Лоуренс (Ларри) Ван Изегем — президент/генеральный директор Van Technologies, Inc.
За время работы с промышленными клиентами 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 также ответы на них, которые могут оказаться полезными.
1. Что такое УФ-отверждаемые покрытия?
В деревообрабатывающей промышленности используются три основных типа УФ-отверждаемых покрытий.
100% активные (иногда называемые 100% твердыми) УФ-отверждаемые покрытия представляют собой жидкие химические составы, не содержащие растворителя и воды. После нанесения покрытие немедленно подвергается воздействию УФ-излучения без необходимости высыхания или испарения перед отверждением. Нанесенный состав покрытия реагирует с образованием твердого поверхностного слоя посредством описанного реакционного процесса, который уместно назвать фотополимеризацией. Поскольку испарение перед отверждением не требуется, процесс нанесения и отверждения чрезвычайно эффективен и экономически выгоден.
Гибридные УФ-отверждаемые покрытия на водной или органической основе, очевидно, содержат либо воду, либо растворитель для снижения содержания активного компонента (или твердого вещества). Снижение содержания твердого компонента позволяет легче контролировать толщину наносимой влажной пленки и/или вязкость покрытия. Эти УФ-отверждаемые покрытия наносятся на деревянные поверхности различными способами и требуют полного высыхания перед УФ-отверждением.
УФ-отверждаемые порошковые покрытия также представляют собой полностью твёрдые композиции и обычно наносятся на проводящие подложки посредством электростатического притяжения. После нанесения подложка нагревается для расплавления порошка, который затем вытекает, образуя поверхностную плёнку. Покрытую подложку можно сразу же подвергнуть воздействию УФ-излучения для ускорения отверждения. Образующаяся поверхностная плёнка не подвержена термодеформации и нечувствительна к нагреванию.
Существуют варианты этих УФ-отверждаемых покрытий, которые обладают механизмом вторичного отверждения (активируемым при нагревании, реагирующим с влагой и т. д.), обеспечивающим отверждение на участках поверхности, не подверженных воздействию УФ-излучения. Такие покрытия обычно называют покрытиями двойного отверждения.
Независимо от типа используемого УФ-отверждаемого покрытия, конечная отделка поверхности или слой обеспечивает исключительные свойства качества, долговечности и стойкости.
2. Насколько хорошо УФ-отверждаемые покрытия сцепляются с различными породами древесины, включая маслянистые сорта?
УФ-отверждаемые покрытия обладают превосходной адгезией к большинству пород древесины. Важно обеспечить достаточные условия для полного отверждения и надлежащей адгезии к основе.
Некоторые породы древесины от природы очень жирные и могут потребовать нанесения адгезионной грунтовки, или связующего слоя. Компания Van Technologies провела значительные исследования и разработки в области адгезии УФ-отверждаемых покрытий к этим породам древесины. Среди последних разработок — единый УФ-отверждаемый герметик, который предотвращает влияние масел, сока и смолы на адгезию УФ-отверждаемого верхнего покрытия.
Альтернативно, масло с поверхности древесины можно удалить непосредственно перед нанесением покрытия, протерев её ацетоном или другим подходящим растворителем. Сначала смочите безворсовую, хорошо впитывающую ткань растворителем, а затем протрите ею поверхность древесины. Дайте поверхности высохнуть, после чего можно наносить УФ-отверждаемое покрытие. Удаление масла и других загрязнений способствует лучшей адгезии нанесенного покрытия к поверхности древесины.
3. Какие типы морилок совместимы с УФ-покрытиями?
Любую из описанных здесь морилок можно эффективно герметизировать и покрыть финишным слоем с помощью 100% УФ-отверждаемых, УФ-отверждаемых с пониженным содержанием растворителей, УФ-отверждаемых на водной основе или УФ-отверждаемых порошковых систем. Таким образом, существует ряд эффективных комбинаций, делающих практически любую морилку, представленную на рынке, подходящей для любого УФ-отверждаемого покрытия. Однако есть ряд важных моментов, которые следует учитывать при обеспечении совместимости для качественной отделки деревянной поверхности.
Морилки на водной основе и морилки на водной основе, отверждаемые УФ-излучением:При нанесении 100% УФ-отверждаемых, УФ-отверждаемых с пониженным содержанием растворителей или УФ-отверждаемых порошковых грунтовок/финишных покрытий на водные морилки крайне важно, чтобы морилка была полностью сухой, чтобы предотвратить дефекты покрытия, такие как эффект апельсиновой корки, «рыбьего глаза», кратеры, лужицы и образование лужиц. Эти дефекты возникают из-за низкого поверхностного натяжения нанесенных покрытий по сравнению с высоким остаточным поверхностным натяжением воды, оставшейся после нанесения морилки.
Однако нанесение УФ-отверждаемого покрытия на водной основе, как правило, более щадящее. При использовании некоторых УФ-отверждаемых грунтовок/финишных покрытий на водной основе, нанесенная морилка может быть влажной, что не будет иметь негативных последствий. Остаточная влага или вода после нанесения морилки легко проникает через нанесенный УФ-герметик/финишный слой на водной основе в процессе высыхания. Однако настоятельно рекомендуется протестировать сочетание морилки и герметика/финишного покрытия на репрезентативном тестовом образце, прежде чем приступать к отделке поверхности.
Пятна на масляной основе и на основе растворителей:Хотя существует система, которую можно наносить на недостаточно высохшие масляные или растворимые морилки, обычно необходимо и настоятельно рекомендуется полностью высушить эти морилки перед нанесением любого герметика/верхнего покрытия. Медленносохнущие морилки такого типа могут полностью высохнуть в течение 24–48 часов (или дольше). Рекомендуется также протестировать систему на репрезентативной деревянной поверхности.
100% УФ-отверждаемые пятна:В целом, 100% УФ-отверждаемые покрытия проявляют высокую химическую стойкость и водостойкость после полного отверждения. Эта стойкость затрудняет хорошую адгезию последующих покрытий, если лежащая под ними УФ-отверждаемая поверхность не будет должным образом отшлифована для обеспечения механического сцепления. Хотя предлагаются 100% УФ-отверждаемые пропитки, которые были разработаны для восприимчивости к последующим наносимым покрытиям, большинство 100% УФ-отверждаемых пропиток необходимо отшлифовать или частично отвердеть (так называемая стадия «B» или отверждение с образованием выпуклостей) для улучшения межслойной адгезии. Стадия «B» приводит к появлению остаточных реактивных участков в слое пропитки, которые будут совместно реагировать с нанесенным УФ-отверждаемым покрытием, поскольку оно подвергается условиям полного отверждения. Стадия «B» также допускает легкую шлифовку для удаления или срезания любых поднятий зерен, которые могут возникнуть при нанесении пропитки. Плавное нанесение герметика или верхнего покрытия обеспечит отличную межслойную адгезию.
Другая проблема, связанная со 100% УФ-отверждаемыми морилками, касается более тёмных цветов. Сильно пигментированные морилки (и пигментированные покрытия в целом) работают лучше при использовании УФ-ламп, излучающих энергию, близкую к видимому спектру света. Традиционные УФ-лампы, легированные галлием, в сочетании со стандартными ртутными лампами являются отличным выбором. УФ-светодиодные лампы с длиной волны 395 нм и/или 405 нм работают лучше с пигментированными системами по сравнению с матрицами с длиной волны 365 нм и 385 нм. Кроме того, УФ-лампы с большей мощностью УФ-излучения (мВт/см2)2) и плотность энергии (мДж/см22) способствуют лучшему отверждению благодаря нанесенному слою морилки или пигментированного покрытия.
Наконец, как и в случае с другими системами пропитки, упомянутыми выше, рекомендуется провести тестирование перед началом работы с окрашиваемой и отделываемой поверхностью. Убедитесь в этом до полного высыхания!
4. Какова максимальная/минимальная толщина пленки для 100% УФ-покрытий?
УФ-отверждаемые порошковые покрытия технически являются покрытиями, отверждаемыми УФ-излучением на 100%, и их толщина ограничивается электростатическими силами притяжения, которые связывают порошок с окрашиваемой поверхностью. Рекомендуется проконсультироваться с производителем УФ-порошковых покрытий.
Что касается жидких 100% УФ-отверждаемых покрытий, толщина нанесённой влажной плёнки будет примерно такой же, как и толщина сухой плёнки после УФ-отверждения. Некоторая усадка неизбежна, но обычно она минимальна. Однако существуют технически сложные области применения, требующие очень жёстких или узких допусков на толщину плёнки. В таких случаях можно провести прямое измерение толщины отверждённой плёнки для корреляции толщины влажной и сухой плёнки.
Окончательная толщина отвержденного покрытия, которая может быть достигнута, будет зависеть от химического состава УФ-отверждаемого покрытия и его рецептуры. Существуют системы, разработанные для обеспечения очень тонких пленок толщиной от 0,2 до 0,5 мил (от 5 мкм до 15 мкм), а также другие, которые могут обеспечить толщину более 0,5 дюйма (12 мм). Как правило, УФ-отверждаемые покрытия с высокой плотностью поперечных связей, такие как некоторые уретанакрилатные составы, не способны обеспечить высокую толщину пленки за один нанесенный слой. Степень усадки при отверждении приведет к сильному растрескиванию толсто нанесенного покрытия. Большая толщина слоя или отделки все еще может быть достигнута с помощью УФ-отверждаемых покрытий с высокой плотностью поперечных связей путем нанесения нескольких тонких слоев и либо шлифования и/или выдержки «B» между каждым слоем для улучшения межслойной адгезии.
Механизм реактивного отверждения большинства УФ-отверждаемых покрытий называется «инициируемым свободными радикалами». Этот механизм реактивного отверждения восприимчив к кислороду воздуха, который замедляет или подавляет скорость отверждения. Это замедление часто называют кислородным ингибированием, и оно наиболее важно при попытке достичь очень тонкой толщины пленки. В тонких пленках площадь поверхности по отношению к общему объему нанесенного покрытия относительно велика по сравнению с толщиной толстой пленки. Поэтому тонкие пленки гораздо более восприимчивы к кислородному ингибированию и отверждаются очень медленно. Часто поверхность отделки остается недостаточно отвержденной и приобретает маслянистый/сальный вид. Чтобы противодействовать кислородному ингибированию, во время отверждения над поверхностью можно пропускать инертные газы, такие как азот и углекислый газ, для удаления концентрации кислорода, что обеспечивает полное быстрое отверждение.
5. Насколько прозрачно прозрачное УФ-покрытие?
Покрытия со 100% УФ-отверждением обладают превосходной прозрачностью и могут соперничать с лучшими прозрачными лаками в отрасли. Кроме того, при нанесении на древесину они раскрывают максимальную красоту и глубину изображения. Особый интерес представляют различные алифатические уретанакрилатные системы, которые отличаются удивительной прозрачностью и бесцветностью при нанесении на самые разные поверхности, включая древесину. Кроме того, покрытия на основе алифатических полиуретанакрилатов очень стабильны и устойчивы к изменению цвета со временем. Важно отметить, что покрытия с низким глянцем рассеивают свет гораздо сильнее, чем глянцевые, и, следовательно, обладают меньшей прозрачностью. Однако по сравнению с другими химическими покрытиями покрытия со 100% УФ-отверждением не уступают им, если не превосходят их.
Доступные в настоящее время водоразбавляемые УФ-отверждаемые покрытия могут быть разработаны для обеспечения исключительной прозрачности, теплоты древесины и чувствительности, сопоставимой с лучшими традиционными системами отделки. Прозрачность, блеск, чувствительность древесины и другие функциональные свойства УФ-отверждаемых покрытий, доступных сегодня на рынке, превосходны, если они получены от качественных производителей.
6. Существуют ли цветные или пигментированные УФ-отверждаемые покрытия?
Да, цветные или пигментированные покрытия легко доступны во всех типах УФ-отверждаемых покрытий, но есть факторы, которые следует учитывать для достижения оптимальных результатов. Первым и наиболее важным фактором является тот факт, что определенные цвета мешают способности УФ-энергии передаваться или проникать в нанесенное УФ-отверждаемое покрытие. Электромагнитный спектр показан на рисунке 1, и можно увидеть, что спектр видимого света непосредственно примыкает к УФ-спектру. Спектр представляет собой континуум без четких линий (длин волн) разграничения. Поэтому одна область постепенно переходит в соседнюю область. Рассматривая область видимого света, есть некоторые научные утверждения, что она охватывает от 400 нм до 780 нм, в то время как другие утверждают, что она охватывает от 350 нм до 800 нм. Для этого обсуждения важно только то, что мы признаем, что определенные цвета могут эффективно блокировать пропускание определенных длин волн УФ или излучения.
Поскольку основное внимание уделяется длине волны ультрафиолетового излучения, давайте рассмотрим этот диапазон более подробно. На рисунке 2 показана взаимосвязь между длиной волны видимого света и соответствующим цветом, эффективно его блокирующим. Также важно знать, что красители обычно охватывают широкий диапазон длин волн, например, красный краситель может охватывать значительный диапазон, частично поглощая ультрафиолетовое излучение. Следовательно, наиболее проблемными цветами являются жёлтый, оранжевый и красный диапазоны, которые могут препятствовать эффективному отверждению.
Красители не только мешают УФ-отверждению, но и должны учитываться при использовании белых пигментированных покрытий, таких как УФ-отверждаемые грунтовки и финишные краски. Рассмотрим спектр поглощения белого пигмента диоксида титана (TiO2), показанный на рисунке 3. TiO2 обладает очень высокой поглощающей способностью во всем УФ-диапазоне, и, тем не менее, белые УФ-отверждаемые покрытия эффективно отверждаются. Как? Ответ кроется в тщательном подборе состава покрытия разработчиком и производителем в сочетании с использованием подходящих УФ-ламп для отверждения. Обычные УФ-лампы излучают энергию, как показано на рисунке 4.
Каждая из представленных ламп основана на ртути, но легирование ртути другим металлом может сместить излучение в другие области длин волн. В случае белых УФ-отверждаемых покрытий на основе TiO2 энергия, испускаемая стандартной ртутной лампой, будет эффективно блокироваться. Некоторые из более длинных волн могут обеспечить отверждение, но время, необходимое для полного отверждения, может быть непрактичным. Однако легирование ртутной лампы галлием обеспечивает избыток энергии, полезной в области, не блокируемой эффективно TiO2. Используя комбинацию обоих типов ламп, можно добиться как сквозного отверждения (с использованием легированных галлием), так и поверхностного (с использованием стандартной ртути) отверждения (Изображение 5).
Наконец, цветные или пигментированные УФ-отверждаемые покрытия должны быть разработаны с использованием оптимальных фотоинициаторов, чтобы УФ-энергия (диапазон длин волн видимого света, излучаемого лампами) правильно использовалась для эффективного отверждения.
Еще вопросы?
По любым возникающим вопросам обращайтесь к текущему или будущему поставщику покрытий, оборудования и систем управления технологическими процессами. Мы гарантируем квалифицированные ответы, которые помогут вам принимать эффективные, безопасные и выгодные решения.
Лоуренс (Ларри) Ван Изегем — президент и генеральный директор компании Van Technologies, Inc. Компания Van Technologies имеет более чем 30-летний опыт работы с УФ-отверждаемыми покрытиями. Она начинала как научно-исследовательская компания, но быстро превратилась в производителя специализированных усовершенствованных покрытий Application Specific Advanced Coatings™, обслуживающего промышленные предприятия по нанесению покрытий по всему миру. УФ-отверждаемые покрытия всегда были приоритетным направлением деятельности компании, наряду с другими «зелеными» технологиями покрытий, с акцентом на производительность, равную или превосходящую традиционные технологии. Van Technologies производит промышленные покрытия GreenLight Coatings™ в соответствии с сертифицированной системой менеджмента качества ISO-9001:2015. Для получения дополнительной информации посетите сайтwww.greenlightcoatings.com.
Время публикации: 22 июля 2023 г.
