В течение последних нескольких десятилетий основной задачей было сокращение количества растворителей, выбрасываемых в атмосферу. Они называются ЛОС (летучими органическими соединениями) и, по сути, включают в себя все используемые нами растворители, за исключением ацетона, который обладает очень низкой фотохимической активностью и был исключен из перечня ЛОС-растворителей.
Но что, если бы мы могли полностью отказаться от растворителей и при этом получать хорошие защитные и декоративные результаты с минимальными усилиями?
Это было бы здорово — и мы можем. Технология, которая делает это возможным, называется УФ-отверждением. Она используется с 1970-х годов для самых разных материалов, включая металл, пластик, стекло, бумагу и, всё чаще, дерево.
УФ-отверждаемые покрытия отверждаются под воздействием ультрафиолетового света в нанометровом диапазоне, находящемся на нижней границе видимого света. Их преимущества включают значительное снижение или полное устранение ЛОС, уменьшение отходов, меньшую занимаемую площадь, возможность быстрой обработки и складирования (отсутствие необходимости в сушильных стеллажах), снижение трудозатрат и более высокую скорость производства.
Два важных недостатка — высокая начальная стоимость оборудования и сложность финишной обработки сложных трёхмерных объектов. Поэтому применение УФ-отверждения обычно ограничивается крупными мастерскими, изготавливающими относительно плоские изделия, такие как двери, панели, напольные покрытия, отделку и готовые к сборке детали.
Самый простой способ понять свойства УФ-отверждаемых покрытий — сравнить их с распространёнными катализируемыми покрытиями, с которыми вы, вероятно, знакомы. Как и катализируемые покрытия, УФ-отверждаемые покрытия содержат смолу для формирования структуры, растворитель или заменитель разбавителя, катализатор для инициирования сшивания и отверждения, а также некоторые добавки, например, матирующие агенты, для придания особых свойств.
Используется ряд первичных смол, включая производные эпоксидных, уретановых, акриловых и полиэфирных.
Во всех случаях эти смолы отверждаются очень прочно и устойчивы к растворителям и царапинам, подобно катализированным (конверсионным) лакам. Это затрудняет незаметный ремонт в случае повреждения отверждённой плёнки.
УФ-отверждаемые покрытия могут быть полностью жидкими и состоять из твёрдых веществ. То есть толщина слоя, нанесённого на древесину, совпадает с толщиной отверждённого покрытия. Испаряться нечему. Но первичная смола слишком густая для лёгкого нанесения. Поэтому производители добавляют более мелкие реакционноспособные молекулы для снижения вязкости. В отличие от растворителей, которые испаряются, эти добавленные молекулы сшиваются с более крупными молекулами смолы, образуя плёнку.
Растворители или вода также могут быть добавлены в качестве разбавителей, когда требуется более тонкая плёнка, например, для финишного слоя. Но для того, чтобы покрытие можно было наносить распылением, они обычно не требуются. При добавлении растворителей или воды необходимо дать им испариться или сделать это (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», не проявляет никаких свойств до тех пор, пока не подвергнется воздействию энергии УФ-излучения. Затем он запускает быструю цепную реакцию, которая связывает все молекулы покрытия вместе, образуя плёнку.
Именно этот процесс делает УФ-отверждаемые покрытия такими уникальными. У покрытия практически нет срока годности и жизнеспособности. Оно остаётся жидким до тех пор, пока не подвергнется воздействию УФ-излучения. Затем оно полностью затвердевает в течение нескольких секунд. Имейте в виду, что солнечный свет может ускорить процесс отверждения, поэтому важно избегать такого воздействия.
Возможно, проще представить себе катализатор для УФ-покрытий как две составляющие, а не как одну. Есть фотоинициатор, уже присутствующий в покрытии (около 5% жидкости), и есть энергия УФ-излучения, которая его активирует. Без обоих компонентов ничего не происходит.
Эта уникальная особенность позволяет собирать излишки краски вне зоны действия УФ-излучения и использовать покрытие повторно. Таким образом, отходы практически полностью исключаются.
Традиционный УФ-светильник представляет собой ртутную лампу с эллиптическим отражателем, собирающим и направляющим свет на деталь. Идея заключается в фокусировке света для максимального эффекта активации фотоинициатора.
В последнее десятилетие светодиоды (светоизлучающие диоды) начали вытеснять традиционные лампы накаливания, поскольку потребляют меньше электроэнергии, служат гораздо дольше, не нагреваются и имеют узкий диапазон длин волн, поэтому выделяют гораздо меньше тепла, вызывающего проблемы. Это тепло может разжижать смолы в древесине, например, в сосне, и его необходимо отводить.
Однако процесс отверждения тот же. Всё происходит «на прямой видимости». Покрытие отверждается только при попадании на него УФ-излучения с определённого расстояния. Участки в тени или вне фокуса света не отверждаются. Это важное ограничение УФ-отверждения в настоящее время.
Для отверждения покрытия на любом сложном объекте, даже на таком почти плоском, как профилированный молдинг, источники света должны быть расположены таким образом, чтобы свет падал на каждую поверхность с одинакового фиксированного расстояния, соответствующего формуле покрытия. Именно поэтому плоские объекты составляют подавляющее большинство проектов, покрываемых УФ-отверждаемым покрытием.
Двумя наиболее распространенными схемами нанесения и отверждения УФ-покрытия являются плоская линия и камера.
При использовании технологии «плоская линия» плоские или почти плоские изделия перемещаются по конвейеру под распылением, валиком или через вакуумную камеру, затем через печь (при необходимости) для удаления растворителей или воды и, наконец, под ультрафиолетовыми лампами для отверждения. После этого изделия можно сразу же укладывать в стопку.
В камерах объекты обычно подвешиваются и перемещаются по конвейеру, выполняя те же этапы. Камера позволяет обрабатывать все стороны одновременно и обрабатывать несложные трёхмерные объекты.
Другая возможность — использовать робота для вращения объекта перед УФ-лампами или удерживать УФ-лампу и перемещать объект вокруг нее.
Поставщики играют ключевую роль
При производстве УФ-отверждаемых покрытий и оборудования работа с поставщиками ещё важнее, чем при производстве катализируемых лаков. Основная причина — необходимость согласования множества переменных. К ним относятся длина волны ламп или светодиодов и их расстояние от объектов, рецептура покрытия и скорость линии, если используется финишная линия.
Время публикации: 23 апреля 2023 г.
