Autor: Lawrence (Larry) Van Iseghem jest prezesem/dyrektorem generalnym Van Technologies, Inc.
Współpracując z klientami przemysłowymi na arenie międzynarodowej, odpowiedzieliśmy na ogromną liczbę pytań i przedstawiliśmy wiele rozwiązań związanych z powłokami utwardzanymi promieniami UV. Poniżej przedstawiamy niektóre z najczęściej zadawanych pytań, a załączone odpowiedzi mogą okazać się pomocne.
1. Czym są powłoki utwardzane promieniami UV?
W branży wykańczania drewna istnieją trzy główne rodzaje powłok utwardzanych promieniami UV.
Powłoki utwardzane promieniowaniem UV w 100% aktywne (czasami określane jako 100% stałe) to ciekłe kompozycje chemiczne, które nie zawierają rozpuszczalnika ani wody. Po nałożeniu powłoka jest natychmiast wystawiana na działanie promieniowania UV, bez konieczności schnięcia lub odparowania przed utwardzeniem. Nałożona kompozycja powłokowa reaguje, tworząc stałą warstwę powierzchniową poprzez opisany i trafnie nazwany proces reaktywny, fotopolimeryzację. Ponieważ nie ma potrzeby odparowywania przed utwardzeniem, proces nakładania i utwardzania jest niezwykle wydajny i ekonomiczny.
Wodorozcieńczalne lub rozpuszczalnikowe hybrydowe powłoki utwardzane promieniowaniem UV zawierają wodę lub rozpuszczalnik, co pozwala na zmniejszenie zawartości substancji czynnej (lub substancji stałych). To zmniejszenie zawartości substancji stałych ułatwia kontrolę grubości nakładanej mokrej warstwy i/lub lepkości powłoki. W praktyce te powłoki UV są nakładane na powierzchnie drewniane różnymi metodami i wymagają całkowitego wyschnięcia przed utwardzeniem promieniowaniem UV.
Powłoki proszkowe utwardzane promieniowaniem UV również są w 100% stałe i zazwyczaj nakłada się je na podłoża przewodzące poprzez przyciąganie elektrostatyczne. Po nałożeniu podłoże jest podgrzewane w celu stopienia proszku, który następnie spływa, tworząc warstwę powierzchniową. Powlekane podłoże można następnie natychmiast wystawić na działanie promieniowania UV, aby ułatwić utwardzanie. Powstała warstwa powierzchniowa nie jest już podatna na odkształcanie termiczne ani wrażliwa na ciepło.
Dostępne są warianty tych powłok utwardzanych promieniowaniem UV, które zawierają mechanizm utwardzania wtórnego (aktywowany termicznie, reagujący z wilgocią itp.), który umożliwia utwardzanie w obszarach powierzchni nienarażonych na promieniowanie UV. Powłoki te są powszechnie nazywane powłokami o podwójnym utwardzaniu.
Niezależnie od rodzaju zastosowanej powłoki utwardzanej promieniami UV, finalne wykończenie powierzchni lub warstwa zapewnia wyjątkową jakość, trwałość i odporność.
2. Jak dobrze powłoki utwardzane promieniami UV przylegają do różnych gatunków drewna, w tym do gatunków drewna oleistego?
Powłoki utwardzane promieniami UV charakteryzują się doskonałą przyczepnością do większości gatunków drewna. Należy upewnić się, że warunki utwardzania są wystarczające, aby zapewnić dokładne utwardzenie i odpowiednią przyczepność do podłoża.
Niektóre gatunki drewna są naturalnie bardzo oleiste i mogą wymagać zastosowania podkładu zwiększającego przyczepność, czyli „warstwy wiążącej”. Firma Van Technologies przeprowadziła szeroko zakrojone badania i prace rozwojowe nad przyczepnością powłok utwardzanych promieniami UV do tych gatunków drewna. Najnowsze osiągnięcia obejmują pojedynczy uszczelniacz utwardzany promieniami UV, który zapobiega wpływowi olejów, żywic i smoły na przyczepność warstwy nawierzchniowej utwardzanej promieniami UV.
Alternatywnie, olej obecny na powierzchni drewna można usunąć tuż przed nałożeniem powłoki, przecierając ją acetonem lub innym odpowiednim rozpuszczalnikiem. Niepylącą, chłonną ściereczkę zwilża się najpierw rozpuszczalnikiem, a następnie przeciera powierzchnię drewna. Pozostawia się powierzchnię do wyschnięcia, a następnie można nałożyć powłokę utwardzaną promieniami UV. Usunięcie oleju powierzchniowego i innych zanieczyszczeń sprzyja późniejszej przyczepności nałożonej powłoki do powierzchni drewna.
3. Jakie rodzaje bejcy są kompatybilne z powłokami UV?
Każdą z opisanych tutaj bejc można skutecznie uszczelnić i pokryć powłoką nawierzchniową w 100% utwardzanymi promieniami UV, utwardzanymi promieniami UV z redukcją rozpuszczalników, utwardzanymi promieniami UV na bazie wody lub proszkowymi systemami utwardzanymi promieniami UV. W związku z tym istnieje wiele możliwych kombinacji, dzięki którym większość bejc dostępnych na rynku nadaje się do dowolnej powłoki utwardzanej promieniami UV. Należy jednak pamiętać o pewnych kwestiach, aby zapewnić kompatybilność z wysokiej jakości wykończeniem powierzchni drewna.
Plamy wodne i plamy wodne utwardzane promieniami UV:Podczas nakładania proszkowych powłok/lakierów nawierzchniowych utwardzanych w 100% promieniowaniem UV, rozcieńczalnikiem UV lub UV na bejce wodorozcieńczalne, konieczne jest, aby bejca była całkowicie sucha, aby zapobiec powstawaniu wad jednorodności powłoki, takich jak „skórka pomarańczowa”, „rybie oko”, kratery, kałuże i kałuże. Wady te powstają z powodu niskiego napięcia powierzchniowego nałożonych powłok w porównaniu z wysokim napięciem powierzchniowym wody resztkowej z nałożonej bejcy.
Zastosowanie wodorozcieńczalnej powłoki utwardzanej promieniowaniem UV jest jednak zazwyczaj bardziej tolerancyjne. Nałożona bejca może wykazywać wilgoć bez negatywnych skutków w przypadku użycia niektórych wodorozcieńczalnych impregnatów/warstw nawierzchniowych utwardzanych promieniowaniem UV. Pozostała wilgoć lub woda z bejcy łatwo dyfunduje przez nałożony wodorozcieńczalny impregnat/warstwę nawierzchniową UV podczas schnięcia. Zdecydowanie zaleca się jednak przetestowanie bejcy i kombinacji impregnatu/warstwy nawierzchniowej na reprezentatywnej próbce przed nałożeniem na powierzchnię przeznaczoną do wykończenia.
Plamy na bazie oleju i rozpuszczalników:Chociaż istnieje system, który można zastosować do niedostatecznie wyschniętych bejc olejowych lub rozpuszczalnikowych, zazwyczaj konieczne jest, a wręcz zalecane, całkowite wyschnięcie tych bejc przed nałożeniem jakiegokolwiek podkładu/warstwy nawierzchniowej. Wolno schnące bejce tego typu mogą wymagać od 24 do 48 godzin (lub dłużej), aby osiągnąć pełne wyschnięcie. Ponownie, zaleca się przetestowanie systemu na reprezentatywnej powierzchni drewnianej.
Bejce w 100% utwardzalne promieniami UV:Ogólnie rzecz biorąc, powłoki w 100% utwardzalne promieniowaniem UV wykazują wysoką odporność chemiczną i wodoodporność po całkowitym utwardzeniu. Ta odporność utrudnia prawidłowe przyleganie nakładanych później powłok, chyba że leżąca pod nimi powierzchnia utwardzana promieniowaniem UV zostanie odpowiednio zeszlifowana, aby umożliwić wiązanie mechaniczne. Chociaż dostępne są bejce w 100% utwardzalne promieniowaniem UV, zaprojektowane tak, aby były podatne na późniejsze nakładanie powłok, większość bejc w 100% utwardzanych promieniowaniem UV wymaga zeszlifowania lub częściowego utwardzenia (tzw. utwardzanie w fazie „B” lub wypukłe), aby poprawić przyczepność międzywarstwową. Etap „B” powoduje powstawanie resztkowych miejsc reaktywnych w warstwie bejcy, które będą reagować z nałożoną powłoką utwardzaną promieniowaniem UV podczas jej pełnego utwardzania. Etap „B” pozwala również na łagodne zeszlifowanie w celu usunięcia lub usunięcia ewentualnych nierówności, które mogą wystąpić w wyniku aplikacji bejcy. Gładka warstwa uszczelniająca lub nawierzchniowa zapewni doskonałą przyczepność międzywarstwową.
Innym problemem związanym z bejcami w 100% utwardzanymi promieniowaniem UV jest ciemniejsze kolory. Bejce o dużej pigmentacji (i ogólnie powłoki pigmentowane) działają lepiej przy użyciu lamp UV o energii zbliżonej do widma światła widzialnego. Konwencjonalne lampy UV domieszkowane galem w połączeniu ze standardowymi lampami rtęciowymi stanowią doskonały wybór. Lampy UV LED emitujące fale o długości 395 nm i/lub 405 nm działają lepiej w systemach pigmentowanych niż matryce o długości fali 365 nm i 385 nm. Ponadto, systemy lamp UV o większej mocy UV (mW/cm)2) i gęstość energii (mJ/cm2) wspomagają lepsze utwardzanie poprzez nałożoną bejcę lub warstwę powłoki pigmentowej.
Na koniec, podobnie jak w przypadku innych systemów bejcowania wymienionych powyżej, zaleca się przeprowadzenie testów przed przystąpieniem do pracy z powierzchnią, która ma być bejcowana i wykończona. Upewnij się przed utwardzeniem!
4. Jaka jest maksymalna/minimalna grubość powłoki w przypadku powłok w 100% chroniących przed promieniowaniem UV?
Powłoki proszkowe utwardzane promieniowaniem UV są technicznie w 100% powłokami utwardzanymi promieniowaniem UV, a ich grubość jest ograniczona przez siły przyciągania elektrostatycznego, które wiążą proszek z powierzchnią. Najlepiej skonsultować się z producentem powłok proszkowych UV.
W przypadku płynnych powłok w 100% utwardzanych promieniowaniem UV, grubość nałożonej mokrej warstwy będzie w przybliżeniu taka sama jak grubość suchej warstwy po utwardzeniu UV. Pewien skurcz jest nieunikniony, ale zazwyczaj ma on minimalne znaczenie. Istnieją jednak wysoce techniczne zastosowania, które wymagają bardzo wąskich tolerancji grubości warstwy. W takich przypadkach można przeprowadzić bezpośredni pomiar utwardzonej warstwy, aby porównać grubość mokrej warstwy z grubością suchej warstwy.
Ostateczna grubość po utwardzeniu, jaką można uzyskać, zależy od składu chemicznego powłoki utwardzanej promieniowaniem UV i sposobu jej formulacji. Dostępne są systemy zaprojektowane tak, aby zapewnić bardzo cienkie warstwy o grubości od 0,2 mila do 0,5 mila (5 µm – 15 µm), a inne mogą zapewnić grubość przekraczającą 0,5 cala (12 mm). Zazwyczaj powłoki utwardzane promieniowaniem UV o wysokiej gęstości usieciowania, takie jak niektóre formulacje akrylanu uretanowego, nie są w stanie uzyskać dużej grubości warstwy w pojedynczej warstwie. Stopień skurczu po utwardzeniu spowoduje poważne pękanie grubo nałożonej powłoki. Dużą grubość powłoki lub wykończenia nadal można uzyskać, stosując powłoki utwardzane promieniowaniem UV o wysokiej gęstości usieciowania, nakładając wiele cienkich warstw i szlifując i/lub stosując etap „B” między każdą warstwą, aby zwiększyć przyczepność międzywarstwową.
Reaktywny mechanizm utwardzania większości powłok utwardzanych promieniowaniem UV nazywany jest „inicjowanym przez wolne rodniki”. Ten reaktywny mechanizm utwardzania jest podatny na działanie tlenu w powietrzu, który spowalnia lub hamuje szybkość utwardzania. To spowolnienie jest często określane jako inhibicja tlenowa i jest szczególnie istotne przy próbie uzyskania bardzo cienkich warstw. W przypadku cienkich warstw stosunek powierzchni do całkowitej objętości nałożonej powłoki jest stosunkowo duży w porównaniu z grubościami grubych warstw. Dlatego cienkie warstwy są znacznie bardziej podatne na inhibicję tlenową i utwardzają się bardzo wolno. Często powierzchnia powłoki pozostaje niedostatecznie utwardzona i ma tłusty/oleisty wygląd. Aby przeciwdziałać inhibicji tlenowej, podczas utwardzania można przepuszczać przez powierzchnię gazy obojętne, takie jak azot i dwutlenek węgla, aby usunąć stężenie tlenu, umożliwiając w ten sposób pełne i szybkie utwardzanie.
5. Jak przezroczysta jest powłoka UV?
Powłoki w 100% utwardzane promieniowaniem UV charakteryzują się doskonałą przejrzystością i dorównują najlepszym lakierom bezbarwnym w branży. Dodatkowo, po nałożeniu na drewno, wydobywają maksimum piękna i głębi obrazu. Szczególnie interesujące są różne systemy alifatycznego akrylanu uretanowego, które są wyjątkowo przejrzyste i bezbarwne po nałożeniu na szeroką gamę powierzchni, w tym drewno. Co więcej, alifatyczne powłoki poliuretanowo-akrylanowe są bardzo stabilne i odporne na przebarwienia z upływem czasu. Należy zauważyć, że powłoki o niskim połysku rozpraszają światło znacznie bardziej niż powłoki błyszczące, przez co charakteryzują się niższą przejrzystością. Jednak w porównaniu z innymi powłokami chemicznymi, powłoki w 100% utwardzane promieniowaniem UV są równie dobre, jeśli nie lepsze.
Dostępne obecnie na rynku wodorozcieńczalne powłoki utwardzane promieniowaniem UV charakteryzują się wyjątkową przejrzystością, ciepłem drewna i reakcją, dorównującą najlepszym konwencjonalnym systemom wykończeniowym. Przejrzystość, połysk, reakcja drewna i inne właściwości funkcjonalne powłok utwardzanych promieniowaniem UV dostępnych obecnie na rynku są doskonałe, o ile pochodzą od renomowanych producentów.
6. Czy istnieją kolorowe lub pigmentowane powłoki utwardzane promieniami UV?
Tak, kolorowe lub pigmentowane powłoki są łatwo dostępne we wszystkich rodzajach powłok utwardzanych promieniowaniem UV, ale istnieją czynniki, które należy wziąć pod uwagę, aby uzyskać optymalne rezultaty. Pierwszym i najważniejszym czynnikiem jest fakt, że niektóre kolory zakłócają zdolność energii UV do przenikania do nałożonej powłoki utwardzanej promieniowaniem UV. Widmo elektromagnetyczne zilustrowano na Rysunku 1 i widać, że widmo światła widzialnego bezpośrednio przylega do widma UV. Widmo jest kontinuum bez wyraźnych linii (długości fal) demarkacyjnych. Dlatego jeden obszar stopniowo przechodzi w sąsiedni. Jeśli chodzi o obszar światła widzialnego, istnieją pewne naukowe twierdzenia, że rozciąga się on od 400 nm do 780 nm, podczas gdy inne twierdzenia mówią, że rozciąga się od 350 nm do 800 nm. W tej dyskusji istotne jest jedynie, abyśmy uznali, że niektóre kolory mogą skutecznie blokować transmisję określonych długości fal promieniowania UV.
Ponieważ skupiamy się na długości fali lub obszarze promieniowania UV, przyjrzyjmy się temu obszarowi bardziej szczegółowo. Rysunek 2 przedstawia zależność między długością fali światła widzialnego a odpowiadającym mu kolorem, który skutecznie je blokuje. Ważne jest również, aby wiedzieć, że barwniki zazwyczaj obejmują zakres długości fal, tak że czerwony barwnik może obejmować znaczny zakres, co może częściowo absorbować promieniowanie UVA. Dlatego kolory budzące największe obawy będą obejmować zakres od żółtego do pomarańczowego i czerwonego, a te kolory mogą zakłócać skuteczne utwardzanie.
Barwniki nie tylko zakłócają utwardzanie promieniowaniem UV, ale są również brane pod uwagę przy stosowaniu białych powłok pigmentowanych, takich jak podkłady i farby nawierzchniowe utwardzane promieniowaniem UV. Rozważmy widmo absorbancji białego pigmentu, dwutlenku tytanu (TiO₂), jak pokazano na rysunku 3. TiO₂ wykazuje bardzo silną absorbancję w całym zakresie promieniowania UV, a mimo to białe powłoki utwardzane promieniowaniem UV są skutecznie utwardzane. Jak? Odpowiedź tkwi w starannej formulacji przez producenta powłoki, w połączeniu z zastosowaniem odpowiednich lamp UV do utwardzania. Powszechnie stosowane, konwencjonalne lampy UV emitują energię, jak pokazano na rysunku 4.
Każda z ilustrowanych lamp jest oparta na rtęci, ale domieszkowanie rtęci innym pierwiastkiem metalicznym może spowodować przesunięcie emisji w inne obszary długości fal. W przypadku białych powłok utwardzanych promieniowaniem UV na bazie TiO₂, energia dostarczana przez standardową lampę rtęciową zostanie skutecznie zablokowana. Niektóre z dostarczanych fal o wyższej długości fali mogą zapewnić utwardzanie, ale czas potrzebny do pełnego utwardzenia może być niepraktyczny. Domieszkowanie lampy rtęciowej galem pozwala jednak na uzyskanie dużej ilości energii użytecznej w obszarze, który nie jest skutecznie blokowany przez TiO₂. Stosując kombinację obu typów lamp, można osiągnąć zarówno utwardzanie pośrednie (z domieszką galu), jak i powierzchniowe (z użyciem standardowej rtęci) (Rysunek 5).
Na koniec, kolorowe lub pigmentowane powłoki utwardzane promieniowaniem UV muszą zostać opracowane przy użyciu optymalnych fotoinicjatorów, tak aby energia UV – zakres długości fal światła widzialnego emitowanego przez lampy – była właściwie wykorzystywana do skutecznego utwardzania.
Masz inne pytania?
W razie jakichkolwiek pytań, nie wahaj się zwrócić do obecnego lub przyszłego dostawcy powłok, urządzeń i systemów sterowania procesami. Udzielimy trafnych odpowiedzi, które pomogą Ci podjąć skuteczne, bezpieczne i opłacalne decyzje.
Lawrence (Larry) Van Iseghem jest prezesem/dyrektorem generalnym firmy Van Technologies, Inc. Firma Van Technologies posiada ponad 30-letnie doświadczenie w produkcji powłok utwardzanych promieniowaniem UV. Początkowo była to firma badawczo-rozwojowa, ale szybko przekształciła się w producenta powłok Application Specific Advanced Coatings™, obsługującego przemysłowe zakłady lakiernicze na całym świecie. Powłoki utwardzane promieniowaniem UV zawsze były priorytetem, podobnie jak inne „zielone” technologie powłokowe, kładąc nacisk na wydajność równą lub przewyższającą technologie konwencjonalne. Firma Van Technologies produkuje powłoki przemysłowe marki GreenLight Coatings™ zgodnie z certyfikowanym systemem zarządzania jakością ISO-9001:2015. Więcej informacji można znaleźć na stronie internetowej.www.greenlightcoatings.com.
Czas publikacji: 22 lipca 2023 r.
