Háþróaðar UV-herðandi húðunarefni hafa verið notaðar í framleiðslu á gólfefnum, húsgögnum og skápum í mörg ár. Stærstan hluta þessa tíma hafa 100% fast efni og leysiefnabundin UV-herðandi húðunarefni verið ríkjandi tækni á markaðnum. Á undanförnum árum hefur vatnsbundin UV-herðandi húðunartækni vaxið. Vatnsbundin UV-herðandi plastefni hafa reynst gagnlegt tæki fyrir framleiðendur af ýmsum ástæðum, þar á meðal að standast KCMA litun, prófa efnaþol og draga úr VOC. Til þess að þessi tækni haldi áfram að vaxa á þessum markaði hafa nokkrir drifkraftar verið greindir sem lykilatriði þar sem úrbætur þurfa að vera gerðar. Þetta mun færa vatnsbundin UV-herðandi plastefni lengra en einfaldlega að hafa þá „nauðsynlegu eiginleika“ sem flest plastefni búa yfir. Þau munu byrja að bæta verðmætum eiginleikum við húðunina og færa verðmæti á hverri stöðu í virðiskeðjunni, frá framleiðanda húðunar til verksmiðjunotanda til uppsetningaraðila og að lokum eiganda.
Framleiðendur, sérstaklega í dag, þrá húðun sem gerir meira en bara að uppfylla forskriftir. Það eru einnig aðrir eiginleikar sem veita kosti í framleiðslu, pökkun og uppsetningu. Einn æskilegur eiginleiki er aukin skilvirkni verksmiðjunnar. Fyrir vatnsleysanlegt húðun þýðir þetta hraðari losun vatns og hraðari stífluþol. Annar æskilegur eiginleiki er að bæta stöðugleika plastefnisins til að fanga/endurnýta húðun og stjórna birgðum sínum. Fyrir endanlegan notanda og uppsetningaraðila eru æskilegir eiginleikar betri gljáþol og engar málmmerki við uppsetningu.
Þessi grein fjallar um nýjar framfarir í vatnsbundnum UV-herðandi pólýúretanefnum sem bjóða upp á mun betri stöðugleika málningar við 50°C í glærum og litarefnum. Einnig er fjallað um hvernig þessi plastefni ná til þeirra eiginleika sem húðunarbúnaðurinn á að auka framleiðsluhraða með hraðri vatnslosun, bættri stífluþol og leysiefnaþoli utan framleiðslulínu, sem bætir hraða við stafla- og pökkunaraðgerðir. Þetta mun einnig bæta skemmdir utan framleiðslulínu sem stundum verða. Þessi grein fjallar einnig um úrbætur sem sýnt hefur verið fram á í bletta- og efnaþoli sem eru mikilvægar fyrir uppsetningaraðila og eigendur.
Bakgrunnur
Landslag húðunariðnaðarins er síbreytilegt. Það er einfaldlega ekki nóg að uppfylla kröfur um gæði á sanngjörnu verði á hverja mílu af þykkt efni. Landslagið fyrir húðun sem notuð er í verksmiðjum á skápa, viðarinnréttingar, gólfefni og húsgögn er að breytast hratt. Framleiðendur sem útvega húðun til verksmiðjanna eru beðnir um að gera húðun öruggari fyrir starfsmenn, fjarlægja varasöm efni, skipta út rokgjörnum lífrænum efnum fyrir vatn og jafnvel nota minna af jarðefnaeldsneyti og meira af lífrænu kolefni. Raunveruleikinn er sá að í allri virðiskeðjunni biður hver viðskiptavinur um að húðunin geri meira en bara að uppfylla kröfurnar.
Teymið okkar sá tækifæri til að skapa meira verðmæti fyrir verksmiðjuna og hóf því að rannsaka á verksmiðjustigi þær áskoranir sem þessir framleiðendur stóðu frammi fyrir. Eftir mörg viðtöl fórum við að heyra nokkur sameiginleg þemu:
- Að leyfa hindrunum að koma í veg fyrir stækkunarmarkmið mín;
- Kostnaður er að aukast og fjármagnsfjárveitingar okkar eru að minnka;
- Kostnaður bæði við orku og starfsfólk er að aukast;
- Tap á reyndum starfsmönnum;
- Markmið okkar varðandi sölu- og kostnaðaráætlun, sem og markmið viðskiptavina minna, verða að vera náð; og
- Samkeppni erlendis.
Þessi þemu leiddu til yfirlýsinga um verðmæti sem fóru að höfða til framleiðenda vatnsleysanlegra pólýúretana sem herðast með útfjólubláum geislum, sérstaklega á markaði fyrir trésmíði og skápa, svo sem: „Framleiðendur trésmíða og skápa eru að leita að úrbótum á skilvirkni verksmiðjunnar“ og „Framleiðendur vilja geta aukið framleiðslu á styttri framleiðslulínum með minni skemmdum á endurvinnslu vegna húðunar með hægum vatnslosandi eiginleikum.“
Tafla 1 sýnir hvernig, fyrir framleiðanda hráefna fyrir húðun, úrbætur á ákveðnum eiginleikum húðunar og eðlisfræðilegum eiginleikum leiða til skilvirkni sem endanlegir notendur geta náð fram.
TAFLA 1 | Eiginleikar og ávinningur.
Með því að hanna UV-herðanlegar PUD-efni með ákveðnum eiginleikum eins og fram kemur í töflu 1, munu framleiðendur geta mætt þörfum sínum til að bæta skilvirkni verksmiðjanna. Þetta mun gera þeim samkeppnishæfari og hugsanlega auka núverandi framleiðslu.
Tilraunaniðurstöður og umræða
Saga UV-herðandi pólýúretan dreifingar
Á tíunda áratugnum fóru anjónískar pólýúretandreifingar, sem innihéldu akrýlathópa tengda fjölliðunni, að vera notaðar í iðnaði.1 Margar af þessum notkunarmöguleikum voru í umbúðum, bleki og viðarhúðun. Mynd 1 sýnir almenna uppbyggingu UV-herðanlegs PUD, sem sýnir hvernig þessi húðunarhráefni eru hönnuð.
MYND 1 | Almenn akrýlatvirk pólýúretandreifing.3
Eins og sést á mynd 1 eru UV-hertanleg pólýúretandreifingar (UV-hertanleg PUD) gerðar úr dæmigerðum efnisþáttum sem notaðir eru til að búa til pólýúretandreifingar. Alifatísk díísósýanöt hvarfast við dæmigerð estera, díóla, vatnsleysanlegar hópa og keðjulengjara sem notaðir eru til að búa til pólýúretandreifingar.2 Munurinn felst í viðbót akrýlatvirks esters, epoxy eða etera sem eru hluti af forfjölliðuskrefinu við gerð dreifingarinnar. Val á efnum sem notuð eru sem byggingareiningar, sem og fjölliðubygging og vinnsla, ráða afköstum og þurrkunareiginleikum PUD. Þetta val á hráefnum og vinnslu mun leiða til UV-hertanlegra PUD sem geta verið bæði filmumyndandi og ekki filmumyndandi.3 Filmumyndandi eða þurrkunargerðir eru viðfangsefni þessarar greinar.
Filmumyndun, eða þurrkun eins og hún er oft kölluð, skilar samloðnum filmum sem eru þurrar viðkomu áður en þær eru UV-herðar. Þar sem framleiðendur vilja takmarka loftmengun húðarinnar vegna agna, sem og þörfina fyrir hraða í framleiðsluferlinu, eru þessar filmur oft þurrkaðar í ofnum sem hluti af samfelldu ferli áður en UV-herðing fer fram. Mynd 2 sýnir dæmigerða þurrkunar- og herðingarferli UV-herðanlegs PUD.
MYND 2 | Aðferð til að herða UV-herðanlegan PUD.
Yfirleitt er notuð úðun. Hins vegar hefur verið notað hnífsrúllun og jafnvel flóðmálning. Þegar húðunin hefur verið borin á fer hún venjulega í gegnum fjögurra þrepa ferli áður en hún er meðhöndluð aftur.
1. Flass: Þetta er hægt að gera við stofuhita eða hækkað hitastig í nokkrar sekúndur upp í nokkrar mínútur.
2. Ofnþurrkun: Þetta er þar sem vatnið og leysiefnin eru rekin út úr húðuninni. Þetta skref er mikilvægt og tekur venjulega mestan tíma í ferlinu. Þetta skref er venjulega við >140°F og tekur allt að 8 mínútur. Einnig má nota þurrkofna með mörgum svæðum.
- IR-lampi og lofthreyfing: Uppsetning IR-lampa og lofthreyfingarvifta mun flýta fyrir vatnsblikkinu enn hraðar.
3. UV-herðing.
4. Kæling: Þegar húðunin hefur hert þarf hún að harðna í einhvern tíma til að ná stífluþoli. Þetta skref getur tekið allt að 10 mínútur áður en stífluþoli næst.
Tilraunakennd
Í þessari rannsókn var borið saman tvö UV-herðanleg PUD-efni (WB UV), sem nú eru notuð á markaði fyrir skápa og trésmíði, við nýju þróun okkar, PUD #65215A. Í þessari rannsókn berum við saman staðal #1 og staðal #2 við PUD #65215A hvað varðar þurrkun, blokkunarþol og efnaþol. Við metum einnig pH-stöðugleika og seigjustöðugleika, sem getur verið mikilvægt þegar hugað er að endurnotkun úða og geymsluþoli. Tafla 2 sýnir hér að neðan eðliseiginleika hvers plastefnis sem notað var í þessari rannsókn. Öll þrjú kerfin voru samsett með svipuðu ljósvakastigi, VOC-efnum og föstu efnum. Öll þrjú plastefnin voru samsett með 3% meðleysi.
TAFLA 2 | Eiginleikar PUD plastefnis.
Í viðtölum okkar var okkur sagt að flestar vatnsbornar, UV-herðandi húðanir á markaði fyrir innréttingar og skápa þorna á framleiðslulínu, sem tekur 5-8 mínútur að UV-herða. Aftur á móti þornar UV-herðingarlína (SB-UV) með leysiefni á 3-5 mínútum. Þar að auki eru húðanir á þessum markaði venjulega bornar á 4-5 mil blautar. Mikilvægur galli við vatnsbornar, UV-herðandi húðanir, samanborið við UV-herðandi, leysiefnisbundnar lausnir, er sá tími sem það tekur að afhýða vatn á framleiðslulínu.4 Gallar á filmunni, svo sem hvítir blettir, munu koma fram ef vatn hefur ekki verið rétt afhýdd af húðuninni fyrir UV-herðingu. Þetta getur einnig gerst ef þykkt blautu filmunnar er of mikil. Þessir hvítu blettir myndast þegar vatn festist inni í filmunni við UV-herðingu.5
Fyrir þessa rannsókn völdum við herðingaráætlun svipaða og notuð yrði á UV-herðandi leysiefnalínu. Mynd 3 sýnir notkunar-, þurrkunar-, herðingar- og pökkunaráætlun okkar. Þessi þurrkunaráætlun sýnir 50% til 60% aukningu á heildarhraða línunnar miðað við núverandi markaðsstaðal í smíði og skápagerð.
MYND 3 | Áætlun um notkun, þurrkun, herðingu og pökkun.
Hér að neðan eru notkunar- og herðingarskilyrðin sem við notuðum í rannsókn okkar:
●Sprautið yfir hlynvið með svörtum grunnlakk.
● 30 sekúndna blikk fyrir stofuhita
● Þurrkofn við 60°C í 2,5 mínútur (blástursofn).
●UV-herðing – styrkur um 800 mJ/cm2.
- Glærar húðanir voru hertar með kvikasilfurslampa.
- Litarefnismeðhöndlun var hert með samsettri kvikasilfurs/galampa.
●1 mínútu kælingu áður en staflað er.
Í rannsókn okkar úðuðum við einnig þremur mismunandi þykktum blautlagningarfilmu til að sjá hvort aðrir kostir, svo sem færri umferðir, gætu einnig nýst. 4 mils blautlagning er dæmigerð fyrir WB UV. Í þessari rannsókn voru einnig notaðar 6 og 8 mils blautlagningarumferðir.
Niðurstöður lækningar
Niðurstöður staðals #1, háglansandi glærrar húðunar, eru sýndar á mynd 4. WB UV glæra húðunin var borin á miðlungsþétta trefjaplötu (MDF) sem áður hafði verið húðuð með svörtum grunnlakki og hert samkvæmt áætluninni sem sýnd er á mynd 3. Við 4 mils rakaþykkt gengur húðunin vel. Hins vegar, við 6 og 8 mils rakaþykkt, sprungumyndaði húðunin og 8 mils var auðvelt að fjarlægja vegna lélegrar vatnslosunar fyrir UV herðingu.
MYND 4 | Staðall #1.
Svipuð niðurstaða sést einnig í staðli #2, sem sýndur er á mynd 5.
MYND 5 | Staðall #2.
Eins og sést á mynd 6, þar sem sama herðingaráætlun og á mynd 3 er notuð, sýndi PUD #65215A mikla framför í vatnslosun/þurrkun. Við 8 mils blautfilmuþykkt sáust lítilsháttar sprungur á neðri brún sýnisins.
MYND 6 | PUD #65215A.
Viðbótarprófanir á PUD# 65215A í lágglansandi glærri húðun og litarefnishúðun yfir sama MDF með svörtum grunnlakki voru metnar til að meta vatnslosandi eiginleika í öðrum dæmigerðum húðunarformúlum. Eins og sést á mynd 7, losaði lágglansformúlan við 5 og 7 mils blauta ásetningu vatnið og myndaði góða filmu. Hins vegar, við 10 mils blauta ásetningu, var hún of þykk til að losa vatnið samkvæmt þurrkunar- og herðingaráætluninni á mynd 3.
MYND 7 | Lágglansandi PUD #65215A.
Í hvítlitaðri formúlu stóð PUD #65215A sig vel í sama þurrkunar- og herðingaráætlun og lýst er á mynd 3, nema þegar það var borið á við 8 mils þykkt í blautum lit. Eins og sést á mynd 8 springur filman við 8 mils vegna lélegrar vatnslosunar. Almennt séð stóð PUD# 65215A sig vel í filmumyndun og þurrkun í tærum, lágglansandi og litaðri formúlu þegar það var borið á allt að 7 mils þykkt í blautum lit og hert við hraðaða þurrkunar- og herðingaráætlun sem lýst er á mynd 3.
MYND 8 | Litað PUD #65215A.
Niðurstöður blokkunar
Stífluþol er geta húðunar til að festast ekki við annan húðaðan hlut þegar hann er staflað. Í framleiðslu er þetta oft flöskuháls ef það tekur tíma fyrir herta húðun að ná stífluþoli. Í þessari rannsókn voru litarefnisblöndur af staðli #1 og PUD #65215A bornar á gler við 5 blautar mils þykkt með því að nota niðurdráttarstöng. Þessar voru hvor um sig hertar samkvæmt herðingaráætluninni á mynd 3. Tvær húðaðar glerplötur voru hertar á sama tíma – 4 mínútum eftir herðingu voru plöturnar klemmdar saman, eins og sýnt er á mynd 9. Þær héldust klemmdar saman við stofuhita í 24 klukkustundir. Ef plöturnar aðskildust auðveldlega án þess að mynda merki eða skemmdir á húðuðu plötunum var prófið talið standast.
Mynd 10 sýnir bætta stífluþol PUD# 65215A. Þó að bæði staðall #1 og PUD #65215A hafi náð fullri herðingu í fyrri prófun, þá sýndi aðeins PUD #65215A nægilega vatnslosun og herðingu til að ná stífluþoli.
MYND 9 | Myndskreyting á prófun á blokkunarviðnámi.
MYND 10 | Blokkunarviðnám staðals #1, fylgt eftir af PUD #65215A.
Niðurstöður akrýlblöndunar
Framleiðendur húðunar blanda oft WB UV-herðandi plastefnum við akrýl til að lækka kostnað. Í rannsókn okkar skoðuðum við einnig blöndun PUD#65215A við NeoCryl® XK-12, vatnsleysanlegt akrýl, sem oft er notað sem blöndunaraðili fyrir UV-herðandi vatnsleysanlegar PUD á markaði fyrir trésmíði og skápa. Fyrir þennan markað er KCMA litaprófun talin staðallinn. Eftir því hvers konar notkun er notuð verða sum efni mikilvægari en önnur fyrir framleiðanda húðaðrar vöru. Einkunnin 5 er best og 1 er verst.
Eins og sést í töflu 3, stendur PUD #65215A sig einstaklega vel í KCMA litunarprófunum sem glært með háglans, glært með lágglans og sem litarefni. Jafnvel þegar blandað er 1:1 við akrýl, hefur það ekki mikil áhrif á KCMA litunarprófin. Jafnvel við litun með efnum eins og sinnepi, náði húðin sér á viðunandi stigi eftir 24 klukkustundir.
TAFLA 3 | Efna- og blettaþol (5 er best).
Auk KCMA litunarprófana munu framleiðendur einnig prófa fyrir herðingu strax eftir UV-herðingu utan framleiðslulínu. Oft munu áhrif akrýlblöndunar sjást strax eftir herðingu í þessari prófun. Gert er ráð fyrir að húðunin gangi ekki í gegn eftir 20 tvöfaldar nuddmeðferðir með ísóprópýlalkóhóli (20 IPA dr). Sýni eru prófuð 1 mínútu eftir UV-herðingu. Í okkar prófunum sáum við að 1:1 blanda af PUD# 65215A við akrýl stóðst ekki þetta próf. Hins vegar sáum við að hægt var að blanda PUD #65215A við 25% NeoCryl XK-12 akrýl og samt standast 20 IPA dr prófið (NeoCryl er skráð vörumerki Covestro samstæðunnar).
MYND 11 | 20 IPA tvöfaldar nuddanir, 1 mínútu eftir UV-herðingu.
Stöðugleiki plastefnis
Stöðugleiki PUD #65215A var einnig prófaður. Formúla telst geymsluþol ef pH gildið fer ekki niður fyrir 7 eftir 4 vikur við 40°C og seigjan helst stöðug miðað við upphaflega notkun. Við ákváðum að láta sýnin gangast undir erfiðari aðstæður, allt að 6 vikur við 50°C. Við þessar aðstæður voru staðlar #1 og #2 ekki stöðugir.
Í prófunum okkar skoðuðum við háglansandi, lágglansandi og lágglansandi litarefni sem notuð voru í þessari rannsókn. Eins og sést á mynd 12 var pH-stöðugleiki allra þriggja formúlanna stöðugur og yfir pH-þröskuldinum 7,0. Mynd 13 sýnir lágmarksbreytingu á seigju eftir 6 vikur við 50°C.
MYND 12 | pH-stöðugleiki í samsettri PUD #65215A.
MYND 13 | Seigjustöðugleiki í samsettri PUD #65215A.
Önnur prófun sem sýndi fram á stöðugleika PUD #65215A var að prófa aftur KCMA litþol húðunarblöndu sem hefur verið látið standa í 6 vikur við 50°C og bera það saman við upphaflega KCMA litþol hennar. Litunarþol húðunar sem sýnir ekki gott stöðugleika mun lækka. Eins og sést á mynd 14, hélt PUD# 65215A sama stigi og það gerði í upphaflegu efna-/blettaþolsprófuninni á litarefnis húðuninni sem sýnd er í töflu 3.
MYND 14 | Efnaprófunarplötur fyrir litað PUD #65215A.
Niðurstöður
Fyrir þá sem nota UV-herðandi vatnsleysanlegar húðunarefni mun PUD #65215A gera þeim kleift að uppfylla núverandi afkastastaðla á markaði fyrir smíðavörur, tré og skápa, og auk þess mun það gera húðunarferlið kleift að sjá framleiðsluhraða sem nemur meira en 50-60% samanborið við núverandi staðlaðar UV-herðandi vatnsleysanlegar húðunarefni. Fyrir notandann getur þetta þýtt:
● Hraðari framleiðsla;
● Aukin filmuþykkt dregur úr þörfinni fyrir viðbótarlög;
● Styttri þurrklínur;
●Orkusparnaður vegna minni þurrkunarþarfar;
● Minni skrap vegna hraðrar blokkunarþols;
● Minni úrgangur úr húðun vegna stöðugleika plastefnisins.
Með VOC-innihaldi undir 100 g/L eru framleiðendur einnig betur í stakk búnir til að ná markmiðum sínum um VOC. Fyrir framleiðendur sem kunna að hafa áhyggjur af stækkun vegna leyfavandamála, mun hraðlosandi PUD #65215A gera þeim kleift að uppfylla reglugerðarskyldur sínar auðveldlegar án þess að skerða afköst.
Í upphafi þessarar greinar vitnuðum við í viðtölum okkar að þeir sem nota leysiefnabundin UV-herðanleg efni þorna og herða yfirleitt húðun í ferli sem tekur á bilinu 3-5 mínútur. Við höfum sýnt fram á í þessari rannsókn að samkvæmt ferlinu sem sýnt er á mynd 3, mun PUD #65215A herða allt að 7 mils blauta filmuþykkt á 4 mínútum við ofnhita upp á 140°C. Þetta er vel innan ramma flestra leysiefnabundinna UV-herðanlegra húðana. PUD #65215A gæti hugsanlega gert núverandi notendum leysiefnabundinna UV-herðanlegra efna kleift að skipta yfir í vatnsbundið UV-herðanlegt efni með litlum breytingum á húðunarlínu sinni.
Fyrir framleiðendur sem íhuga að auka framleiðslu sína, mun húðun byggð á PUD #65215A gera þeim kleift að:
● Sparaðu peninga með því að nota styttri vatnsleysanlegri húðunarlínu;
● Hafa minni yfirborð húðunarlínu í aðstöðunni;
● Hafa minni áhrif á núverandi leyfi fyrir lífræn efnasambönd (VOC);
● Sparnaður vegna minni þurrkunarþarfar.
Að lokum mun PUD #65215A hjálpa til við að bæta framleiðslugetu UV-herðanlegra húðunarlína með mikilli eðliseiginleikum og hraðri vatnslosun plastefnisins þegar það er þurrkað við 140°C.
Birtingartími: 14. ágúst 2024
