I rivestimenti curabili UV d'altu rendimentu sò stati aduprati in a fabricazione di pavimenti, mobili è armarii per parechji anni. Per a maiò parte di questu tempu, i rivestimenti curabili UV 100% solidi è à basa di solventi sò stati a tecnulugia dominante in u mercatu. In l'ultimi anni, a tecnulugia di rivestimentu curabile UV à basa d'acqua hè cresciuta. E resine curabili UV à basa d'acqua si sò dimustrate un strumentu utile per i pruduttori per una varietà di ragioni, cumprese u superamentu di a colorazione KCMA, i testi di resistenza chimica è a riduzione di i COV. Per chì sta tecnulugia cuntinui à cresce in questu mercatu, parechji fattori trainanti sò stati identificati cum'è aree chjave induve i miglioramenti devenu esse fatti. Quessi purteranu e resine curabili UV à basa d'acqua al di là di avè semplicemente i "must have" chì a maiò parte di e resine pussedenu. Cuminceranu à aghjunghje proprietà preziose à u rivestimentu, purtendu valore à ogni pusizione longu a catena di valore da u formulatore di rivestimenti à l'applicatore di fabbrica à l'installatore è, infine, à u pruprietariu.
I pruduttori, soprattuttu oghje, desideranu un rivestimentu chì faci più chè solu rispettà e specifiche. Ci sò ancu altre proprietà chì furniscenu benefici in a fabricazione, l'imballu è l'installazione. Un attributu desideratu hè u miglioramentu di l'efficienza di l'impianto. Per u rivestimentu à basa d'acqua, questu significa un rilasciu più veloce di l'acqua è una resistenza à u bloccu più rapida. Un altru attributu desideratu hè u miglioramentu di a stabilità di a resina per a cattura / riutilizzazione di un rivestimentu, è a gestione di u so inventariu. Per l'utente finale è l'installatore, l'attributi desiderati sò una migliore resistenza à a brunitura è nisuna marcatura di metallu durante l'installazione.
Questu articulu discuterà i novi sviluppi in i poliuretani à base d'acqua curabili à i raggi UV chì offrenu una stabilità di pittura à 50 °C assai migliorata in rivestimenti trasparenti è pigmentati. Discute ancu cumu queste resine rispondenu à l'attributi desiderati di l'applicatore di rivestimentu aumentendu a velocità di a linea attraversu un rilasciu rapidu di l'acqua, una resistenza migliorata à i blocchi è una resistenza à i solventi fora di a linea, ciò chì migliora a velocità per l'operazioni di impilamentu è imballaggio. Questu migliurà ancu i danni fora di a linea chì si verificanu qualchì volta. Questu articulu discute ancu i miglioramenti dimustrati in a resistenza à e macchie è à i chimichi, impurtanti per l'installatori è i pruprietarii.
Sfondate
U paisaghju di l'industria di i rivestimenti hè in continua evoluzione. L'essenziali di passà solu a specificazione à un prezzu raghjonevule per millesimu applicatu ùn sò micca abbastanza. U paisaghju per i rivestimenti applicati in fabbrica à mobili, mobili di legnu, pavimenti è pavimenti cambia rapidamente. I formulatori chì furniscenu rivestimenti à e fabbriche sò dumandati à rende i rivestimenti più sicuri per l'impiegati, à rimuovere e sostanze assai preoccupanti, à rimpiazzà i COV cù l'acqua è ancu à aduprà menu carbone fossile è più biocarbone. A realità hè chì longu à a catena di valore, ogni cliente dumanda à u rivestimentu di fà più chè solu risponde à a specificazione.
Videndu una opportunità per creà più valore per a fabbrica, a nostra squadra hà cuminciatu à investigà à u livellu di a fabbrica e sfide chì sti applicatori stavanu affruntendu. Dopu à parechje interviste, avemu cuminciatu à sente alcuni temi cumuni:
- L'ostaculi chì permettenu impediscenu i mo scopi di espansione;
- I costi aumentanu è i nostri budget di capitale diminuiscenu;
- I costi di l'energia è di u persunale sò in crescita;
- Perdita di impiegati sperimentati;
- I nostri obiettivi SG&A corporativi, è ancu quelli di u mo cliente, devenu esse rispettati; è
- Cumpetizione oltremare.
Questi temi anu purtatu à dichjarazioni di pruposta di valore chì anu cuminciatu à risunà cù l'applicatori di poliuretani curabili à i raggi UV à basa d'acqua, in particulare in u spaziu di u mercatu di a falegnameria è di l'ebanisteria cum'è: "i pruduttori di falegnameria è di ebanisteria cercanu miglioramenti in l'efficienza di a fabbrica" è "i pruduttori volenu a capacità di espansione a pruduzzione nantu à linee di pruduzzione più corte cù menu danni di rilavorazione per via di i rivestimenti cù proprietà di rilascio lento di l'acqua".
A Tavula 1 illustra cumu, per u fabricatore di materie prime di rivestimenti, i miglioramenti in certi attributi di rivestimentu è proprietà fisiche portanu à efficienze chì ponu esse realizate da l'utente finale.
TABELLA 1 | Attributi è benefici.
Cuncependu PUD curabili à UV cù certi attributi cum'è elencati in a Tavula 1, i pruduttori finali saranu capaci di risponde à i so bisogni per migliurà l'efficienza di l'impianti. Questu li permetterà di esse più cumpetitivi, è potenzialmente li permetterà di espande a pruduzzione attuale.
Risultati sperimentali è discussione
Storia di e dispersioni di poliuretanu curabili à i raggi UV
In l'anni 1990, l'usi cummerciali di dispersioni di poliuretanu anioniche chì cuntenenu gruppi acrilati attaccati à u polimeru anu cuminciatu à esse aduprati in applicazioni industriali.1 Parechje di queste applicazioni eranu in imballaggi, inchiostri è rivestimenti di legnu. A Figura 1 mostra una struttura generica di un PUD curabile à UV, chì dimustra cumu sò cuncepite queste materie prime di rivestimentu.
FIGURA 1 | Dispersione generica di poliuretanu funzionale acrilatu.3
Cum'è mostratu in a Figura 1, e dispersioni di poliuretanu curabili à i raggi UV (PUD curabili à i raggi UV) sò custituite da i cumpunenti tipici utilizati per fà dispersioni di poliuretanu. I diisocianati alifatici reagiscono cù l'esteri, i dioli, i gruppi di idrofilizzazione è l'estensori di catena tipici utilizati per fà dispersioni di poliuretanu.2 A differenza hè l'aghjunta di un estere funzionale acrilato, epossidico o eteri incorporati in a fase di pre-polimeru durante a fabricazione di a dispersione. A scelta di i materiali utilizati cum'è blocchi di custruzzione, è ancu l'architettura è a trasfurmazione di i polimeri, determinanu e prestazioni è e caratteristiche di asciugatura di un PUD. Queste scelte in materie prime è trasfurmazione porteranu à PUD curabili à i raggi UV chì ponu esse senza film, è ancu quelli chì formanu film.3 I tipi di film, o di asciugatura, sò l'ughjettu di questu articulu.
A furmazione di film, o l'asciugatura cum'è si chjama spessu, pruducerà filmi coalescenti chì sò secchi à u toccu prima di a polimerizazione UV. Siccomu l'applicatori volenu limità a contaminazione aerea di u rivestimentu per via di e particelle, è ancu a necessità di velocità in u so prucessu di pruduzzione, questi sò spessu asciugati in forni cum'è parte di un prucessu cuntinuu prima di a polimerizazione UV. A Figura 2 mostra u prucessu tipicu di asciugatura è polimerizazione di un PUD polimerizabile UV.
FIGURA 2 | Prucessu per curà un PUD curabile à i raggi UV.
U metudu d'applicazione utilizatu hè tipicamente a spruzzatura. Tuttavia, sò stati aduprati ancu u cuteddu sopra à u rullu è ancu u rivestimentu à piena di vernice. Una volta applicatu, u rivestimentu passa di solitu per un prucessu in quattru tappe prima di esse trattatu di novu.
1.Flash: Questu pò esse fattu à temperatura ambiente o elevata per parechji secondi à un paru di minuti.
2. Asciugatura in fornu: Quì hè induve l'acqua è i co-solventi sò cacciati fora di u rivestimentu. Questa tappa hè critica è di solitu cunsuma a maiò parte di u tempu in un prucessu. Questa tappa hè di solitu à >140 °F è dura finu à 8 minuti. I forni di asciugatura multizona ponu ancu esse aduprati.
- Lampada IR è muvimentu d'aria: L'installazione di lampade IR è di ventilatori di muvimentu d'aria accelererà u lampu d'acqua ancu più velocemente.
3. Cura UV.
4. Raffreddà: Una volta induratu, u rivestimentu averà bisognu di indurisce per un certu tempu per ottene a resistenza à u bloccu. Stu passu pò piglià finu à 10 minuti prima chì a resistenza à u bloccu sia ottenuta.
Sperimentale
Questu studiu hà paragunatu dui PUD curabili à UV (WB UV), attualmente utilizati in u mercatu di l'armarii è di a falegnameria, à u nostru novu sviluppu, PUD # 65215A. In questu studiu paragunemu u Standard #1 è u Standard #2 à u PUD #65215A in termini di asciugatura, bloccu è resistenza chimica. Valutemu ancu a stabilità di u pH è a stabilità di a viscosità, chì ponu esse critiche quandu si cunsidereghja u riutilizazione di l'overspray è a durata di conservazione. Quì sottu, in a Tabella 2, sò mostrate e proprietà fisiche di ognuna di e resine aduprate in questu studiu. Tutti i trè sistemi sò stati formulati à un livellu simile di fotoiniziatori, COV è livellu di solidi. Tutte e trè resine sò state formulate cù 3% di co-solvente.
TABELLA 2 | Proprietà di a resina PUD.
In e nostre interviste, ci hè statu dettu chì a maiò parte di i rivestimenti WB-UV in i mercati di falegnameria è mobili si asciuganu nantu à una linea di pruduzzione, chì dura trà 5 è 8 minuti prima di a polimerizazione UV. In cuntrastu, una linea UV à basa di solvente (SB-UV) si asciuga in 3-5 minuti. Inoltre, per questu mercatu, i rivestimenti sò tipicamente applicati à 4-5 mils di bagnatu. Un svantaghju maiò per i rivestimenti UV à base d'acqua quandu si paragunanu à l'alternative à base di solvente UV hè u tempu chì ci vole à lampà l'acqua nantu à una linea di pruduzzione.4 I difetti di u film, cum'è e macchie bianche, si verificanu se l'acqua ùn hè stata currettamente lampata da u rivestimentu prima di a polimerizazione UV. Questu pò ancu accade se u spessore di u film umitu hè troppu altu. Queste macchie bianche sò create quandu l'acqua resta intrappulata in u film durante a polimerizazione UV.5
Per questu studiu avemu sceltu un prugramma di stagionatura simile à quellu chì seria utilizatu nantu à una linea à basa di solvente curabile UV. A Figura 3 mostra u nostru prugramma di applicazione, asciugatura, stagionatura è imballaggio utilizatu per u nostru studiu. Questu prugramma di asciugatura rapprisenta un miglioramentu trà u 50% è u 60% di a velocità generale di a linea rispetto à u standard attuale di u mercatu in applicazioni di falegnameria è mobili.
FIGURA 3 | Calendariu di applicazione, asciugatura, stagionatura è imballaggio.
Eccu e cundizioni d'applicazione è di stagionatura chì avemu utilizatu per u nostru studiu:
● Applicazione à spruzzu nantu à l'impiallacciatura d'acero cù una basa nera.
●Lampu di 30 secondi à temperatura ambiente.
● Fornu di asciugatura à 140 °F per 2,5 minuti (fornu à cunvezione).
● Polimerizazione UV - intensità circa 800 mJ/cm2.
- I rivestimenti trasparenti sò stati polimerizzati cù una lampada à mercuriu.
- I rivestimenti pigmentati sò stati polimerizzati cù una lampada cumminata Hg/Ga.
● 1 minutu di raffreddamentu prima di impilà.
Per u nostru studiu avemu ancu spruzzatu trè spessori di film umitu diversi per vede s'ellu si puderianu ottene altri vantaghji cum'è un numeru minore di strati. 4 mils umitu hè u tipicu per WB UV. Per questu studiu avemu ancu inclusu applicazioni di rivestimentu umitu di 6 è 8 mils.
Risultati di stagionatura
U Standard #1, un rivestimentu trasparente assai lucidu, i risultati sò mostrati in a Figura 4. U rivestimentu trasparente WB UV hè statu applicatu à un cartone di fibre à densità media (MDF) precedentemente rivestitu cù una basa nera è polimerizatu secondu u calendariu mostratu in a Figura 3. À 4 mils di spessore bagnatu, u rivestimentu passa. Tuttavia, à 6 è 8 mils di spessore bagnatu, u rivestimentu si hè crepatu, è 8 mils hè statu facilmente rimossu per via di u scarsu rilasciu d'acqua prima di a polimerizazione UV.
FIGURA 4 | Norma n. 1.
Un risultatu simile si vede ancu in u Standard #2, mostratu in a Figura 5.
FIGURA 5 | Norma n. 2.
Mustratu in a Figura 6, aduprendu u listessu prugramma di stagionatura cum'è in a Figura 3, PUD #65215A hà dimustratu un miglioramentu tremendu in a liberazione / asciugatura di l'acqua. À 8 mils di spessore di film umitu, hè stata osservata una ligera crepatura nantu à u bordu inferiore di u campione.
FIGURA 6 | PUD #65215A.
Testi supplementari di PUD# 65215A in un rivestimentu trasparente à bassa lucentezza è un rivestimentu pigmentatu nantu à u listessu MDF cù una basa nera sò stati valutati per valutà e caratteristiche di liberazione di l'acqua in altre formulazioni tipiche di rivestimentu. Cum'è mostratu in a Figura 7, a formulazione à bassa lucentezza à 5 è 7 mils d'applicazione umida hà liberatu l'acqua è hà furmatu un bon film. Tuttavia, à 10 mils d'applicazione umida, era troppu spessa per liberà l'acqua sottu à u prugramma di asciugatura è indurimentu in a Figura 3.
FIGURA 7 | PUD #65215A à bassa lucentezza.
In una formula pigmentata bianca, PUD #65215A hà datu boni risultati in u listessu prugramma di asciugatura è indurimentu discrittu in a Figura 3, eccettu quandu hè statu applicatu à 8 mils bagnati. Cum'è mostratu in a Figura 8, u film si crepa à 8 mils per via di una scarsa liberazione di l'acqua. In generale, in formulazioni trasparenti, à bassa lucentezza è pigmentate, PUD # 65215A hà datu boni risultati in a furmazione di film è in l'asciugatura quandu hè statu applicatu finu à 7 mils bagnatu è induritu à u prugramma di asciugatura è indurimentu acceleratu discrittu in a Figura 3.
FIGURA 8 | PUD pigmentatu #65215A.
Risultati di Bloccu
A resistenza à u bloccu hè a capacità di un rivestimentu di ùn attaccà si à un altru articulu rivestitu quandu hè impilatu. In a fabricazione, questu hè spessu un collu di buttiglia s'ellu ci vole tempu per chì un rivestimentu induritu ottenga a resistenza à u bloccu. Per questu studiu, e formulazioni pigmentate di Standard #1 è PUD #65215A sò state applicate à u vetru à 5 mils umidi utilizendu una barra di trazione. Quessi sò stati induriti ognunu secondu u prugramma di indurimentu in a Figura 3. Dui pannelli di vetru rivestiti sò stati induriti à u listessu tempu - 4 minuti dopu l'indurimentu i pannelli sò stati fissati inseme, cum'è mostratu in a Figura 9. Sò rimasti fissati inseme à temperatura ambiente per 24 ore. Se i pannelli sò stati facilmente separati senza impronte o danni à i pannelli rivestiti, allora a prova hè stata cunsiderata un successu.
A figura 10 illustra a resistenza à u bloccu migliorata di u PUD # 65215A. Ancu s'è u Standard #1 è u PUD #65215A anu ottenutu una polimerizazione cumpleta in a prova precedente, solu u PUD #65215A hà dimustratu una liberazione d'acqua è una polimerizazione sufficienti per ottene una resistenza à u bloccu.
FIGURA 9 | Illustrazione di a prova di resistenza di bloccu.
FIGURA 10 | Resistenza di bloccu di u Standard #1, seguitatu da u PUD #65215A.
Risultati di Miscelazione Acrilica
I pruduttori di rivestimenti mischianu spessu resine WB curabili à i raggi UV cù acrilichi per riduce i costi. Per u nostru studiu avemu ancu esaminatu a miscelazione di PUD # 65215A cù NeoCryl® XK-12, un acrilicu à basa d'acqua, spessu adupratu cum'è cumpagnu di miscelazione per PUD à basa d'acqua curabili à i raggi UV in u mercatu di a falegnameria è di l'ebanisteria. Per questu mercatu, u test di macchia KCMA hè cunsideratu u standard. Sicondu l'applicazione finale, alcuni chimichi diventeranu più impurtanti di altri per u pruduttore di l'articulu rivestitu. Una valutazione di 5 hè a migliore è una valutazione di 1 hè a peghju.
Cum'è mostratu in a Tavula 3, PUD #65215A hà prestazioni eccezziunali in i testi di macchia KCMA cum'è trasparente à alta lucentezza, trasparente à bassa lucentezza è cum'è rivestimentu pigmentatu. Ancu quandu hè mischiatu 1:1 cù un acrilicu, u test di macchia KCMA ùn hè micca drasticamente affettatu. Ancu in a macchiatura cù agenti cum'è a mustarda, u rivestimentu hà ripresu un livellu accettabile dopu à 24 ore.
TABELLA 3 | Resistenza chimica è à e macchie (a valutazione di 5 hè a megliu).
In più di a prova di macchia KCMA, i pruduttori testanu ancu a polimerizazione subitu dopu a polimerizazione UV fora di a linea. Spessu l'effetti di a miscelazione acrilica saranu nutati subitu fora di a linea di polimerizazione in questa prova. L'aspettativa hè di ùn avè micca una rottura di u rivestimentu dopu à 20 doppii sfregamenti cù alcolu isopropilicu (20 IPA dr). I campioni sò testati 1 minutu dopu a polimerizazione UV. In i nostri testi, avemu vistu chì una miscela 1:1 di PUD # 65215A cù un acrilicu ùn hà micca passatu sta prova. Tuttavia, avemu vistu chì PUD # 65215A puderia esse miscelatu cù 25% acrilicu NeoCryl XK-12 è passà sempre a prova di 20 IPA dr (NeoCryl hè una marca registrata di u gruppu Covestro).
FIGURA 11 | 20 doppii sfregamenti IPA, 1 minutu dopu a polimerizazione UV.
Stabilità di a resina
A stabilità di PUD #65215A hè stata ancu testata. Una formulazione hè cunsiderata stabile à scaffale se dopu à 4 settimane à 40 °C, u pH ùn scende micca sottu à 7 è a viscosità ferma stabile paragunata à l'iniziale. Per i nostri testi avemu decisu di sottumessu i campioni à e cundizioni più dure finu à 6 settimane à 50 °C. In queste cundizioni, i Standard #1 è #2 ùn eranu micca stabili.
Per i nostri testi, avemu esaminatu e formulazioni trasparenti à alta lucentezza, trasparenti à bassa lucentezza, è ancu e formulazioni pigmentate à bassa lucentezza aduprate in questu studiu. Cum'è mostratu in a Figura 12, a stabilità di u pH di tutte e trè formulazioni hè rimasta stabile è sopra à a soglia di pH di 7,0. A Figura 13 illustra u cambiamentu minimu di viscosità dopu à 6 settimane à 50 °C.
FIGURA 12 | Stabilità di u pH di u PUD #65215A formulatu.
FIGURA 13 | Stabilità di viscosità di u PUD #65215A formulatu.
Un altru test chì dimustrava a prestazione di stabilità di PUD #65215A era di pruvà torna a resistenza à e macchie KCMA di una formulazione di rivestimentu chì hè stata invechjata per 6 settimane à 50 °C, è di paragunà què cù a so resistenza iniziale à e macchie KCMA. I rivestimenti chì ùn mostranu micca una bona stabilità vedranu cali in e prestazioni di colorazione. Cum'è mostratu in a Figura 14, PUD # 65215A hà mantinutu u listessu livellu di prestazione cum'è in u test iniziale di resistenza chimica / à e macchie di u rivestimentu pigmentatu mostratu in a Tabella 3.
FIGURA 14 | Pannelli di prova chimica per u PUD pigmentatu #65215A.
Cunclusioni
Per l'applicatori di rivestimenti à base d'acqua curabili UV, u PUD #65215A li permetterà di risponde à i standard di prestazione attuali in i mercati di falegnameria, legnu è mobili, è in più, permetterà à u prucessu di rivestimentu di vede miglioramenti di a velocità di linea di più di 50-60% rispetto à i rivestimenti standard attuali à base d'acqua curabili UV. Per l'applicatore questu pò significà:
● Pruduzzione più rapida;
●L'aumentu di u spessore di a pellicola riduce a necessità di strati supplementari;
● Linee di asciugatura più corte;
● Risparmiu energeticu per via di a riduzione di i bisogni di asciugatura;
● Menu scarti per via di a resistenza rapida à u bluccamentu;
● Riduzione di i rifiuti di rivestimentu grazia à a stabilità di a resina.
Cù COV menu di 100 g/L, i pruduttori sò ancu più capaci di scuntrà i so obiettivi di COV. Per i pruduttori chì puderanu avè preoccupazioni d'espansione per via di prublemi di permessu, u PUD #65215A à liberazione rapida d'acqua li permetterà di scuntrà più facilmente i so obblighi regulatori senza sacrifizii di prestazioni.
À l'iniziu di questu articulu, avemu citatu da e nostre interviste chì l'applicatori di materiali curabili UV à basa di solventi asciuganu è curanu tipicamente i rivestimenti in un prucessu chì dura trà 3 è 5 minuti. Avemu dimustratu in questu studiu chì, secondu u prucessu mostratu in a Figura 3, PUD #65215A curarà finu à 7 mils di spessore di film bagnatu in 4 minuti cù una temperatura di u fornu di 140 °C. Questu hè ben in a finestra di a maiò parte di i rivestimenti curabili UV à basa di solventi. PUD #65215A puderia potenzialmente permette à l'applicatori attuali di i materiali curabili UV à basa di solventi di passà à un materiale curabile UV à basa d'acqua cù pochi cambiamenti à a so linea di rivestimenti.
Per i pruduttori chì cunsidereghjanu l'espansione di a pruduzzione, i rivestimenti basati annantu à PUD #65215A li permetteranu di:
● Risparmiate soldi aduprendu una linea di rivestimentu à basa d'acqua più corta;
●Avè una impronta di linea di rivestimentu più chjuca in l'installazione;
●Avè un impattu riduttu nantu à u permessu VOC attuale;
●Risparmiate energia grazia à a riduzione di i bisogni di asciugatura.
In cunclusione, u PUD #65215A aiuterà à migliurà l'efficienza di fabricazione di e linee di rivestimenti curabili à i raggi UV grazia à l'alte prestazioni di e proprietà fisiche è à e caratteristiche di liberazione rapida di l'acqua di a resina quandu hè essiccata à 140 °C.
Data di publicazione: 14 d'aostu 2024
