В последние несколько десятилетий основной целью было сокращение количества растворителей, выбрасываемых в атмосферу. Эти вещества называются летучими органическими соединениями (ЛОС) и, по сути, включают все используемые нами растворители, за исключением ацетона, который обладает очень низкой фотохимической активностью и был исключен из списка ЛОС.
А что, если бы мы могли полностью исключить использование растворителей и при этом добиться хороших защитных и декоративных результатов с минимальными усилиями?
Это было бы замечательно — и мы можем это сделать. Технология, которая делает это возможным, называется УФ-отверждением. Она используется с 1970-х годов для самых разных материалов, включая металл, пластик, стекло, бумагу и, все чаще, древесину.
Покрытия, отверждаемые УФ-излучением, затвердевают под воздействием ультрафиолетового света в нанометровом диапазоне, находящемся в нижней части диапазона видимого света или чуть ниже него. К их преимуществам относятся значительное снижение или полное исключение летучих органических соединений, меньшее количество отходов, меньшая занимаемая площадь, немедленная обработка и штабелирование (без необходимости в сушильных стеллажах), снижение трудозатрат и более высокая скорость производства.
Два важных недостатка — высокая первоначальная стоимость оборудования и сложность обработки сложных трехмерных объектов. Поэтому внедрение УФ-отверждения обычно ограничивается крупными цехами, производящими относительно плоские объекты, такие как двери, панели, напольные покрытия, отделка и детали, готовые к сборке.
Проще всего понять, что такое УФ-отверждаемые покрытия, сравнив их с распространенными катализируемыми покрытиями, с которыми вы, вероятно, знакомы. Как и катализируемые покрытия, УФ-отверждаемые покрытия содержат смолу для создания основы, растворитель или заменитель разбавления, катализатор для инициирования сшивания и обеспечения отверждения, а также некоторые добавки, такие как матирующие агенты, для придания особых характеристик.
Используется ряд основных смол, включая производные эпоксидных, уретановых, акриловых и полиэфирных смол.
Во всех случаях эти смолы затвердевают до очень твердого состояния и обладают устойчивостью к растворителям и царапинам, подобно катализированному (конверсионному) лаку. Это затрудняет незаметный ремонт в случае повреждения затвердевшей пленки.
УФ-отверждаемые покрытия могут быть на 100 процентов твердыми в жидком состоянии. То есть толщина нанесенного на древесину вещества равна толщине отвержденного покрытия. Испаряться нечего. Но основная смола слишком густая для удобного нанесения. Поэтому производители добавляют более мелкие реактивные молекулы для снижения вязкости. В отличие от растворителей, которые испаряются, эти добавленные молекулы образуют поперечные связи с более крупными молекулами смолы, формируя пленку.
Растворители или вода также могут добавляться в качестве разбавителей, если требуется более тонкая пленка, например, для защитного покрытия. Но обычно они не требуются для того, чтобы покрытие можно было распылять. При добавлении растворителей или воды необходимо дать им испариться (в печи) до начала УФ-отверждения.
Катализатор
В отличие от катализированного лака, который начинает отверждаться при добавлении катализатора, катализатор в УФ-отверждаемом покрытии, называемый «фотоинициатором», ничего не делает, пока не подвергнется воздействию энергии УФ-излучения. Затем он запускает быструю цепную реакцию, которая связывает все молекулы в покрытии вместе, образуя пленку.
Именно этот процесс делает УФ-отверждаемые покрытия такими уникальными. По сути, у покрытия нет срока годности или периода хранения в емкости. Оно остается в жидком состоянии до тех пор, пока не подвергнется воздействию УФ-излучения. Затем оно полностью затвердевает в течение нескольких секунд. Следует помнить, что солнечный свет может ускорить процесс отверждения, поэтому важно избегать такого воздействия.
Возможно, проще представить катализатор для УФ-покрытий как две составляющие, а не одну. Есть фотоинициатор, уже присутствующий в покрытии — около 5 процентов жидкости — и есть энергия УФ-излучения, которая запускает процесс. Без обоих компонентов ничего не произойдет.
Эта уникальная особенность позволяет собирать излишки краски вне зоны действия УФ-излучения и использовать покрытие повторно. Таким образом, количество отходов практически полностью исключается.
Традиционный ультрафиолетовый источник света представляет собой ртутную лампу с эллиптическим отражателем, который собирает и направляет свет на обрабатываемую деталь. Идея заключается в фокусировке света для достижения максимального эффекта при активации фотоинициатора.
В последние десять лет светодиоды (LED) начали вытеснять традиционные лампы накаливания, поскольку они потребляют меньше электроэнергии, служат гораздо дольше, не нагреваются и имеют узкий диапазон длин волн, поэтому выделяют гораздо меньше тепла, что может привести к проблемам. Это тепло может разжижать смолы в древесине, например, в сосне, и его необходимо отводить.
Однако процесс отверждения остается тем же. Все происходит «в пределах прямой видимости». Покрытие затвердевает только в том случае, если ультрафиолетовый свет падает на него с фиксированного расстояния. Участки в тени или вне фокуса света не затвердевают. Это важное ограничение УФ-отверждения на данный момент.
Для отверждения покрытия на любом сложном объекте, даже на таком почти плоском, как профилированный молдинг, источники света должны быть расположены таким образом, чтобы они падали на каждую поверхность на одном и том же фиксированном расстоянии, соответствующем составу покрытия. Именно поэтому плоские объекты составляют подавляющее большинство проектов, покрываемых УФ-отверждаемым покрытием.
Для нанесения и отверждения УФ-покрытия обычно используются два типа камерных установок: плоская линия и камера.
В плоской линии плоские или почти плоские объекты перемещаются по конвейеру под распылителем или валиком, либо через вакуумную камеру, затем, при необходимости, через печь для удаления растворителей или воды, и, наконец, под массивом УФ-ламп для отверждения. После этого объекты можно немедленно штабелировать.
В камерах объекты обычно подвешиваются и перемещаются по конвейеру, проходя одни и те же этапы. Камера позволяет обрабатывать все стороны одновременно, а также обрабатывать несложные трехмерные объекты.
Другой вариант — использовать робота для вращения объекта перед УФ-лампами или удерживать УФ-лампу и перемещать объект вокруг нее.
Поставщики играют ключевую роль.
При работе с УФ-отверждаемыми покрытиями и оборудованием взаимодействие с поставщиками еще важнее, чем в случае с катализированными лаками. Главная причина – количество переменных, которые необходимо согласовать. К ним относятся длина волны ламп или светодиодов и их расстояние от объектов, состав покрытия и скорость линии, если используется финишная линия.
Дата публикации: 23 апреля 2023 г.
