Salutan boleh awet UV berprestasi tinggi telah digunakan dalam pembuatan lantai, perabot dan kabinet selama bertahun-tahun. Untuk sebahagian besar masa ini, salutan boleh awet UV 100% pepejal dan berasaskan pelarut telah menjadi teknologi dominan di pasaran. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi salutan boleh awet UV berasaskan air telah berkembang. Resin boleh awet UV berasaskan air telah terbukti menjadi alat yang berguna untuk pengeluar atas pelbagai sebab, termasuk lulus pewarnaan KCMA, ujian rintangan kimia dan mengurangkan VOC. Agar teknologi ini terus berkembang di pasaran ini, beberapa pemacu telah dikenal pasti sebagai bidang utama di mana penambahbaikan perlu dibuat. Ini akan membawa resin boleh awet UV berasaskan air melangkaui sekadar mempunyai "keperluan" yang dimiliki oleh kebanyakan resin. Ia akan mula menambah sifat berharga pada salutan, membawa nilai kepada setiap kedudukan di sepanjang rantaian nilai daripada formulator salutan kepada aplikator kilang kepada pemasang dan, akhirnya, kepada pemilik.
Pengilang, terutamanya pada masa kini, menginginkan salutan yang akan melakukan lebih daripada sekadar lulus spesifikasi. Terdapat juga ciri-ciri lain yang memberikan manfaat dalam pembuatan, pembungkusan dan pemasangan. Satu atribut yang diingini ialah peningkatan dalam kecekapan loji. Bagi salutan berasaskan air, ini bermakna pelepasan air yang lebih cepat dan rintangan penyekatan yang lebih cepat. Satu lagi atribut yang diingini ialah meningkatkan kestabilan resin untuk penangkapan/penggunaan semula salutan dan pengurusan inventori mereka. Bagi pengguna akhir dan pemasang, atribut yang diingini ialah rintangan kilauan yang lebih baik dan tiada tanda logam semasa pemasangan.
Artikel ini akan membincangkan perkembangan baharu dalam poliuretana berasaskan air yang boleh dirawat UV yang menawarkan kestabilan cat 50 °C yang jauh lebih baik dalam salutan jernih dan berpigmen. Ia juga membincangkan bagaimana resin ini menangani atribut aplikator salutan yang diingini dalam meningkatkan kelajuan talian melalui pelepasan air yang pantas, rintangan blok yang lebih baik dan rintangan pelarut di luar talian, yang meningkatkan kelajuan untuk operasi penyusunan dan pembungkusan. Ini juga akan meningkatkan kerosakan di luar talian yang kadangkala berlaku. Artikel ini juga membincangkan peningkatan yang ditunjukkan dalam rintangan noda dan kimia yang penting kepada pemasang dan pemilik.
Latar Belakang
Landskap industri salutan sentiasa berkembang. "Keperluan" iaitu hanya meluluskan spesifikasi pada harga yang berpatutan bagi setiap mil yang digunakan tidak mencukupi. Landskap untuk salutan yang digunakan di kilang untuk kabinet, pertukangan, lantai dan perabot berubah dengan pantas. Pengformulasi yang membekalkan salutan ke kilang diminta untuk menjadikan salutan lebih selamat untuk digunakan oleh pekerja, membuang bahan yang membimbangkan, menggantikan VOC dengan air dan juga menggunakan kurang karbon fosil dan lebih banyak biokarbon. Realitinya ialah sepanjang rantaian nilai, setiap pelanggan meminta salutan untuk melakukan lebih daripada sekadar memenuhi spesifikasi.
Melihat peluang untuk mencipta lebih banyak nilai untuk kilang, pasukan kami mula menyiasat di peringkat kilang tentang cabaran yang dihadapi oleh aplikator ini. Selepas banyak temu bual, kami mula mendengar beberapa tema umum:
- Mengizinkan halangan menghalang matlamat pengembangan saya;
- Kos semakin meningkat dan bajet modal kami semakin berkurangan;
- Kos tenaga dan kakitangan semakin meningkat;
- Kehilangan pekerja berpengalaman;
- Matlamat SG&A korporat kami, serta matlamat pelanggan saya, perlu dipenuhi; dan
- Persaingan di luar negara.
Tema-tema ini membawa kepada kenyataan nilai yang mula bergema dengan aplikator poliuretana berasaskan air yang boleh diawet UV, terutamanya dalam ruang pasaran pertukangan dan kabinet seperti: "pengeluar pertukangan dan kabinet sedang mencari penambahbaikan dalam kecekapan kilang" dan "pengeluar mahukan keupayaan untuk mengembangkan pengeluaran pada barisan pengeluaran yang lebih pendek dengan kerosakan kerja semula yang kurang disebabkan oleh salutan dengan sifat pelepasan air yang perlahan."
Jadual 1 menggambarkan bagaimana, bagi pengeluar bahan mentah salutan, penambahbaikan dalam atribut salutan dan sifat fizikal tertentu membawa kepada kecekapan yang boleh direalisasikan oleh pengguna akhir.
JADUAL 1 | Atribut dan faedah.
Dengan mereka bentuk PUD yang boleh diawet UV dengan atribut tertentu seperti yang disenaraikan dalam Jadual 1, pengeluar penggunaan akhir akan dapat memenuhi keperluan mereka dalam meningkatkan kecekapan loji. Ini akan membolehkan mereka menjadi lebih berdaya saing, dan berpotensi membolehkan mereka mengembangkan pengeluaran semasa.
Keputusan dan Perbincangan Eksperimen
Sejarah Penyebaran Poliuretana Boleh Dirawat UV
Pada tahun 1990-an, kegunaan komersial penyebaran poliuretana anionik yang mengandungi kumpulan akrilat yang dilekatkan pada polimer mula digunakan dalam aplikasi perindustrian.1 Kebanyakan aplikasi ini adalah dalam pembungkusan, dakwat dan salutan kayu. Rajah 1 menunjukkan struktur generik PUD yang boleh diawet UV, menunjukkan bagaimana bahan mentah salutan ini direka bentuk.
RAJAH 1 | Penyebaran poliuretana berfungsi akrilat generik.3
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, serakan poliuretana yang boleh diawet UV (PUD yang boleh diawet UV) terdiri daripada komponen tipikal yang digunakan untuk membuat serakan poliuretana. Diisosianat alifatik direaksikan dengan ester, diol, kumpulan hidrofilisasi dan pemanjang rantai tipikal yang digunakan untuk membuat serakan poliuretana.2 Perbezaannya ialah penambahan ester berfungsi akrilat, epoksi atau eter yang digabungkan ke dalam langkah pra-polimer semasa membuat serakan. Pilihan bahan yang digunakan sebagai blok binaan, serta seni bina dan pemprosesan polimer, menentukan prestasi dan ciri pengeringan PUD. Pilihan dalam bahan mentah dan pemprosesan ini akan membawa kepada PUD yang boleh diawet UV yang boleh membentuk filem bukan, serta yang membentuk filem.3 Pembentukan filem, atau jenis pengeringan, adalah subjek artikel ini.
Pembentukan filem, atau pengeringan seperti yang sering dipanggil, akan menghasilkan filem bercantum yang kering apabila disentuh sebelum pengawetan UV. Oleh kerana aplikator ingin mengehadkan pencemaran udara pada salutan akibat zarah, serta keperluan untuk kelajuan dalam proses pengeluarannya, ini sering dikeringkan dalam ketuhar sebagai sebahagian daripada proses berterusan sebelum pengawetan UV. Rajah 2 menunjukkan proses pengeringan dan pengawetan biasa PUD yang boleh diawet UV.
RAJAH 2 | Proses untuk mengawet PUD yang boleh diawet UV.
Kaedah aplikasi yang digunakan biasanya semburan. Walau bagaimanapun, pisau gulung dan juga lapisan banjir telah digunakan. Setelah digunakan, salutan biasanya akan melalui proses empat langkah sebelum ia dikendalikan semula.
1. Flash: Ini boleh dilakukan pada suhu bilik atau suhu tinggi selama beberapa saat hingga beberapa minit.
2. Keringkan dalam ketuhar: Di sinilah air dan pelarut bersama dihalau keluar dari salutan. Langkah ini penting dan biasanya mengambil masa paling banyak dalam sesuatu proses. Langkah ini biasanya pada suhu >140 °F dan berlangsung sehingga 8 minit. Ketuhar pengeringan berbilang zon juga boleh digunakan.
- Lampu IR dan pergerakan udara: Pemasangan lampu IR dan kipas pergerakan udara akan mempercepatkan kilatan air dengan lebih pantas.
3. Penawar UV.
4. Sejuk: Setelah kering, salutan perlu dikeringkan untuk beberapa lama untuk mencapai rintangan penyekatan. Langkah ini mungkin mengambil masa sehingga 10 minit sebelum rintangan penyekatan dicapai.
Eksperimen
Kajian ini membandingkan dua PUD yang boleh diawet UV (WB UV), yang kini digunakan dalam pasaran kabinet dan pertukangan, dengan pembangunan baharu kami, PUD # 65215A. Dalam kajian ini, kami membandingkan Standard #1 dan Standard #2 dengan PUD #65215A dalam rintangan pengeringan, penyekatan dan kimia. Kami juga menilai kestabilan pH dan kestabilan kelikatan, yang boleh menjadi kritikal apabila mempertimbangkan penggunaan semula semburan berlebihan dan jangka hayat. Di bawah ditunjukkan dalam Jadual 2 ialah sifat fizikal setiap resin yang digunakan dalam kajian ini. Ketiga-tiga sistem diformulasikan dengan tahap fotoinisiator, VOC dan tahap pepejal yang serupa. Ketiga-tiga resin diformulasikan dengan pelarut bersama 3%.
JADUAL 2 | Sifat resin PUD.
Dalam temu bual kami, kami diberitahu bahawa kebanyakan salutan WB-UV di pasaran pertukangan dan kabinet mengering di barisan pengeluaran, yang mengambil masa antara 5-8 minit sebelum pengawetan UV. Sebaliknya, barisan UV berasaskan pelarut (SB-UV) kering dalam 3-5 minit. Di samping itu, untuk pasaran ini, salutan biasanya digunakan 4-5 mil basah. Kelemahan utama untuk salutan boleh pengawet UV bawaan air berbanding alternatif berasaskan pelarut boleh pengawet UV ialah masa yang diperlukan untuk menyiram air pada barisan pengeluaran.4 Kecacatan filem seperti tompokan putih akan berlaku jika air tidak disiram dengan betul dari salutan sebelum pengawetan UV. Ini juga boleh berlaku jika ketebalan filem basah terlalu tinggi. Tompok putih ini terhasil apabila air terperangkap di dalam filem semasa pengawetan UV.5
Untuk kajian ini, kami memilih jadual pengawetan yang serupa dengan yang akan digunakan pada talian berasaskan pelarut yang boleh diawet UV. Rajah 3 menunjukkan jadual aplikasi, pengeringan, pengawetan dan pembungkusan yang digunakan untuk kajian kami. Jadual pengeringan ini mewakili antara peningkatan 50% hingga 60% dalam kelajuan talian keseluruhan berbanding piawaian pasaran semasa dalam aplikasi pertukangan dan kabinet.
RAJAH 3 | Jadual aplikasi, pengeringan, pengawetan dan pembungkusan.
Berikut adalah keadaan aplikasi dan pengawetan yang kami gunakan untuk kajian kami:
●Semburkan sapuan pada venir maple dengan lapisan asas hitam.
●Lampu kilat suhu bilik 30 saat.
●Ketuhar pengeringan 140 °F selama 2.5 minit (ketuhar perolakan).
●Pengawetan UV – keamatan kira-kira 800 mJ/cm2.
- Salutan jernih telah diawetkan menggunakan lampu Hg.
- Salutan berpigmen telah diawetkan menggunakan lampu kombinasi Hg/Ga.
●Sejukkan selama 1 minit sebelum disusun.
Untuk kajian kami, kami juga menyembur tiga ketebalan filem basah yang berbeza untuk melihat sama ada kelebihan lain seperti lapisan yang lebih sedikit juga akan direalisasikan. 4 mil basah adalah tipikal untuk WB UV. Untuk kajian ini, kami juga memasukkan aplikasi salutan basah 6 dan 8 mil.
Hasil Pengawetan
Standard #1, salutan jernih berkilat tinggi, keputusan ditunjukkan dalam Rajah 4. Salutan jernih UV WB telah disapu pada papan gentian sederhana tumpat (MDF) yang sebelum ini disalut dengan salutan asas hitam dan dikeringkan mengikut jadual yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Pada 4 mil basah, salutan akan terlepas. Walau bagaimanapun, pada 6 dan 8 mil aplikasi basah, salutan tersebut retak, dan 8 mil mudah ditanggalkan kerana pelepasan air yang lemah sebelum pengerasan UV.
RAJAH 4 | Standard #1.
Keputusan yang serupa juga dilihat dalam Standard #2, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5.
RAJAH 5 | Standard #2.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6, menggunakan jadual pengawetan yang sama seperti dalam Rajah 3, PUD #65215A menunjukkan peningkatan yang ketara dalam pembebasan/pengeringan air. Pada ketebalan filem basah 8 mil, sedikit keretakan diperhatikan pada tepi bawah sampel.
RAJAH 6 | PUD #65215A.
Ujian tambahan PUD# 65215A dalam salutan jernih berkilat rendah dan salutan berpigmen di atas MDF yang sama dengan salutan asas hitam telah dinilai untuk menilai ciri-ciri pelepasan air dalam formulasi salutan tipikal yang lain. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7, formulasi berkilat rendah pada aplikasi basah 5 dan 7 mil melepaskan air dan membentuk filem yang baik. Walau bagaimanapun, pada basah 10 mil, ia terlalu pekat untuk melepaskan air di bawah jadual pengeringan dan pengawetan dalam Rajah 3.
RAJAH 7 | PUD berkilat rendah #65215A.
Dalam formula berpigmen putih, PUD #65215A menunjukkan prestasi yang baik dalam jadual pengeringan dan pengawetan yang sama seperti yang diterangkan dalam Rajah 3, kecuali apabila digunakan pada 8 mil basah. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8, filem retak pada 8 mil disebabkan oleh pembebasan air yang lemah. Secara keseluruhan dalam formulasi jernih, berkilat rendah dan berpigmen, PUD# 65215A menunjukkan prestasi yang baik dalam pembentukan filem dan pengeringan apabila digunakan sehingga 7 mil basah dan diawet pada jadual pengeringan dan pengawetan dipercepat yang diterangkan dalam Rajah 3.
RAJAH 8 | PUD Berpigmen #65215A.
Keputusan Penyekatan
Rintangan sekatan ialah keupayaan salutan untuk tidak melekat pada artikel bersalut lain apabila disusun. Dalam pembuatan, ini selalunya menjadi kesesakan jika salutan yang telah diawet mengambil masa untuk mencapai rintangan sekatan. Untuk kajian ini, formulasi berpigmen Standard #1 dan PUD #65215A telah digunakan pada kaca pada 5 mil basah menggunakan bar penarikan. Setiap satu daripadanya telah diawet mengikut jadual pengawetan dalam Rajah 3. Dua panel kaca bersalut telah diawet pada masa yang sama – 4 minit selepas pengawetan, panel diapit bersama, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9. Ia kekal diapit bersama pada suhu bilik selama 24 jam. Jika panel mudah dipisahkan tanpa jejak atau kerosakan pada panel bersalut, maka ujian tersebut dianggap lulus.
Rajah 10 menggambarkan rintangan sekatan PUD# 65215A yang dipertingkatkan. Walaupun kedua-dua Standard #1 dan PUD #65215A mencapai pengawetan penuh dalam ujian sebelumnya, hanya PUD #65215A yang menunjukkan pembebasan dan pengawetan air yang mencukupi untuk mencapai rintangan sekatan.
RAJAH 9 | Ilustrasi ujian rintangan sekatan.
RAJAH 10 | Rintangan penyekat Standard #1, diikuti oleh PUD #65215A.
Keputusan Pengadunan Akrilik
Pengilang salutan sering mengadun resin WB yang boleh diawet UV dengan akrilik untuk mengurangkan kos. Untuk kajian kami, kami juga melihat pengadunan PUD#65215A dengan NeoCryl® XK-12, akrilik berasaskan air, yang sering digunakan sebagai rakan pengadun untuk PUD berasaskan air yang boleh diawet UV dalam pasaran pertukangan dan kabinet. Untuk pasaran ini, ujian noda KCMA dianggap sebagai standard. Bergantung pada aplikasi penggunaan akhir, sesetengah bahan kimia akan menjadi lebih penting daripada yang lain untuk pengilang artikel bersalut. Penarafan 5 adalah yang terbaik dan penarafan 1 adalah yang terburuk.
Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 3, PUD #65215A menunjukkan prestasi yang sangat baik dalam ujian pewarnaan KCMA sebagai lapisan jernih berkilat tinggi, jernih berkilat rendah dan sebagai lapisan berpigmen. Walaupun dicampur 1:1 dengan akrilik, ujian pewarnaan KCMA tidak terjejas secara drastik. Walaupun dalam pewarnaan dengan agen seperti mustard, lapisan pulih ke tahap yang boleh diterima selepas 24 jam.
JADUAL 3 | Rintangan kimia dan kotoran (penarafan 5 adalah terbaik).
Selain ujian pewarnaan KCMA, pengeluar juga akan menguji pengerasan sejurus selepas pengerasan UV di luar garisan. Selalunya kesan pengadunan akrilik akan dilihat sejurus selepas garisan pengerasan dalam ujian ini. Jangkaannya adalah untuk tidak berlakunya penembusan salutan selepas 20 gosokan berganda alkohol isopropil (20 IPA dr). Sampel diuji 1 minit selepas pengerasan UV. Dalam ujian kami, kami mendapati bahawa campuran 1:1 PUD# 65215A dengan akrilik tidak lulus ujian ini. Walau bagaimanapun, kami mendapati bahawa PUD #65215A boleh diadun dengan 25% akrilik NeoCryl XK-12 dan masih lulus ujian pengerasan 20 IPA (NeoCryl ialah tanda dagangan berdaftar kumpulan Covestro).
RAJAH 11 | 20 sapuan berganda IPA, 1 minit selepas pengawetan UV.
Kestabilan Resin
Kestabilan PUD #65215A juga telah diuji. Sesuatu formulasi dianggap stabil jika selepas 4 minggu pada suhu 40 °C, pH tidak jatuh di bawah 7 dan kelikatan kekal stabil berbanding dengan yang asal. Untuk ujian kami, kami memutuskan untuk mendedahkan sampel kepada keadaan yang lebih keras sehingga 6 minggu pada suhu 50 °C. Pada keadaan ini, Standard #1 dan #2 tidak stabil.
Untuk ujian kami, kami melihat formulasi jernih berkilat tinggi, jernih berkilat rendah, serta formulasi berpigmen berkilat rendah yang digunakan dalam kajian ini. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 12, kestabilan pH bagi ketiga-tiga formulasi kekal stabil dan melebihi ambang pH 7.0. Rajah 13 menggambarkan perubahan kelikatan minimum selepas 6 minggu pada suhu 50 °C.
RAJAH 12 | kestabilan pH PUD #65215A yang diformulasikan.
RAJAH 13 | Kestabilan kelikatan PUD #65215A yang dirumuskan.
Satu lagi ujian yang menunjukkan prestasi kestabilan PUD #65215A adalah untuk menguji sekali lagi rintangan pewarnaan KCMA bagi formulasi salutan yang telah diperam selama 6 minggu pada suhu 50 °C, dan membandingkannya dengan rintangan pewarnaan KCMA awalnya. Salutan yang tidak menunjukkan kestabilan yang baik akan mengalami penurunan prestasi pewarnaan. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 14, PUD# 65215A mengekalkan tahap prestasi yang sama seperti dalam ujian rintangan kimia/noda awal salutan berpigmen yang ditunjukkan dalam Jadual 3.
RAJAH 14 | Panel ujian kimia untuk PUD berpigmen #65215A.
Kesimpulan
Bagi aplikator salutan berasaskan air yang boleh diawet UV, PUD #65215A akan membolehkannya memenuhi piawaian prestasi semasa dalam pasaran pertukangan, kayu dan kabinet, dan di samping itu, akan membolehkan proses salutan melihat peningkatan kelajuan garisan kepada lebih daripada 50-60% berbanding salutan berasaskan air yang boleh diawet UV standard semasa. Bagi aplikator, ini mungkin bermaksud:
●Pengeluaran yang lebih pantas;
●Ketebalan filem yang meningkat mengurangkan keperluan untuk lapisan tambahan;
●Garisan pengeringan yang lebih pendek;
●Penjimatan tenaga disebabkan oleh keperluan pengeringan yang berkurangan;
●Kurang skrap kerana rintangan sekatan yang pantas;
●Pengurangan pembaziran salutan disebabkan oleh kestabilan resin.
Dengan VOC kurang daripada 100 g/L, pengeluar juga lebih berupaya memenuhi sasaran VOC mereka. Bagi pengeluar yang mungkin mengalami kebimbangan pengembangan kerana isu permit, PUD #65215A pelepasan air pantas akan membolehkan mereka memenuhi kewajipan kawal selia mereka dengan lebih mudah tanpa pengorbanan prestasi.
Pada permulaan artikel ini, kami memetik daripada temu bual kami bahawa aplikator bahan berasaskan pelarut yang boleh diawetkan UV biasanya akan mengeringkan dan mengawetkan salutan dalam proses yang mengambil masa antara 3-5 minit. Kami telah menunjukkan dalam kajian ini bahawa mengikut proses yang ditunjukkan dalam Rajah 3, PUD #65215A akan mengawetkan sehingga 7 mil ketebalan filem basah dalam 4 minit dengan suhu ketuhar 140 °C. Ini berada dalam lingkungan jangka masa kebanyakan salutan berasaskan pelarut yang boleh diawetkan UV. PUD #65215A berpotensi membolehkan aplikator semasa bahan berasaskan pelarut yang boleh diawetkan UV bertukar kepada bahan berasaskan air yang boleh diawetkan UV dengan sedikit perubahan pada rangkaian salutannya.
Bagi pengeluar yang mempertimbangkan pengembangan pengeluaran, salutan berdasarkan PUD #65215A akan membolehkan mereka:
●Jimat wang melalui penggunaan garisan salutan berasaskan air yang lebih pendek;
●Mempunyai jejak garisan salutan yang lebih kecil di dalam kemudahan;
●Memberi impak yang lebih rendah terhadap permit VOC semasa;
●Menjimatkan tenaga kerana keperluan pengeringan yang berkurangan.
Kesimpulannya, PUD #65215A akan membantu meningkatkan kecekapan pengeluaran barisan salutan yang boleh diawet UV melalui prestasi sifat fizikal yang tinggi dan ciri-ciri pelepasan air yang pantas pada resin apabila dikeringkan pada suhu 140 °C.
Masa siaran: 14 Ogos 2024
