABLO 2 | PUD reçine özellikleri.
Röportajlarımızda bize, doğramacılık ve marangozluk pazarındaki çoğu WB-UV kaplamanın, UV kürlenmesinden önce 5-8 dakika süren bir üretim hattında kuruduğu söylendi. Buna karşılık solvent bazlı bir UV (SB-UV) hattı 3-5 dakikada kurur. Ayrıca bu pazar için kaplamalar genellikle 4-5 mils ıslak olarak uygulanır. Su bazlı, UV ile kürlenebilen kaplamaların, UV ile kürlenebilen solvent bazlı alternatiflerle karşılaştırıldığında en büyük dezavantajı, suyun bir üretim hattında akması için gereken süredir.4 Su, boyadan uygun şekilde akıtılmazsa beyaz lekelenme gibi film kusurları meydana gelecektir. UV küründen önce kaplama. Bu aynı zamanda ıslak film kalınlığının çok yüksek olması durumunda da meydana gelebilir. Bu beyaz noktalar, UV kürü sırasında suyun filmin içinde hapsolması sonucu oluşur.5
Bu çalışma için UV ile kürlenebilen solvent bazlı bir hatta kullanılacak olana benzer bir kürleme programı seçtik. Şekil 3, çalışmamız için kullanılan uygulama, kurutma, kürleme ve paketleme planımızı göstermektedir. Bu kurutma programı, doğrama ve marangozluk uygulamalarında mevcut pazar standardına göre genel hat hızında %50 ila %60 oranında bir iyileşmeyi temsil etmektedir.
ŞEKİL 3 | Uygulama, kurutma, kürleme ve paketleme programı.
Çalışmamız için kullandığımız uygulama ve kürlenme koşulları aşağıda verilmiştir:
●Akçaağaç kaplama üzerine siyah bazkat ile sprey uygulaması yapın.
●30 saniyelik oda sıcaklığında yanıp sönme.
●140 °F kurutma fırınında 2,5 dakika (konveksiyon fırını).
●UV kürü – yoğunluk yaklaşık 800 mJ/cm2.
- Berrak kaplamalar bir Hg lambası kullanılarak kürlendi.
- Pigmentli kaplamalar, bir Hg/Ga lambası kombinasyonu kullanılarak sertleştirildi.
●İstiflemeden önce 1 dakikalık soğuma.
Çalışmamızda ayrıca daha az kat gibi diğer avantajların da gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini görmek için üç farklı ıslak film kalınlığını püskürttük. 4 mil ıslaklık WB UV için tipiktir. Bu çalışmaya ayrıca 6 ve 8 mils yaş kaplama uygulamalarını da dahil ettik.
Kürleme Sonuçları
Standart #1, çok parlak şeffaf kaplama, sonuçlar Şekil 4'te gösterilmektedir. WB UV şeffaf kaplama, daha önce siyah bir baz kaplama ile kaplanmış orta yoğunluktaki fiber levhaya (MDF) uygulandı ve Şekil 3'te gösterilen programa göre kürlendi. 4 mil ıslaklıkta kaplama geçer. Bununla birlikte, 6 ve 8 mils ıslak uygulamada kaplama çatladı ve 8 mils, UV kürlemesinden önce zayıf su salınımı nedeniyle kolayca çıkarıldı.
ŞEKİL 4 | Standart #1.
Benzer bir sonuç Şekil 5'te gösterilen Standart #2'de de görülmektedir.
ŞEKİL 5 | Standart #2.
Şekil 6'da gösterilen, Şekil 3'tekiyle aynı kürleme programını kullanan PUD #65215A, su tahliyesinde/kurutmada muazzam bir gelişme gösterdi. 8 mil ıslak film kalınlığında numunenin alt kenarında hafif çatlama gözlendi.
ŞEKİL 6 | PUD#65215A.
PUD# 65215A'nın düşük parlaklıktaki şeffaf kaplama ve aynı MDF üzerinde siyah baz kaplamalı pigmentli kaplamayla yapılan ek testleri, diğer tipik kaplama formülasyonlarındaki su salınım özelliklerini değerlendirmek için değerlendirildi. Şekil 7'de gösterildiği gibi, 5 ve 7 mils ıslak uygulamada düşük parlaklıktaki formülasyon suyu serbest bıraktı ve iyi bir film oluşturdu. Bununla birlikte, 10 mil ıslaklıkta, Şekil 3'teki kurutma ve kürleme planına göre suyu serbest bırakamayacak kadar kalındı.
ŞEKİL 7 | Az parlak PUD #65215A.
Beyaz pigmentli bir formülde PUD #65215A, 8 ıslak milde uygulandığı durumlar dışında, Şekil 3'te açıklanan aynı kurutma ve kürleme programında iyi performans gösterdi. Şekil 8'de gösterildiği gibi, zayıf su tahliyesi nedeniyle film 8 mil'de çatlıyor. Genel olarak berrak, düşük parlaklıkta ve pigmentli formülasyonlarda PUD# 65215A, Şekil 3'te açıklanan hızlandırılmış kurutma ve kürleme programında 7 mil ıslaklığa kadar uygulandığında ve kürlendiğinde film oluşumunda ve kurutmada iyi performans gösterdi.
ŞEKİL 8 | Pigmentli PUD #65215A.
Sonuçları Engelleme
Engelleme direnci, bir kaplamanın istiflendiğinde başka bir kaplanmış ürüne yapışmama yeteneğidir. Kürlenmiş bir kaplamanın blok direncine ulaşması zaman alıyorsa, üretimde bu genellikle bir darboğazdır. Bu çalışma için, Standart #1 ve PUD #65215A'nın pigmentli formülasyonları, bir çekme çubuğu kullanılarak 5 ıslak milde cama uygulandı. Bunların her biri Şekil 3'teki kürleme planına göre kürlendi. İki kaplamalı cam panel aynı anda kürlendi - kürlemeden 4 dakika sonra paneller Şekil 9'da gösterildiği gibi birbirine kenetlendi. Oda sıcaklığında 24 saat boyunca birbirine kenetlenmiş halde kaldılar . Paneller, kaplamalı panellere baskı yapılmadan veya zarar görmeden kolayca ayrıldıysa test başarılı olarak kabul edildi.
Şekil 10, PUD# 65215A'nın geliştirilmiş engelleme direncini göstermektedir. Hem Standart #1 hem de PUD #65215A önceki testte tam kürlenmeyi başarmış olsa da, yalnızca PUD #65215A blokaj direnci elde etmek için yeterli su salımı ve kürlenme gösterdi.
ŞEKİL 9 | Engelleme direnci testi çizimi.
ŞEKİL 10 | Standart #1'in engelleme direnci ve ardından PUD #65215A.
Akrilik Karışım Sonuçları
Kaplama üreticileri genellikle maliyeti düşürmek için WB UV ile kürlenebilen reçineleri akriliklerle karıştırır. Çalışmamız için aynı zamanda PUD#65215A'yı, genellikle doğramacılık ve marangozluk pazarında UV ile kürlenebilen su bazlı PUD'lar için bir harmanlama ortağı olarak kullanılan, su bazlı bir akrilik olan NeoCryl® XK-12 ile harmanlamayı da inceledik. Bu pazar için KCMA leke testi standart olarak kabul edilmektedir. Nihai kullanım uygulamasına bağlı olarak, kaplanmış eşyanın imalatçısı için bazı kimyasallar diğerlerinden daha önemli hale gelecektir. 5 puan en iyisi, 1 puan ise en kötü puandır.
Tablo 3'te gösterildiği gibi PUD #65215A, yüksek parlaklıkta şeffaf, düşük parlaklıkta şeffaf ve pigmentli bir kaplama olarak KCMA leke testinde olağanüstü iyi performans gösterir. Akrilik ile 1:1 oranında karıştırıldığında bile KCMA leke testi büyük ölçüde etkilenmez. Hardal gibi maddelerle boyamada bile kaplama 24 saat sonra kabul edilebilir bir seviyeye geri geldi.
TABLO 3 | Kimyasal ve leke direnci (5 puanı en iyisidir).
Üreticiler, KCMA leke testine ek olarak hattan çıkan UV kürlemenin hemen ardından kürlenme testi de yapacaklar. Çoğu zaman akrilik harmanlamanın etkileri bu testte kürleme hattından hemen sonra fark edilecektir. Beklenti, 20 izopropil alkolle çift ovalamadan (20 IPA dr) sonra kaplamada ilerleme olmamasıdır. Numuneler UV küründen 1 dakika sonra test edilir. Testlerimizde PUD# 65215A'nın akrilikle 1:1 karışımının bu testi geçemediğini gördük. Ancak PUD #65215A'nın %25 NeoCryl XK-12 akrilik ile harmanlanabildiğini ve yine de 20 IPA dr testini geçebildiğini gördük (NeoCryl, Covestro grubunun tescilli ticari markasıdır).
ŞEKİL 11 | UV kürlemesinden 1 dakika sonra 20 IPA çift ovma.
Reçine Stabilite
PUD #65215A'nın stabilitesi de test edildi. Bir formülasyon, 40 °C'de 4 haftadan sonra pH değeri 7'nin altına düşmezse ve viskozitesi başlangıca kıyasla stabil kalırsa rafta 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 ayrıca düşük parlaklıktaki pigmentli formülasyonlara baktık. Şekil 12'de gösterildiği gibi, üç formülasyonun hepsinin pH stabilitesi stabil kaldı ve 7,0 pH eşiğinin üzerinde kaldı. Şekil 13, 50 °C'de 6 hafta sonrasındaki minimum viskozite değişimini göstermektedir.
ŞEKİL 12 | Formüle edilmiş PUD #65215A'nın pH stabilitesi.
ŞEKİL 13 | Formüle edilmiş PUD #65215A'nın viskozite stabilitesi.
PUD #65215A'nın stabilite performansını gösteren bir başka test, 6 hafta boyunca 50 °C'de eskitilmiş bir kaplama formülasyonunun KCMA leke direncini yeniden test etmek ve bunu başlangıçtaki KCMA leke direnciyle karşılaştırmaktı. İyi stabilite sergilemeyen kaplamalar, boyama performansında düşüşler görecektir. Şekil 14'te gösterildiği gibi PUD# 65215A, Tablo 3'te gösterilen pigmentli kaplamanın ilk kimyasal/leke direnci testinde olduğu gibi aynı performans seviyesini korudu.
ŞEKİL 14 | Pigmentli PUD #65215A için kimyasal test panelleri.
Sonuçlar
UV ile kürlenebilen su bazlı kaplama uygulayıcıları için PUD #65215A, doğramacılık, ahşap ve dolap pazarlarındaki mevcut performans standartlarını karşılamalarını sağlayacak ve buna ek olarak kaplama prosesinde hat hızında 50'den fazla artış görülmesini sağlayacak. Mevcut standart UV ile kürlenebilen su bazlı kaplamalara göre -%60. Uygulayıcı için bu şu anlama gelebilir:
●Daha hızlı üretim;
●Artan film kalınlığı ilave kat ihtiyacını azaltır;
●Daha kısa kurutma hatları;
●Kurutma ihtiyacının azalması nedeniyle enerji tasarrufu;
●Hızlı blokaj direnci sayesinde daha az hurda;
●Reçine stabilitesi sayesinde daha az kaplama atığı.
100 g/L'nin altındaki VOC'ler sayesinde üreticiler VOC hedeflerine daha fazla ulaşabiliyor. İzin sorunları nedeniyle genişleme endişesi yaşayan üreticiler için hızlı su tahliyeli PUD #65215A, performanstan ödün vermeden mevzuat yükümlülüklerini daha kolay yerine getirmelerine olanak tanıyacak.
Bu makalenin başında, solvent bazlı UV ile kürlenebilen malzeme uygulayıcılarının genellikle 3-5 dakika süren bir süreçte kaplamaları kurutup sertleştirdiğini röportajlarımızdan aktarmıştık. Bu çalışmada, Şekil 3'te gösterilen prosese göre PUD #65215A'nın 140 °C fırın sıcaklığında 4 dakikada 7 mils ıslak film kalınlığına kadar kürleşebileceğini gösterdik. Bu, çoğu solvent bazlı UV ile kürlenebilen kaplamaların aralığı dahilindedir. PUD #65215A, potansiyel olarak solvent bazlı UV ile kürlenebilen malzemelerin mevcut uygulayıcılarının, kaplama hatlarında çok az değişiklikle su bazlı UV ile kürlenebilen malzemeye geçiş yapmasını sağlayabilir.
Üretimini genişletmeyi düşünen üreticiler için PUD #65215A bazlı kaplamalar şunları yapmalarını sağlayacak:
●Daha kısa su bazlı kaplama hattı kullanarak paradan tasarruf edin;
●Tesiste daha küçük bir kaplama hattı ayak izine sahip olun;
●Mevcut VOC izni üzerinde azaltılmış bir etkiye sahiptir;
●Kurutma ihtiyaçlarının azalması nedeniyle enerji tasarrufu sağlayın.
Sonuç olarak, PUD #65215A, 140 °C'de kurutulduğunda reçinenin yüksek fiziksel özellik performansı ve hızlı su salma özellikleri sayesinde UV ile kürlenebilen kaplama hatlarının üretim verimliliğinin artırılmasına yardımcı olacaktır.
Gönderim zamanı: Ağu-14-2024
