Лоуренс (Ларри) Ван Исегем — президент/генеральный директор компании Van Technologies, Inc.
В ходе работы с промышленными заказчиками на международном уровне мы ответили на невероятное количество вопросов и предложили множество решений, связанных с УФ-отверждаемыми покрытиями. Ниже приведены некоторые из наиболее часто задаваемых вопросов, а прилагаемые ответы могут оказаться полезными.
1. Что такое УФ-отверждаемые покрытия?
В деревообрабатывающей промышленности существует три основных типа УФ-отверждаемых покрытий.
100% активные (иногда называемые 100% твердыми) УФ-отверждаемые покрытия представляют собой жидкие химические композиции, не содержащие растворителей или воды. После нанесения покрытие немедленно подвергается воздействию УФ-энергии без необходимости сушки или испарения перед отверждением. Нанесенная композиция покрытия реагирует, образуя твердый поверхностный слой посредством описанного реактивного процесса, который правильно называется фотополимеризацией. Поскольку испарение перед отверждением не требуется, процесс нанесения и отверждения является чрезвычайно эффективным и экономически выгодным.
Гибридные УФ-отверждаемые покрытия на водной или растворительной основе, очевидно, содержат либо воду, либо растворитель для уменьшения содержания активного вещества (или твердых частиц). Это уменьшение содержания твердых частиц позволяет легче контролировать толщину наносимой влажной пленки и/или вязкость покрытия. В процессе эксплуатации эти УФ-покрытия наносятся на деревянные поверхности различными способами и должны полностью высохнуть перед УФ-отверждением.
Порошковые покрытия, отверждаемые УФ-излучением, также представляют собой 100% твердые составы и обычно наносятся на проводящие подложки посредством электростатического притяжения. После нанесения подложка нагревается для расплавления порошка, который растекается, образуя поверхностную пленку. Затем покрытую подложку можно немедленно подвергнуть воздействию УФ-излучения для ускорения отверждения. Полученная поверхностная пленка больше не деформируется под воздействием тепла и не чувствительна к нему.
Существуют варианты этих УФ-отверждаемых покрытий, содержащие вторичный механизм отверждения (активируемый теплом, реагирующий на влагу и т. д.), который обеспечивает отверждение в тех областях поверхности, которые не подвергаются воздействию УФ-излучения. Такие покрытия обычно называют покрытиями двойного отверждения.
Независимо от типа используемого УФ-отверждаемого покрытия, конечная отделка поверхности или слой обеспечивают исключительное качество, долговечность и устойчивость к внешним воздействиям.
2. Насколько хорошо УФ-отверждаемые покрытия прилегают к различным видам древесины, включая маслянистые породы?
УФ-отверждаемые покрытия обладают превосходной адгезией к большинству пород древесины. Важно обеспечить достаточные условия отверждения для полного отверждения и соответствующей адгезии к основанию.
Некоторые виды древесины от природы очень маслянистые и могут потребовать нанесения грунтовки, улучшающей адгезию, или «связующего слоя». Компания Van Technologies провела значительные исследования и разработки в области адгезии УФ-отверждаемых покрытий к этим видам древесины. Недавние разработки включают в себя единый УФ-отверждаемый герметик, который предотвращает воздействие масел, смолы и дегтя на адгезию УФ-отверждаемого финишного покрытия.
В качестве альтернативы, масло, присутствующее на поверхности древесины, можно удалить непосредственно перед нанесением покрытия, протерев ее ацетоном или другим подходящим растворителем. Сначала смачивают безворсовую впитывающую ткань растворителем, а затем протирают ею поверхность древесины. Поверхности дают высохнуть, после чего можно наносить УФ-отверждаемое покрытие. Удаление масла и других загрязнений с поверхности способствует последующему сцеплению нанесенного покрытия с поверхностью древесины.
3. Какие виды пятен совместимы с УФ-покрытиями?
Любая из описанных здесь морилок может быть эффективно запечатана и покрыта сверху 100% УФ-отверждаемыми, УФ-отверждаемыми с пониженным содержанием растворителей, УФ-отверждаемыми на водной основе или УФ-отверждаемыми порошковыми системами. Таким образом, существует ряд жизнеспособных комбинаций, благодаря которым практически любая морилка на рынке подходит для любого УФ-отверждаемого покрытия. Однако следует учитывать некоторые моменты, необходимые для обеспечения совместимости и качественной отделки поверхности древесины.
Красители на водной основе и красители на водной основе, отверждаемые УФ-излучением:При нанесении 100% УФ-отверждаемых, УФ-отверждаемых с пониженным содержанием растворителей или УФ-отверждаемых порошковых герметиков/верхних покрытий поверх водорастворимых морилок крайне важно, чтобы морилка полностью высохла, чтобы предотвратить дефекты равномерности покрытия, включая эффект «апельсиновой корки», «рыбьи глаза», образование кратеров, скопление и образование луж. Такие дефекты возникают из-за низкого поверхностного натяжения наносимых покрытий по сравнению с высоким остаточным поверхностным натяжением воды от нанесенной морилки.
Однако нанесение водорастворимого УФ-отверждаемого покрытия, как правило, более щадящее. При использовании некоторых водорастворимых УФ-отверждаемых герметиков/верхних покрытий наносимая морилка может проявлять признаки влажности без каких-либо негативных последствий. Остаточная влага или вода от нанесения морилки легко проникает через нанесенный водорастворимый УФ-герметик/верхнее покрытие в процессе сушки. Тем не менее, настоятельно рекомендуется протестировать любую комбинацию морилки и герметика/верхнего покрытия на репрезентативном образце, прежде чем приступать к обработке конкретной поверхности.
Красители на масляной и растворительной основе:Хотя может существовать система, применимая к недостаточно высохшим морилкам на масляной или растворительной основе, обычно необходимо, и настоятельно рекомендуется, полностью высушить эти морилки перед нанесением любого герметика/верхнего покрытия. Медленно сохнущим морилкам такого типа может потребоваться до 24-48 часов (или дольше) для полного высыхания. Опять же, рекомендуется протестировать систему на типичной поверхности древесины.
100% УФ-отверждаемые красители:В целом, 100% УФ-отверждаемые покрытия обладают высокой химической и водостойкостью после полного отверждения. Эта стойкость затрудняет хорошее сцепление последующих покрытий, если нижележащая УФ-отверждаемая поверхность не будет должным образом обработана абразивом для обеспечения механического сцепления. Хотя предлагаются 100% УФ-отверждаемые морилки, разработанные для последующего нанесения покрытий, большинство из них требуют абразивной обработки или частичного отверждения (так называемая стадия «В» или «бугристое отверждение») для улучшения межслойной адгезии. Стадия «В» приводит к образованию остаточных реактивных участков в слое морилки, которые будут совместно реагировать с нанесенным УФ-отверждаемым покрытием при полном отверждении. Стадия «В» также позволяет проводить легкую абразивную обработку для удаления или срезания любых поднятий зерен, которые могут возникнуть при нанесении морилки. Гладкое нанесение герметика или финишного покрытия обеспечит превосходную межслойную адгезию.
Еще одна проблема, связанная со 100% УФ-отверждаемыми морилками, касается темных цветов. Для сильно пигментированных морилок (и пигментированных покрытий в целом) лучше подходят УФ-лампы, излучающие энергию, близкую к видимому спектру света. Обычные УФ-лампы с добавлением галлия в сочетании со стандартными ртутными лампами — отличный выбор. УФ-светодиодные лампы, излучающие 395 нм и/или 405 нм, показывают лучшие результаты с пигментированными системами по сравнению с лампами, излучающими 365 нм и 385 нм. Кроме того, системы УФ-ламп, обеспечивающие большую мощность УФ-излучения (мВт/см²), также эффективны.2) и плотность энергии (мДж/см²)2) способствуют лучшему отверждению за счет нанесенного красителя или пигментированного покрытия.
Наконец, как и в случае с другими упомянутыми выше системами окрашивания, рекомендуется провести тестирование перед началом работы с обрабатываемой поверхностью. Убедитесь в результате до полного высыхания!
4. Какова максимальная/минимальная толщина пленки для 100% УФ-покрытий?
Порошковые покрытия, отверждаемые УФ-излучением, технически являются на 100% УФ-отверждаемыми покрытиями, и их толщина при нанесении ограничена электростатическими силами притяжения, которые связывают порошок с обрабатываемой поверхностью. Лучше всего проконсультироваться с производителем порошковых УФ-покрытий.
Что касается жидких покрытий, отверждаемых УФ-излучением на 100%, то толщина нанесенной влажной пленки будет приблизительно такой же, как и толщина сухой пленки после УФ-отверждения. Некоторая усадка неизбежна, но обычно она имеет минимальные последствия. Однако существуют высокотехнологичные применения, требующие очень жестких или узких допусков по толщине пленки. В таких случаях можно провести прямое измерение толщины отвержденной пленки для сопоставления толщины влажной и сухой пленок.
Конечная толщина отвержденного покрытия зависит от химического состава УФ-отверждаемого покрытия и его рецептуры. Существуют системы, разработанные для получения очень тонких пленок толщиной от 0,2 до 0,5 мил (5–15 мкм), а также системы, обеспечивающие толщину более 0,5 дюйма (12 мм). Как правило, УФ-отверждаемые покрытия с высокой плотностью сшивки, такие как некоторые уретан-акрилатные составы, не способны обеспечить большую толщину пленки в одном нанесенном слое. Степень усадки при отверждении приведет к сильному растрескиванию толстого нанесенного покрытия. Тем не менее, большая толщина покрытия может быть достигнута с использованием УФ-отверждаемых покрытий с высокой плотностью сшивки путем нанесения нескольких тонких слоев и шлифовки и/или «второй» обработки между каждым слоем для улучшения адгезии между слоями.
Реактивный механизм отверждения большинства УФ-отверждаемых покрытий называется «инициированным свободными радикалами». Этот реактивный механизм отверждения чувствителен к кислороду в воздухе, который замедляет или подавляет скорость отверждения. Это замедление часто называют кислородным ингибированием, и оно наиболее важно при попытке получить очень тонкие пленки. В тонких пленках площадь поверхности по отношению к общему объему нанесенного покрытия относительно велика по сравнению с толстыми пленками. Поэтому тонкие пленки гораздо более подвержены кислородному ингибированию и отверждаются очень медленно. Часто поверхность покрытия остается недостаточно отвержденной и имеет маслянистую/жирную текстуру. Для противодействия кислородному ингибированию на поверхность во время отверждения можно пропускать инертные газы, такие как азот и диоксид углерода, чтобы уменьшить концентрацию кислорода, что позволит обеспечить полное и быстрое отверждение.
5. Насколько прозрачным является прозрачное УФ-покрытие?
100% УФ-отверждаемые покрытия обладают превосходной прозрачностью и могут конкурировать с лучшими прозрачными покрытиями в отрасли. Кроме того, при нанесении на древесину они позволяют максимально раскрыть красоту и глубину изображения. Особый интерес представляют различные алифатические уретан-акрилатные системы, которые отличаются замечательной прозрачностью и бесцветностью при нанесении на самые разные поверхности, включая древесину. Более того, алифатические полиуретан-акрилатные покрытия очень стабильны и устойчивы к изменению цвета с течением времени. Важно отметить, что покрытия с низким блеском рассеивают свет гораздо сильнее, чем глянцевые покрытия, и, следовательно, обладают меньшей прозрачностью. Однако по сравнению с другими химическими составами покрытий 100% УФ-отверждаемые покрытия не уступают, а то и превосходят их.
Доступные в настоящее время водорастворимые УФ-отверждаемые покрытия могут быть разработаны таким образом, чтобы обеспечивать исключительную прозрачность, теплоту древесины и реакцию на воздействие окружающей среды, не уступающие лучшим традиционным отделочным системам. Прозрачность, блеск, реакция древесины и другие функциональные свойства УФ-отверждаемых покрытий, представленных сегодня на рынке, превосходны, если они поставляются от качественных производителей.
6. Существуют ли цветные или пигментированные УФ-отверждаемые покрытия?
Да, цветные или пигментированные покрытия легко доступны для всех типов УФ-отверждаемых покрытий, но для достижения оптимальных результатов необходимо учитывать ряд факторов. Первый и наиболее важный фактор заключается в том, что определенные цвета препятствуют проникновению УФ-энергии в нанесенное УФ-отверждаемое покрытие. Электромагнитный спектр показан на изображении 1, и видно, что спектр видимого света непосредственно примыкает к спектру УФ-излучения. Спектр представляет собой континуум без четких линий (длин волн) разграничения. Поэтому одна область постепенно переходит в соседнюю. Что касается области видимого света, то существуют научные утверждения, что она простирается от 400 нм до 780 нм, в то время как другие утверждают, что она простирается от 350 нм до 800 нм. Для данного обсуждения важно понимать, что определенные цвета могут эффективно блокировать прохождение определенных длин волн УФ-излучения.
Поскольку основное внимание уделяется диапазону длин волн УФ-излучения, давайте рассмотрим его подробнее. На рисунке 2 показана зависимость между длиной волны видимого света и соответствующим цветом, эффективно его блокирующим. Также важно знать, что красители обычно охватывают широкий диапазон длин волн, так что красный краситель может охватывать значительный диапазон, частично поглощая УФ-излучение типа А. Следовательно, наиболее опасными цветами будут желто-оранжево-красные оттенки, и эти цвета могут препятствовать эффективному отверждению.
Красители не только мешают УФ-отверждению, но и являются важным фактором при использовании белых пигментированных покрытий, таких как УФ-отверждаемые грунтовки и финишные краски. Рассмотрим спектр поглощения белого пигмента диоксида титана (TiO2), как показано на изображении 3. TiO2 демонстрирует очень сильное поглощение во всем УФ-диапазоне, и тем не менее, белые УФ-отверждаемые покрытия эффективно отверждаются. Как? Ответ кроется в тщательной разработке рецептуры разработчиком и производителем покрытия в сочетании с использованием соответствующих УФ-ламп для отверждения. Обычные УФ-лампы, используемые в настоящее время, излучают энергию, как показано на изображении 4.
Каждая из изображенных ламп основана на ртути, но легирование ртути другим металлическим элементом позволяет сместить излучение в другие диапазоны длин волн. В случае белых УФ-отверждаемых покрытий на основе TiO2 энергия, излучаемая стандартной ртутной лампой, будет эффективно блокироваться. Некоторые из более высоких длин волн могут обеспечить отверждение, но время, необходимое для полного отверждения, может быть непрактичным. Однако легирование ртутной лампы галлием обеспечивает избыток энергии, полезной в области, которая не эффективно блокируется TiO2. Используя комбинацию обоих типов ламп, можно добиться как сквозного отверждения (с использованием легированной галлием), так и поверхностного отверждения (с использованием стандартной ртути) (Изображение 5).
Наконец, цветные или пигментированные УФ-отверждаемые покрытия необходимо разрабатывать с использованием оптимальных фотоинициаторов, чтобы энергия УФ-излучения — видимого диапазона длин волн, излучаемого лампами, — эффективно использовалась для качественного отверждения.
Есть ещё вопросы?
По любым возникающим вопросам не стесняйтесь обращаться к нынешнему или будущему поставщику покрытий, оборудования и систем управления технологическими процессами компании. Вы получите исчерпывающие ответы, которые помогут принять эффективные, безопасные и прибыльные решения.
Лоуренс (Ларри) Ван Исегем — президент/генеральный директор компании Van Technologies, Inc. Компания Van Technologies имеет более чем 30-летний опыт работы в области УФ-отверждаемых покрытий, начав свою деятельность как научно-исследовательская компания, но быстро превратившись в производителя специализированных передовых покрытий™ для промышленных предприятий по нанесению покрытий по всему миру. УФ-отверждаемые покрытия всегда были в центре внимания, наряду с другими «зелеными» технологиями нанесения покрытий, с акцентом на производительность, равную или превосходящую традиционные технологии. Компания Van Technologies производит промышленные покрытия под брендом GreenLight Coatings™ в соответствии с системой управления качеством, сертифицированной по стандарту ISO-9001:2015. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт.www.greenlightcoatings.com.
Дата публикации: 22 июля 2023 г.
