Os revestimentos curables por UV de alto rendemento utilízanse durante moitos anos na fabricación de chan, mobles e armarios. Durante a maior parte deste tempo, os revestimentos curables por UV 100% sólidos e baseados en disolventes foron a tecnoloxía dominante no mercado. Nos últimos anos, a tecnoloxía de revestimento curable por UV a base de auga creceu. As resinas curables por UV a base de auga demostraron ser unha ferramenta útil para os fabricantes por unha variedade de motivos, incluíndo pasar a mancha KCMA, probas de resistencia química e reducir os COV. Para que esta tecnoloxía siga medrando neste mercado, identificáronse varios impulsores como áreas clave nas que hai que facer melloras. Estes levarán resinas curables por UV a base de auga máis aló de simplemente ter os "imprescindibles" que posúen a maioría das resinas. Comezarán a engadir propiedades valiosas ao revestimento, aportando valor a cada posición ao longo da cadea de valor desde o formulador do revestimento ata o aplicador de fábrica ata o instalador e, finalmente, ao propietario.
Os fabricantes, especialmente hoxe en día, desexan un revestimento que faga máis que pasar as especificacións. Tamén hai outras propiedades que proporcionan beneficios na fabricación, embalaxe e instalación. Un atributo desexado é a mellora da eficiencia da planta. Para o revestimento a base de auga, isto significa unha liberación de auga máis rápida e unha resistencia ao bloqueo máis rápida. Outro atributo desexado é mellorar a estabilidade da resina para a captura/reutilización dun revestimento e a xestión do seu inventario. Para o usuario final e o instalador, os atributos desexados son unha mellor resistencia ao bruñido e sen marcas metálicas durante a instalación.
Este artigo discutirá os novos desenvolvementos en poliuretanos curables por UV a base de auga que ofrecen unha estabilidade de pintura moi mellorada a 50 °C en revestimentos transparentes e pigmentados. Tamén analiza como estas resinas abordan os atributos desexados do aplicador de revestimento ao aumentar a velocidade da liña mediante a liberación rápida de auga, a resistencia ao bloqueo mellorada e a resistencia aos disolventes fóra da liña, o que mellora a velocidade para as operacións de apilado e envasado. Isto tamén mellorará os danos fóra da liña que ás veces se producen. Este artigo tamén analiza as melloras demostradas na resistencia ás manchas e aos produtos químicos importantes para os instaladores e propietarios.
Fondo
O panorama da industria de revestimentos está en constante evolución. O "imprescindible" de pasar a especificación a un prezo razoable por mil aplicado simplemente non é suficiente. O panorama dos revestimentos aplicados en fábrica a ebanistería, ebanistería, chan e mobles está a cambiar rapidamente. Aos formuladores que fornecen revestimentos ás fábricas pídeselles que fagan que os revestimentos sexan máis seguros para que os apliquen os empregados, eliminen substancias de gran preocupación, substitúan os COV por auga e incluso usen menos carbono fósil e máis biocarbono. A realidade é que ao longo da cadea de valor, cada cliente pídelle ao revestimento que faga máis que cumprir coas especificacións.
Ao ver unha oportunidade de crear máis valor para a fábrica, o noso equipo comezou a investigar a nivel de fábrica os retos aos que se enfrontaban estes aplicadores. Despois de moitas entrevistas comezamos a escoitar algúns temas comúns:
- Permitir obstáculos impiden os meus obxectivos de expansión;
- Os custos aumentan e os nosos orzamentos de capital están a diminuír;
- Os custos tanto de enerxía como de persoal están a aumentar;
- Perda de empregados con experiencia;
- Os nosos obxectivos corporativos de SG&A, así como os do meu cliente, teñen que cumprirse; e
- Competición no exterior.
Estes temas levaron a declaracións de propostas de valor que comezaron a resonar entre os aplicadores de poliuretanos curables por UV a base de auga, especialmente no mercado de ebanistería e ebanistería, como: "os fabricantes de ebanistería e ebanistería buscan melloras na eficiencia das fábricas" e os "fabricantes". queren a capacidade de expandir a produción en liñas de produción máis curtas con menos danos de reelaboración debido aos revestimentos con propiedades de liberación lenta de auga".
A táboa 1 ilustra como, para o fabricante de materias primas de revestimentos, as melloras en certos atributos e propiedades físicas do revestimento conducen a unha eficiencia que pode conseguir o usuario final.
TÁBOA 1 | Atributos e beneficios.
Ao deseñar PUD curables con UV con certos atributos como se indican na Táboa 1, os fabricantes de uso final poderán abordar as necesidades que teñen para mellorar a eficiencia das plantas. Isto permitiralles ser máis competitivos, e potencialmente permitirlles ampliar a produción actual.
Resultados experimentais e discusión
Historia das dispersións de poliuretano curable por UV
Na década de 1990, os usos comerciais das dispersións de poliuretano aniónico que conteñen grupos acrilato unidos ao polímero comezaron a utilizarse en aplicacións industriais.1 Moitas destas aplicacións foron en envases, tintas e revestimentos de madeira. A figura 1 mostra unha estrutura xenérica dun PUD curable por UV, demostrando como se deseñan estas materias primas de revestimento.
FIGURA 1 | Dispersión de poliuretano funcional acrilato xenérico.3
Como se mostra na Figura 1, as dispersións de poliuretano curables por UV (PUD curables por UV) están formadas polos compoñentes típicos utilizados para facer dispersións de poliuretano. Os diisocianatos alifáticos reaccionan cos ésteres, diois, grupos de hidrofilización e extensores de cadea típicos utilizados para facer dispersións de poliuretano.2 A diferenza é a adición dun éster funcional de acrilato, epoxi ou éteres incorporados ao paso do prepolímero mentres se fai a dispersión. . A elección dos materiais utilizados como bloques de construción, así como a arquitectura e o procesamento do polímero, ditan o rendemento e as características de secado dun PUD. Estas eleccións en materias primas e procesamento darán lugar a PUD curables por UV que poden non formar película, así como aqueles que forman película.3 A formación de película, ou tipos de secado, son o obxecto deste artigo.
A formación de película, ou o secado como se adoita chamar, producirá películas unidas que se secan ao tacto antes do curado UV. Debido a que os aplicadores desexan limitar a contaminación no aire do revestimento debido ás partículas, así como a necesidade de rapidez no seu proceso de produción, estes adoitan secar en fornos como parte dun proceso continuo antes do curado UV. A figura 2 mostra o proceso típico de secado e curado dun PUD curable por UV.
FIGURA 2 | Proceso para curar un PUD curable con UV.
O método de aplicación que se emprega normalmente é a pulverización. Non obstante, utilizáronse coitelo sobre rolo e mesmo abrigo de inundación. Unha vez aplicado, o revestimento adoita pasar por un proceso de catro pasos antes de ser manipulado de novo.
1.Flash: pódese facer a temperatura ambiente ou elevada durante varios segundos a un par de minutos.
2. Seco ao forno: aquí é onde a auga e os co-disolventes son expulsados do revestimento. Este paso é fundamental e normalmente consume máis tempo nun proceso. Este paso adoita estar a >140 °F e dura ata 8 minutos. Tamén se poden utilizar fornos de secado multizona.
- Lámpada IR e movemento de aire: a instalación de lámpadas IR e ventiladores de movemento de aire acelerará o flash da auga aínda máis rápido.
3. Cura UV.
4.Cool: unha vez curado, o revestimento terá que curarse durante algún tempo para lograr a resistencia ao bloqueo. Este paso pode levar ata 10 minutos antes de lograr a resistencia de bloqueo
Experimental
Este estudo comparou dous PUD curables por UV (WB UV), utilizados actualmente no mercado de armarios e ebanistería, co noso novo desenvolvemento, PUD # 65215A. Neste estudo comparamos o estándar #1 e o estándar #2 co PUD #65215A en secado, bloqueo e resistencia química. Tamén avaliamos a estabilidade do pH e a estabilidade da viscosidade, que poden ser críticas cando se considera a reutilización do exceso de pulverización e a vida útil. A continuación, na táboa 2 móstranse as propiedades físicas de cada unha das resinas utilizadas neste estudo. Os tres sistemas formuláronse a un nivel de fotoiniciador, COV e sólidos similares. As tres resinas foron formuladas cun 3% de co-solvente.
TÁBOA 2 | Propiedades da resina PUD.
Nas nosas entrevistas dixéronnos que a maioría dos revestimentos WB-UV nos mercados de ebanistería e ebanistería secan nunha liña de produción, que leva entre 5 e 8 minutos antes do curado UV. Pola contra, unha liña UV a base de disolvente (SB-UV) seca en 3-5 minutos. Ademais, para este mercado, os revestimentos adoitan aplicarse 4-5 mils húmidos. Un inconveniente importante para os revestimentos curables por UV en auga cando se comparan con alternativas a base de disolventes curables por UV é o tempo que tarda en quebrar a auga nunha liña de produción. revestimento antes do curado UV. Isto tamén pode ocorrer se o grosor da película húmida é demasiado alto. Estas manchas brancas créanse cando a auga queda atrapada no interior da película durante o curado UV.5
Para este estudo escollimos un programa de curado similar ao que se utilizaría nunha liña a base de disolvente curable por UV. A figura 3 mostra o noso programa de aplicación, secado, curado e envasado utilizado para o noso estudo. Este programa de secado supón unha mellora de entre un 50% e un 60% na velocidade global da liña respecto ao estándar actual do mercado en aplicacións de ebanistería e ebanistería.
FIGURA 3 | Programa de aplicación, secado, curado e envasado.
Abaixo amósanse as condicións de aplicación e curado que utilizamos para o noso estudo:
●Aplicación por pulverización sobre chapa de arce cunha capa base negra.
●Flash de temperatura ambiente de 30 segundos.
●Forno de secado de 140 °F durante 2,5 minutos (forno de convección).
● Curado UV – intensidade uns 800 mJ/cm2.
- Os revestimentos transparentes foron curados cunha lámpada de Hg.
- Os revestimentos pigmentados foron curados usando unha lámpada combinada Hg/Ga.
● Arrefriar 1 minuto antes de apilar.
Para o noso estudo tamén pulverizamos tres espesores de película húmida diferentes para ver se tamén se conseguirían outras vantaxes, como menos capas. 4 mils húmidos é o típico para WB UV. Para este estudo tamén incluímos aplicacións de revestimento húmido de 6 e 8 mils.
Resultados de curación
O estándar #1, un revestimento transparente de alto brillo, móstranse na Figura 4. O revestimento transparente UV WB aplicouse a placas de fibras de densidade media (MDF) previamente recubertas cunha capa base negra e securáronse segundo o programa que se mostra na Figura 3. A 4 mils mollada o revestimento pasa. Non obstante, á aplicación húmida de 6 e 8 mils, o revestimento rachou e 8 mils foi facilmente eliminado debido á mala liberación de auga antes do curado UV.
FIGURA 4 | Estándar #1.
Un resultado similar tamén se ve na Norma #2, que se mostra na Figura 5.
FIGURA 5 | Estándar #2.
Amosado na Figura 6, usando o mesmo programa de curado que na Figura 3, o PUD #65215A demostrou unha gran mellora na liberación/secado de auga. Ao espesor da película húmida de 8 mils, observouse unha lixeira rachadura no bordo inferior da mostra.
FIGURA 6 | PUD #65215A.
Avaliáronse as probas adicionais do PUD# 65215A nun revestimento transparente de baixo brillo e un revestimento pigmentado sobre o mesmo MDF cunha capa base negra para avaliar as características de liberación de auga noutras formulacións de revestimento típicas. Como se mostra na Figura 7, a formulación de baixo brillo a 5 e 7 mils de aplicación húmida soltou a auga e formou unha boa película. Non obstante, a 10 mils de mojado, era demasiado espeso para liberar a auga baixo o programa de secado e curado da Figura 3.
FIGURA 7 | PUD de baixo brillo #65215A.
Nunha fórmula pigmentada branca, o PUD #65215A funcionou ben no mesmo programa de secado e curado descrito na Figura 3, excepto cando se aplicou a 8 mils húmidas. Como se mostra na Figura 8, a película racha a 8 mils debido á mala liberación de auga. En xeral, en formulacións claras, de baixo brillo e pigmentadas, o PUD # 65215A funcionou ben nas formacións de películas e no secado cando se aplicou ata 7 milésimas de milésimas de pulgada húmida e se cura no programa de secado e curado acelerado descrito na Figura 3.
FIGURA 8 | PUD pigmentado #65215A.
Resultados de bloqueo
A resistencia ao bloqueo é a capacidade dun revestimento para non pegarse a outro artigo revestido cando se apila. Na fabricación isto adoita ser un pescozo de botella se un revestimento curado leva tempo para lograr a resistencia ao bloqueo. Para este estudo, aplicáronse formulacións pigmentadas de Standard #1 e PUD #65215A ao vidro a 5 mils húmidas usando unha barra de descenso. Estes foron curados de acordo co programa de curado da Figura 3. Dous paneis de vidro revestidos foron curados ao mesmo tempo: 4 minutos despois do curado, os paneis fixéronse xuntos, como se mostra na Figura 9. Permaneceron unidos a temperatura ambiente durante 24 horas. . Se os paneis se separaban facilmente sen impronta nin danos nos paneis revestidos, a proba considerouse aprobada.
A Figura 10 ilustra a resistencia de bloqueo mellorada do PUD# 65215A. Aínda que tanto o estándar # 1 como o PUD # 65215A lograron o curado completo na proba anterior, só o PUD # 65215A demostrou a suficiente liberación de auga e cura como para lograr a resistencia ao bloqueo.
FIGURA 9 | Ilustración da proba de resistencia ao bloqueo.
FIGURA 10 | Resistencia de bloqueo do estándar #1, seguido do PUD #65215A.
Resultados da mestura acrílica
Os fabricantes de revestimentos adoitan mesturar resinas curables con UV WB con acrílicos para reducir o custo. Para o noso estudo tamén analizamos a mestura de PUD#65215A con NeoCryl® XK-12, un acrílico a base de auga, que se usa a miúdo como compañeiro de mestura para os PUD a base de auga curables por UV no mercado de ebanistería e ebanistería. Para este mercado, a proba de manchas KCMA considérase o estándar. Dependendo da aplicación de uso final, algúns produtos químicos serán máis importantes que outros para o fabricante do artigo revestido. Unha valoración de 5 é a mellor e unha valoración de 1 a peor.
Como se mostra na Táboa 3, o PUD #65215A funciona excepcionalmente ben nas probas de manchas KCMA como un claro de alto brillo, un claro de baixo brillo e como un revestimento pigmentado. Mesmo cando se mestura 1:1 cun acrílico, a proba de manchas KCMA non se ve afectada drasticamente. Mesmo ao teñir con axentes como a mostaza, o revestimento recuperouse a un nivel aceptable despois de 24 horas.
TÁBOA 3 | Resistencia química e ás manchas (a mellor puntuación é de 5).
Ademais das probas de manchas KCMA, os fabricantes tamén probarán a cura inmediatamente despois do curado UV fóra da liña. Moitas veces, os efectos da mestura de acrílicos notaranse inmediatamente fóra da liña de curado nesta proba. A expectativa é non ter un avance do revestimento despois de 20 frotamentos dobres con alcohol isopropílico (20 IPA dr). As mostras son probadas 1 minuto despois do curado UV. Nas nosas probas vimos que unha mestura 1:1 de PUD# 65215A cun acrílico non superou esta proba. Non obstante, vimos que PUD #65215A podería mesturarse cun 25% de acrílico NeoCryl XK-12 e aínda pasar a proba de 20 IPA dr (NeoCryl é unha marca rexistrada do grupo Covestro).
FIGURA 11 | 20 frotados dobres IPA, 1 minuto despois do curado UV.
Estabilidade da resina
Tamén se probou a estabilidade do PUD #65215A. Unha formulación considérase estable se despois de 4 semanas a 40 °C, o pH non baixa de 7 e a viscosidade permanece estable en comparación coa inicial. Para as nosas probas decidimos someter as mostras ás condicións máis duras de ata 6 semanas a 50 °C. Nestas condicións o Estándar #1 e #2 non eran estables.
Para as nosas probas analizamos o claro de alto brillo, o claro de baixo brillo, así como as formulacións pigmentadas de baixo brillo utilizadas neste estudo. Como se mostra na Figura 12, a estabilidade do pH das tres formulacións mantívose estable e por riba do limiar de pH de 7,0. A figura 13 ilustra o cambio mínimo de viscosidade despois de 6 semanas a 50 °C.
FIGURA 12 | Estabilidade do pH do PUD formulado #65215A.
FIGURA 13 | Estabilidade da viscosidade do PUD formulado #65215A.
Outra proba que demostrou o rendemento de estabilidade do PUD #65215A foi probar de novo a resistencia ás manchas de KCMA dunha formulación de revestimento que foi envellecida durante 6 semanas a 50 °C e comparándoa coa súa resistencia inicial ás manchas de KCMA. Os revestimentos que non presentan unha boa estabilidade experimentarán caídas no rendemento da cor. Como se mostra na Figura 14, o PUD # 65215A mantivo o mesmo nivel de rendemento que na proba de resistencia química/mancha inicial do revestimento pigmentado que se mostra na Táboa 3.
FIGURA 14 | Paneles de proba química para PUD pigmentado #65215A.
Conclusións
Para os aplicadores de revestimentos a base de auga curables por UV, o PUD #65215A permitiralles cumprir os estándares de rendemento actuais nos mercados de ebanistería, madeira e armarios e, ademais, permitirá que o proceso de revestimento vexa melloras na velocidade da liña a máis de 50. -60% sobre os revestimentos a base de auga curables por UV estándar actuais. Para o aplicador isto pode significar:
●Produción máis rápida;
●O aumento do grosor da película reduce a necesidade de capas adicionais;
●Liñas de secado máis curtas;
●Aforro de enerxía debido á redución das necesidades de secado;
●Menos chatarra debido á rápida resistencia ao bloqueo;
●Redución dos residuos de revestimento debido á estabilidade da resina.
Con COV inferiores a 100 g/L, os fabricantes tamén son máis capaces de cumprir os seus obxectivos de COV. Para os fabricantes que poden ter problemas de expansión por problemas de permisos, o PUD de liberación rápida de auga #65215A permitiralles cumprir máis facilmente as súas obrigas regulamentarias sen sacrificar o rendemento.
Ao comezo deste artigo citamos das nosas entrevistas que os aplicadores de materiais curables por UV a base de disolventes normalmente secaban e curaban os revestimentos nun proceso que levaba entre 3 e 5 minutos. Neste estudo demostramos que, segundo o proceso mostrado na Figura 3, o PUD #65215A curará ata 7 mils de grosor de película húmida en 4 minutos cunha temperatura do forno de 140 °C. Isto está moi dentro da xanela da maioría dos revestimentos curables por UV a base de disolventes. O PUD #65215A podería permitir que os aplicadores actuais dos materiais curables por UV a base de disolvente cambien a un material curable por UV a base de auga con poucos cambios na súa liña de revestimento.
Para os fabricantes que consideran ampliar a produción, os revestimentos baseados no PUD #65215A permitiranlles:
●Aforra diñeiro mediante o uso dunha liña de revestimento a base de auga máis curta;
●Ter unha pegada de liña de revestimento menor na instalación;
●Ter un impacto reducido no permiso actual de VOC;
●Realizar un aforro enerxético debido á redución das necesidades de secado.
En conclusión, PUD #65215A axudará a mellorar a eficiencia de fabricación das liñas de revestimentos curables por UV mediante un alto rendemento de propiedades físicas e as características de liberación rápida de auga da resina cando se seca a 140 °C.
Hora de publicación: 14-Ago-2024
