Daugelį metų grindų, baldų ir spintelių gamyboje buvo naudojamos aukštos kokybės UV spinduliais kietėjančios dangos. Didžiąją šio laiko dalį rinkoje dominuojančios technologijos buvo 100 % kietos ir tirpiklių pagrindu pagamintos UV spinduliais kietėjančios dangos. Pastaraisiais metais išpopuliarėjo vandens pagrindu pagamintų UV spinduliais kietėjančių dangų technologija. Vandens pagrindu pagamintos UV spinduliais kietėjančios dervos pasirodė esančios naudinga priemonė gamintojams dėl įvairių priežasčių, įskaitant išlaikymą KCMA dažymo teste, cheminio atsparumo bandymus ir lakiųjų organinių junginių kiekio mažinimą. Kad ši technologija toliau augtų šioje rinkoje, buvo nustatyta keletas pagrindinių sričių, kuriose reikia tobulėti. Tai padės vandens pagrindu pagaminamoms UV spinduliais kietėjančioms dervoms nebeturėti vien tik „būtinųjų“ savybių, kurias turi dauguma dervų. Jos pradės suteikti dangoms vertingų savybių, suteikdamos vertės kiekvienam vertės grandinės etapui – nuo dangų kūrėjo iki gamyklinio naudotojo, montuotojo ir galiausiai savininko.
Gamintojai, ypač šiandien, pageidauja dangos, kuri ne tik atitiktų specifikacijas. Yra ir kitų savybių, kurios suteikia naudos gamybos, pakavimo ir montavimo metu. Viena pageidaujama savybė – pagerinti gamyklos efektyvumą. Vandens pagrindo dangai tai reiškia greitesnį vandens išleidimą ir mažesnį atsparumą blokavimui. Kita pageidaujama savybė – pagerinti dervos stabilumą, kad būtų galima surinkti / pakartotinai naudoti dangą ir valdyti atsargas. Galutiniam vartotojui ir montuotojui pageidaujamos savybės yra geresnis atsparumas poliravimui ir metalo žymių nebuvimas montavimo metu.
Šiame straipsnyje bus aptarti naujausi vandens pagrindu pagamintų UV spinduliais kietėjančių poliuretanų patobulinimai, kurie pasižymi gerokai geresniu 50 °C dažų stabilumu tiek skaidriose, tiek pigmentuotose dangose. Taip pat aptariama, kaip šios dervos patenkina pageidaujamas dangos užtepėjo savybes, didindamos linijos greitį dėl greito vandens išskyrimo, pagerindamos atsparumą blokavimui ir tirpiklių atsparumą už linijos ribų, o tai pagerina krovimo ir pakavimo operacijų greitį. Tai taip pat sumažins kartais pasitaikančių pažeidimų ne linijos metu riziką. Šiame straipsnyje taip pat aptariami patobulinimai, parodyti atsparumo dėmėms ir cheminėms medžiagoms srityje, kurie yra svarbūs montuotojams ir savininkams.
Fonas
Dangų pramonės situacija nuolat kinta. Vien atitikti specifikaciją už priimtiną kainą už užteptą milimetrą tiesiog nepakanka. Gamykloje dengiamų dangų, skirtų spintelėms, stalių gaminiams, grindų dangoms ir baldams, situacija sparčiai keičiasi. Prašoma, kad gamykloms dangas tiekiantys gamintojai padarytų jas saugesnes darbuotojams, pašalintų didelį susirūpinimą keliančias medžiagas, pakeistų lakiuosius organinius junginius vandeniu ir netgi naudotų mažiau iškastinio kuro anglies ir daugiau biologinės anglies. Realybė tokia, kad visoje vertės grandinėje kiekvienas klientas reikalauja, kad danga atitiktų daugiau nei tik specifikaciją.
Matydama galimybę sukurti daugiau vertės gamyklai, mūsų komanda pradėjo gamyklos lygmeniu tirti iššūkius, su kuriais susiduria šie specialistai. Po daugelio interviu pradėjome girdėti keletą bendrų temų:
- Leidžiamos kliūtys trukdo mano plėtros tikslams;
- Išlaidos didėja, o mūsų kapitalo biudžetai mažėja;
- Didėja tiek energijos, tiek personalo išlaidos;
- Patyrusių darbuotojų praradimas;
- Turi būti įgyvendinti mūsų įmonės PBA tikslai, taip pat ir mano kliento tikslai; ir
- Užsienio konkurencija.
Šios temos paskatino vertės pasiūlymus, kurie pradėjo atliepti vandeniu skiedžiamų UV spinduliuose kietėjančių poliuretanų naudotojus, ypač stalių ir spintelių rinkoje, pavyzdžiui: „stalių ir spintelių gamintojai siekia pagerinti gamyklų efektyvumą“ ir „gamintojai nori galimybės plėsti gamybą trumpesnėse gamybos linijose, patiriant mažiau žalos perdirbant dėl dangų, kurios lėtai išskiria vandenį“.
1 lentelėje parodyta, kaip dangų žaliavų gamintojui tam tikrų dangų savybių ir fizikinių savybių patobulinimas lemia efektyvumą, kurį gali pasiekti galutinis vartotojas.
1 LENTELĖ | Atributai ir privalumai.
Projektuodami UV spinduliuote kietėjančius polipropileno modulius (PUD) su tam tikromis 1 lentelėje išvardytomis savybėmis, galutiniai gamintojai galės patenkinti savo poreikius gerinant gamyklų efektyvumą. Tai leis jiems tapti konkurencingesniems ir potencialiai išplėsti dabartinę gamybą.
Eksperimentiniai rezultatai ir aptarimas
UV spinduliais kietėjančių poliuretano dispersijų istorija
Dešimtajame dešimtmetyje pramonėje pradėtos naudoti komercinės anijoninės poliuretano dispersijos, kuriose prie polimero pritvirtintos akrilato grupės.1 Daugelis šių pritaikymų buvo skirti pakuotėms, dažams ir medienos dangoms. 1 paveiksle parodyta bendroji UV spinduliais kietėjančio PUD struktūra, kurioje parodyta, kaip šios dangų žaliavos yra sukurtos.
1 PAVEIKSLAS | Bendroji akrilato funkcinė poliuretano dispersija.3
Kaip parodyta 1 paveiksle, UV spinduliuose kietėjančios poliuretano dispersijos (UV spinduliuose kietėjantys PUD) yra sudarytos iš tipinių komponentų, naudojamų poliuretano dispersijoms gaminti. Alifatiniai diizocianatai reaguoja su tipiniais esteriais, dioliais, hidrofilizacijos grupėmis ir grandinės ilgintuvais, naudojamais poliuretano dispersijoms gaminti.2 Skirtumas yra tas, kad dispersijos gamybos metu į prepolimerizacijos etapą įterpiamas akrilato funkcinis esteris, epoksidas arba eteriai. Medžiagų, naudojamų kaip statybiniai blokai, pasirinkimas, taip pat polimero architektūra ir apdorojimas lemia PUD eksploatacines savybes ir džiūvimo savybes. Šie žaliavų ir apdorojimo pasirinkimai lems UV spinduliuose kietėjančius PUD, kurie gali būti ir nesudarantys plėvelės, ir formuojantys plėvelę.3 Plėvelę formuojantys arba džiūvimo tipai yra šio straipsnio tema.
Plėvelės formavimas, arba, kaip dažnai vadinama, džiovinimas, sukuria sulipusias plėveles, kurios prieš kietinimą UV spinduliais yra sausos liečiant. Kadangi dengėjai nori apriboti dangos užterštumą ore esančiomis dalelėmis, taip pat pagreitinti gamybos procesą, prieš kietinimą UV spinduliais šios plėvelės dažnai džiovinamos krosnyse kaip nepertraukiamo proceso dalis. 2 paveiksle parodytas tipinis UV spinduliais kietėjančios PUD džiovinimo ir kietėjimo procesas.
2 PAVEIKSLAS | UV spinduliuote kietėjančio PUD kietinimo procesas.
Paprastai naudojamas purškimo būdas. Tačiau buvo naudojamas ir peilio dengimo voleliu, ir net dengimo paviršiumi būdas. Užtepus dangą, ji paprastai pereina keturių etapų procesą, prieš vėl ją naudojant.
1. Blyksnis: Tai galima atlikti kambario arba aukštesnėje temperatūroje nuo kelių sekundžių iki kelių minučių.
2. Džiovinimas krosnyje: šiame etape iš dangos pašalinamas vanduo ir tirpikliai. Šis etapas yra labai svarbus ir paprastai užtrunka daugiausiai laiko. Paprastai jis atliekamas >70 °C temperatūroje ir trunka iki 8 minučių. Taip pat galima naudoti daugiazones džiovinimo krosnis.
- IR lempa ir oro judėjimas: IR lempų ir oro judėjimo ventiliatorių įrengimas dar labiau pagreitins vandens blyksnį.
3. UV kietėjimas.
4. Aušinimas: Sukietėjusi danga turi šiek tiek laiko džiūti, kad pasiektų atsparumą blokavimui. Šis žingsnis gali užtrukti net 10 minučių, kol bus pasiektas atsparumas blokavimui.
Eksperimentinis
Šiame tyrime palygintos dvi UV spinduliais kietėjančios PUD dervos (WB UV), šiuo metu naudojamos spintelių ir stalių gaminių rinkoje, su mūsų nauju kūriniu PUD Nr. 65215A. Šiame tyrime lyginame 1 ir 2 standartus su PUD Nr. 65215A pagal džiūvimą, blokavimą ir cheminį atsparumą. Taip pat vertiname pH stabilumą ir klampumo stabilumą, kurie gali būti labai svarbūs svarstant pakartotinį purškiamų dažų naudojimą ir galiojimo laiką. Žemiau 2 lentelėje pateikiamos kiekvienos šiame tyrime naudotos dervos fizinės savybės. Visos trys sistemos buvo suformuluotos su panašiu fotoiniciatorių, lakiųjų organinių junginių ir kietųjų dalelių kiekiu. Visos trys dervos buvo suformuluotos su 3 % tirpiklio.
2 LENTELĖ | PUD dervos savybės.
Interviu metu mums buvo pasakyta, kad dauguma stalių ir spintelių rinkose naudojamų WB-UV dangų džiūsta gamybos linijoje, kuri prieš kietėjimą UV spinduliais trunka 5–8 minutes. Tuo tarpu tirpikliais pagrįstos UV (SB-UV) linijos džiūsta per 3–5 minutes. Be to, šioje rinkoje dangos paprastai tepamos 4–5 milimetrų drėgnumo sluoksniu. Pagrindinis vandeniu skiedžiamų UV spinduliais kietėjančių dangų trūkumas, palyginti su UV spinduliais kietėjančiomis tirpikliais pagrįstomis alternatyvomis, yra laikas, per kurį vanduo gamybos linijoje nusausinamas.4 Plėvelės defektai, tokie kaip baltos dėmės, atsiras, jei prieš kietinimą UV spinduliais vanduo nebuvo tinkamai nusausintas. Tai taip pat gali atsitikti, jei šlapios plėvelės storis yra per didelis. Šios baltos dėmės atsiranda, kai UV spinduliais kietėjant plėvelėje patenka vandens.5
Šiam tyrimui pasirinkome panašų kietėjimo grafiką, kokį naudotume UV spinduliais kietėjančioje tirpiklių pagrindu skirtoje linijoje. 3 paveiksle parodytas mūsų tyrime naudotas dengimo, džiovinimo, kietinimo ir pakavimo grafikas. Šis džiovinimo grafikas rodo 50–60 % didesnį bendrą linijos greitį, palyginti su dabartiniu rinkos standartu stalių ir spintelių gamyboje.
3 PAVEIKSLAS | Tepimo, džiovinimo, kietinimo ir pakavimo grafikas.
Žemiau pateikiamos mūsų tyrime naudotos taikymo ir kietėjimo sąlygos:
●Purškiamas paviršius ant klevo faneros su juodu pagrindu.
●30 sekundžių trukmės kambario temperatūros blyksnis.
●Džiovinimo orkaitėje iki 140 °F (konvekcinė orkaitė) 2,5 minutės.
●UV kietėjimas – intensyvumas apie 800 mJ/cm2.
- Skaidrios dangos buvo kietinamos gyvsidabrio lempa.
- Pigmentuotos dangos buvo kietinamos naudojant kombinuotą gyvsidabrio/gamo lempą.
●1 minutę atvėsinkite prieš sudėdami.
Mūsų tyrime taip pat naudojome tris skirtingus šlapios plėvelės storius, kad pamatytume, ar bus pasiekta kitų privalumų, pavyzdžiui, mažesnis sluoksnių skaičius. WB UV dažams tipiškas drėgnos plėvelės storis yra 4 mil storio. Šiame tyrime taip pat naudojome 6 ir 8 mil storio šlapias dangas.
Kietėjimo rezultatai
1 standarto, itin blizgios skaidrios dangos, rezultatai pateikti 4 paveiksle. WB UV skaidri danga buvo užtepta ant vidutinio tankio medienos plaušų plokštės (MDF), prieš tai padengtos juodu pagrindu ir kietintos pagal 3 paveiksle pateiktą grafiką. Esant 4 mil drėgnumo sluoksniui, danga sėkmingai praėjo. Tačiau esant 6 ir 8 mil drėgnumo sluoksniui, danga įtrūko, o 8 mil buvo lengvai pašalinama dėl prasto vandens išskyrimo prieš kietinimą UV spinduliuote.
4 PAVEIKSLAS | 1 standartas.
Panašus rezultatas matomas ir 2 standarte, parodytame 5 paveiksle.
5 PAVEIKSLAS | 2 standartas.
6 paveiksle parodyta, kad naudojant tą patį kietėjimo grafiką kaip ir 3 paveiksle, PUD #65215A pademonstravo didžiulį vandens išskyrimo / džiūvimo pagerėjimą. Esant 8 mil storio šlapiai plėvelei, apatiniame bandinio krašte pastebėtas nedidelis įtrūkimas.
6 PAVEIKSLAS | PUD Nr. 65215A.
Papildomi PUD# 65215A bandymai su mažai blizgia skaidria ir pigmentuota danga ant tos pačios MDF plokštės su juodu pagrindu buvo atlikti siekiant įvertinti vandens išskyrimo savybes kitose tipinėse dangų formulėse. Kaip parodyta 7 paveiksle, mažai blizgi formulė, užtepus 5 ir 7 milimetrų drėgnumo, išskyrė vandenį ir suformavo gerą plėvelę. Tačiau, užtepus 10 milimetrų drėgnumo, ji buvo per stora, kad išleistų vandenį pagal džiūvimo ir kietėjimo grafiką, parodytą 3 paveiksle.
7 PAVEIKSLAS | Mažo blizgesio PUD #65215A.
Baltai pigmentuotoje formulėje PUD #65215A gerai veikė pagal tą patį džiovinimo ir kietėjimo grafiką, aprašytą 3 paveiksle, išskyrus tai, kad buvo tepamas 8 mil storio drėgnais dažais. Kaip parodyta 8 paveiksle, plėvelė įtrūksta ties 8 mil storiu dėl prasto vandens išskyrimo. Apskritai skaidriose, mažai blizgiose ir pigmentuotose formulėse PUD #65215A gerai veikė formuojant plėvelę ir džiūstant, kai buvo tepamas iki 7 mil storio drėgnais dažais ir kietinant pagal pagreitintą džiovinimo ir kietėjimo grafiką, aprašytą 3 paveiksle.
8 PAVEIKSLAS | Pigmentuotas PUD #65215A.
Blokavimo rezultatai
Atsparumas blokavimui – tai dangos gebėjimas neprilipti prie kito dengto gaminio, kai ji sukraunama. Gamyboje tai dažnai tampa kliūtimi, jei sukietėjusiai dangai reikia laiko pasiekti atsparumą blokavimui. Šiame tyrime pigmentuotos 1 standarto ir PUD Nr. 65215A formulės buvo tepamos ant stiklo 5 drėgnų milų greičiu, naudojant tempimo juostą. Kiekviena iš jų buvo kietinama pagal 3 paveiksle pateiktą kietinimo grafiką. Dvi dengtos stiklo plokštės buvo kietinamos vienu metu – praėjus 4 minutėms po kietėjimo plokštės buvo suspaustos, kaip parodyta 9 paveiksle. Jos buvo laikomos suspaustos kambario temperatūroje 24 valandas. Jei plokštės buvo lengvai atskiriamos nepaliekant įspaudų ar pažeidimų ant dengtų plokščių, bandymas buvo laikomas sėkmingu.
10 paveiksle pavaizduotas pagerintas PUD Nr. 65215A atsparumas blokavimui. Nors ankstesniame bandyme tiek standartinis Nr. 1, tiek PUD Nr. 65215A visiškai sukietėjo, tik PUD Nr. 65215A pademonstravo pakankamą vandens išskyrimą ir sukietėjimą, kad būtų pasiektas atsparumas blokavimui.
9 PAVEIKSLAS | Blokavimo atsparumo bandymo iliustracija.
10 PAVEIKSLAS | Standarto Nr. 1, po kurio seka PUD Nr. 65215A, blokavimo varža.
Akrilo maišymo rezultatai
Dangų gamintojai dažnai maišo WB UV spinduliuose kietėjančias dervas su akrilais, kad sumažintų kainą. Savo tyrime taip pat nagrinėjome PUD#65215A maišymą su NeoCryl® XK-12, vandens pagrindo akrilu, dažnai naudojamu kaip maišymo partneris UV spinduliuose kietėjančioms vandens pagrindo PUD dangoms stalių ir spintelių rinkoje. Šioje rinkoje standartu laikomas KCMA dažymo bandymas. Priklausomai nuo galutinio naudojimo, kai kurios cheminės medžiagos dengto gaminio gamintojui taps svarbesnės už kitas. 5 įvertinimas yra geriausias, o 1 – blogiausias.
Kaip parodyta 3 lentelėje, PUD #65215A itin gerai atlieka KCMA dažymo bandymus kaip labai blizgus, mažai blizgus ir pigmentuotas paviršius. Net sumaišius su akrilu santykiu 1:1, KCMA dažymo bandymai smarkiai nepakinta. Net ir dažymas tokiomis medžiagomis kaip garstyčios, danga po 24 valandų atsigavo iki priimtino lygio.
3 LENTELĖ | Atsparumas cheminėms medžiagoms ir dėmėms (geriausias įvertinimas – 5).
Be KCMA dažymo bandymų, gamintojai taip pat atlieka kietėjimo bandymą iškart po UV kietinimo. Dažnai atliekant šį bandymą akrilo maišymosi poveikis pastebimas iškart po kietėjimo linijos. Tikimasi, kad po 20 dvigubų trynimų izopropilo alkoholiu (20 IPA dr) danga neprasiskverbs. Mėginiai testuojami praėjus 1 minutei po UV kietinimo. Atlikdami bandymus, pastebėjome, kad 1:1 PUD #65215A ir akrilo mišinys šio bandymo neišlaikė. Tačiau pastebėjome, kad PUD #65215A galima maišyti su 25 % NeoCryl XK-12 akrilo ir vis tiek išlaikyti 20 IPA dr testą („NeoCryl“ yra registruotasis „Covestro“ grupės prekės ženklas).
11 PAVEIKSLAS | 20 IPA dvigubų trynimų, praėjus 1 minutei po kietėjimo UV spinduliais.
Dervos stabilumas
Taip pat buvo išbandytas PUD #65215A stabilumas. Formulė laikoma stabilia lentynoje, jei po 4 savaičių 40 °C temperatūroje pH nenukrenta žemiau 7, o klampumas išlieka stabilus, palyginti su pradiniu. Mūsų bandymams nusprendėme mėginius laikyti atšiauresnėmis sąlygomis – iki 6 savaičių 50 °C temperatūroje. Tokiomis sąlygomis standartai #1 ir #2 nebuvo stabilūs.
Mūsų bandymams nagrinėjome šiame tyrime naudotas itin blizgias, mažai blizgias ir mažai blizgias pigmentuotas formules. Kaip parodyta 12 paveiksle, visų trijų formulių pH stabilumas išliko stabilus ir viršijo 7,0 pH ribą. 13 paveiksle pavaizduotas minimalus klampumo pokytis po 6 savaičių 50 °C temperatūroje.
12 PAV. | Suformuluoto PUD #65215A pH stabilumas.
13 PAVEIKSLAS | Suformuluoto PUD #65215A klampumo stabilumas.
Kitas bandymas, kuriuo buvo demonstruojamas PUD Nr. 65215A stabilumas, buvo dar kartą patikrinti dangos formulės, kuri buvo 6 savaites brandinta 50 °C temperatūroje, atsparumą KCMA dėmėms ir palyginti šį rodiklį su pradiniu jos atsparumu KCMA dėmėms. Dangos, kurios nepasižymi geru stabilumu, pastebės sumažėjusį dažymo našumą. Kaip parodyta 14 paveiksle, PUD Nr. 65215A išlaikė tokį patį našumo lygį, kaip ir atliekant pradinį pigmentuotos dangos cheminių medžiagų / dėmių atsparumo bandymą, pateiktą 3 lentelėje.
14 PAVEIKSLAS | Pigmentuoto PUD #65215A cheminių bandymų panelės.
Išvados
UV spinduliuose kietėjančių vandens pagrindo dangų naudotojams PUD #65215A leis atitikti dabartinius stalių, medienos ir spintelių rinkos eksploatacinių savybių standartus, be to, leis dengimo proceso linijos greitį padidinti daugiau nei 50–60 %, palyginti su dabartinėmis standartinėmis UV spinduliuose kietėjančiomis vandens pagrindo dangomis. Naudotojui tai gali reikšti:
●Greitesnė gamyba;
● Padidintas plėvelės storis sumažina papildomų sluoksnių poreikį;
●Trumpesnės džiovinimo linijos;
●Energijos taupymas dėl sumažėjusio džiovinimo poreikio;
●Mažiau atliekų dėl greito atsparumo blokavimui;
●Dėl dervos stabilumo sumažėja dangos atliekų kiekis.
Kai lakiųjų organinių junginių (LOJ) kiekis mažesnis nei 100 g/l, gamintojai taip pat gali lengviau pasiekti savo LOJ tikslus. Gamintojams, kurie dėl leidimų problemų gali nerimauti dėl plėtros, greitai vandenyje išsiskiriantis PUD #65215A leis jiems lengviau įvykdyti savo norminius įsipareigojimus neprarandant našumo.
Šio straipsnio pradžioje, remdamiesi savo interviu duomenimis, tirpiklių pagrindu pagamintų UV spinduliuote kietėjančių medžiagų naudotojai paprastai džiovina ir kietina dangas per 3–5 minutes. Šiame tyrime parodėme, kad pagal 3 paveiksle parodytą procesą, PUD #65215A gali sukietinti iki 7 mil storio šlapią plėvelę per 4 minutes, esant 140 °C krosnies temperatūrai. Tai gerokai atitinka daugumos tirpiklių pagrindu pagamintų UV spinduliuote kietėjančių dangų veikimo intervalą. PUD #65215A galėtų sudaryti sąlygas dabartiniams tirpiklių pagrindu pagamintų UV spinduliuote kietėjančių medžiagų naudotojams pereiti prie vandens pagrindu pagamintų UV spinduliuote kietėjančių medžiagų, nedaug keičiant jų dengimo liniją.
Gamintojams, svarstantiems gamybos plėtrą, dangos, kurių pagrindą sudaro PUD #65215A, leis:
● Sutaupykite pinigų naudodami trumpesnę vandens pagrindo dengimo liniją;
● Mažesnis dengimo linijos plotas įmonėje;
●Mažiau paveikti dabartinį LOJ leidimą;
● Sutaupykite energijos dėl sumažėjusio džiovinimo poreikio.
Apibendrinant galima teigti, kad PUD #65215A padės pagerinti UV spinduliais kietėjančių dangų gamybos linijų efektyvumą dėl aukštų fizikinių savybių ir greito vandens atpalaidavimo dervoje, džiovinant 140 °C temperatūroje.
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 14 d.
