От Лорънс (Лари) Ван Исегем е президент/изпълнителен директор на Van Technologies, Inc.
В хода на работата ни с индустриални клиенти на международна база, ние отговорихме на невероятен брой въпроси и предоставихме много решения, свързани с UV-втвърдяващи се покрития. По-долу са някои от по-често задаваните въпроси, а придружаващите ги отговори могат да предоставят полезна информация.
1. Какво представляват UV-втвърдяващите се покрития?
В дървообработващата промишленост има три основни вида UV-втвърдяващи се покрития.
100% активни (понякога наричани 100% твърди вещества) UV-втвърдяващи се покрития са течни химични състави, които не съдържат разтворител или вода. След нанасяне, покритието се излага незабавно на UV енергия, без да е необходимо да изсъхва или да се изпарява преди втвърдяване. Нанесеният покривен състав реагира, за да образува твърд повърхностен слой чрез описания реактивен процес, подходящо наречен фотополимеризация. Тъй като не е необходимо изпаряване преди втвърдяване, процесът на нанасяне и втвърдяване е изключително ефикасен и рентабилен.
Хибридните UV-втвърдяващи се покрития на водна или разтворителна основа очевидно съдържат вода или разтворител, за да се намали активното (или твърдо) съдържание. Това намаляване на съдържанието на твърди вещества позволява по-голяма лекота при контролиране на дебелината на нанесения мокър филм и/или при контролиране на вискозитета на покритието. При употреба тези UV покрития се нанасят върху дървени повърхности чрез различни методи и трябва да бъдат напълно изсушени преди UV втвърдяване.
UV-втвърдяващите се прахови покрития също са 100% твърди състави и обикновено се нанасят върху проводими основи чрез електростатично привличане. След нанасяне, основата се нагрява, за да се разтопи прахът, който изтича, за да образува повърхностен филм. Покритата основа може веднага да бъде изложена на UV енергия, за да се улесни втвърдяването. Полученият повърхностен филм вече не е топлинно деформируем или чувствителен.
Съществуват варианти на тези UV-втвърдяващи се покрития, които съдържат механизъм за вторично втвърдяване (активиран от топлина, реагиращ на влага и др.), който може да осигури втвърдяване в повърхностни области, които не са изложени на UV енергия. Тези покрития обикновено се наричат двойно втвърдяващи се покрития.
Независимо от вида на използваното UV-втвърдяващо се покритие, крайното повърхностно покритие или слой осигурява изключително качество, издръжливост и устойчивост.
2. Колко добре UV-втвърдяващите се покрития се прилепват към различни видове дървесина, включително маслени видове дървесина?
UV-втвърдяващите се покрития показват отлична адхезия към повечето видове дървесина. Важно е да се уверите, че са налице достатъчни условия за втвърдяване, за да се осигури пълно втвърдяване и съответната адхезия към основата.
Има определени видове, които по природа са много мазни и може да изискват нанасяне на грунд, подобряващ адхезията, или „свързващо покритие“. Van Technologies е извършила значителни изследвания и разработки в областта на адхезията на UV-втвърдяващи се покрития към тези дървесни видове. Последните разработки включват единичен UV-втвърдяващ се уплътнител, който предотвратява влиянието на масла, смоли и смола върху адхезията на UV-втвърдяващото се горно покритие.
Алтернативно, маслото, присъстващо върху дървената повърхност, може да се отстрани непосредствено преди нанасяне на покритието чрез избърсване с ацетон или друг подходящ разтворител. Абсорбираща кърпа без власинки първо се намокря с разтворителя и след това се избърсва върху дървената повърхност. Повърхността се оставя да изсъхне и след това може да се нанесе UV-втвърдяващото се покритие. Премахването на повърхностното масло и други замърсители спомага за последващото сцепление на нанесеното покритие с дървената повърхност.
3. Какви видове байцове са съвместими с UV покрития?
Всеки от описаните тук байцове може да бъде ефективно запечатан и покрит с горно покритие със 100% UV-втвърдяващи се, UV-втвърдяващи се с редуциращ разтворител, UV-втвърдяващи се на водна основа или UV-втвърдяващи се прахови системи. Следователно, съществуват редица жизнеспособни комбинации, които правят почти всеки байц на пазара подходящ за всяко UV-втвърдяващо се покритие. Има обаче някои съображения, които е важно да се вземат предвид, за да се гарантира съвместимостта за качествено покритие на дървената повърхност.
Водоразтворими байцове и водоразтворими байцове, втвърдяващи се с UV лъчи:При нанасяне на 100% UV-втвърдяващи се, UV-втвърдяващи се с намалено съдържание на разтворител или UV-втвърдяващи се прахови импрегнатори/горни покрития върху водоразтворими байцове е важно байцът да е напълно сух, за да се предотвратят дефекти в еднородността на покритието, включително „портокалова кора“, „рибешко око“, образуване на кратери, локви и образуване на локви. Такива дефекти се дължат на ниското повърхностно напрежение на нанесените покрития в сравнение с високото остатъчно повърхностно напрежение на водата от нанесения байц.
Нанасянето на водоразтворимо UV-втвърдяващо се покритие обаче обикновено е по-щадящо. Нанесената байц може да покаже влага без неблагоприятни ефекти, когато се използват определени водоразтворими UV-втвърдяващи се импрегнатори/горни покрития. Остатъчната влага или вода от нанесената байц лесно ще дифундира през нанесения водоразтворим UV импрегнатор/горно покритие по време на процеса на съхнене. Силно се препоръчва обаче да се тества всяка комбинация от байц и импрегнатор/горно покритие върху представителен тестов образец, преди да се предприеме действие за действителната повърхност, която ще бъде обработвана.
Байцове на маслена основа и на базата на разтворители:Въпреки че може да съществува система, която може да се приложи върху недостатъчно изсъхнали байцове на маслена основа или на основата на разтворители, обикновено е необходимо и силно препоръчително тези байцове да изсъхнат напълно преди нанасяне на какъвто и да е уплътнител/горен слой. Бавно съхнещите байцове от този тип може да изискват от 24 до 48 часа (или повече), за да се постигне пълно изсъхване. Отново се препоръчва тестване на системата върху представителна дървена повърхност.
100% UV-втвърдяващи се петна:Като цяло, 100% UV-втвърдяващи се покрития проявяват висока химическа и водоустойчивост, когато са напълно втвърдени. Тази устойчивост затруднява доброто залепване на последващо нанесените покрития, освен ако основната UV-втвърдена повърхност не е адекватно абразивна, за да се позволи механично свързване. Въпреки че се предлагат 100% UV-втвърдяващи се байцове, които са проектирани да бъдат възприемчиви към последващо нанесени покрития, повечето 100% UV-втвърдяващи се байцове трябва да бъдат абразивни или частично втвърдени (наречени „B“ етап или bump bump bump), за да се насърчи адхезията между слоевете. „B“ етапът води до остатъчни реактивни места в слоя байц, които ще реагират съвместно с нанесеното UV-втвърдяващо се покритие, докато то е подложено на условия на пълно втвърдяване. „B“ етапът позволява също така леко абразивно почистване, за да се премахне или отреже всяко повдигане на зърнестите влакна, което може да възникне от нанасянето на байц. Гладкото запечатване или нанасяне на горен слой ще доведе до отлична адхезия между слоевете.
Друго притеснение относно 100% UV-втвърдяващи се байцове се отнася до по-тъмните цветове. Силно пигментираните байцове (и пигментираните покрития като цяло) се представят по-добре, когато се използват UV лампи, които доставят енергия по-близо до видимия светлинен спектър. Конвенционалните UV лампи, легирани с галий, в комбинация със стандартни живачни лампи са отличен избор. UV LED лампите, които излъчват 395 nm и/или 405 nm, се представят по-добре с пигментирани системи в сравнение с 365 nm и 385 nm решетки. Освен това, UV лампови системи, които доставят по-голяма UV мощност (mW/cm2) и енергийна плътност (mJ/cm2) насърчават по-доброто втвърдяване чрез нанесения байц или пигментиран покривен слой.
Накрая, както и при другите системи за байцване, споменати по-горе, препоръчва се тестване преди работа с действителната повърхност, която ще бъде байцвана и обработвана. Уверете се преди втвърдяване!
4. Каква е максималната/минималната плътност на натрупване на филм за 100% UV покрития?
UV-втвърдяващите се прахови покрития технически са 100% UV-втвърдяващи се покрития и нанесената от тях дебелина е ограничена от електростатичните сили на привличане, които свързват праха с повърхността, която се обработва. Най-добре е да се потърси съвет от производителя на UV прахови покрития.
По отношение на течните 100% UV-втвърдяващи се покрития, дебелината на нанесения мокър филм ще доведе до приблизително същата дебелина на сухия филм след UV втвърдяване. Известно свиване е неизбежно, но обикновено е с минимални последици. Съществуват обаче високотехнологични приложения, които изискват много тесни или ограничени допуски за дебелината на филма. При тези обстоятелства може да се извърши директно измерване на втвърдения филм, за да се съпостави дебелината на мокрия със сухия филм.
Крайната дебелина на втвърдяване, която може да се постигне, ще зависи от химичния състав на UV-втвърдяващото се покритие и начина, по който е формулирано. Налични са системи, които са проектирани да осигуряват много тънки филмови отлагания между 0,2 mil – 0,5 mil (5µ – 15µ), както и други, които могат да осигурят дебелина над 0,5 инча (12 mm). Обикновено UV-втвърдяващите се покрития с висока плътност на напречните връзки, като например някои уретанови акрилатни формулировки, не са способни да постигнат висока дебелина на филма в един нанесен слой. Степента на свиване при втвърдяване ще причини сериозно напукване на дебело нанесеното покритие. Висока дебелина на нанасяне или завършване все още може да се постигне с помощта на UV-втвърдяващи се покрития с висока плътност на напречните връзки чрез нанасяне на множество тънки слоеве и шлайфане и/или „B“ етапи между всеки слой, за да се насърчи адхезията между слоевете.
Механизмът на реактивно втвърдяване на повечето UV-втвърдяващи се покрития се нарича „иницииран от свободни радикали“. Този механизъм на реактивно втвърдяване е чувствителен към кислород във въздуха, който забавя или инхибира скоростта на втвърдяване. Това забавяне често се нарича кислородно инхибиране и е най-важно, когато се опитваме да постигнем много тънки дебелини на филма. При тънките филми повърхностната площ спрямо общия обем на нанесеното покритие е относително голяма в сравнение с дебелите филми. Следователно, тънките филми са много по-податливи на кислородно инхибиране и се втвърдяват много бавно. Често повърхността на покритието остава недостатъчно втвърдена и показва маслено/мазно усещане. За да се противодейства на кислородното инхибиране, инертни газове като азот и въглероден диоксид могат да се пропускат върху повърхността по време на втвърдяване, за да се отстрани концентрацията на кислород, като по този начин се позволи пълно и бързо втвърдяване.
5. Колко прозрачно е едно прозрачно UV покритие?
100% UV-втвърдяващите се покрития могат да покажат отлична прозрачност и ще се конкурират с най-добрите прозрачни покрития в индустрията. Освен това, когато се нанасят върху дърво, те разкриват максимална красота и дълбочина на изображението. От особен интерес са различните алифатни уретанови акрилатни системи, които са забележително прозрачни и безцветни, когато се нанасят върху голямо разнообразие от повърхности, включително дърво. Освен това, алифатните полиуретанови акрилатни покрития са много стабилни и са устойчиви на обезцветяване с времето. Важно е да се отбележи, че покритията с нисък гланц разсейват светлината много повече от гланцовите покрития и следователно ще имат по-ниска прозрачност. В сравнение с други химикали на покритията обаче, 100% UV-втвърдяващите се покрития са равни, ако не и превъзхождащи.
Наличните в момента водоразтворими UV покрития, втвърдяващи се с UV лъчи, могат да бъдат формулирани така, че да осигурят изключителна прозрачност, топлина на дървото и реакция, конкуриращи се с най-добрите конвенционални системи за покритие. Прозрачността, гланцът, реакцията на дървото и другите функционални свойства на UV покритията, втвърдяващи се с UV лъчи, предлагани на пазара днес, са отлични, когато са доставени от качествени производители.
6. Има ли цветни или пигментирани UV-втвърдяващи се покрития?
Да, цветните или пигментирани покрития са лесно достъпни във всички видове UV-втвърдяващи се покрития, но има фактори, които трябва да се вземат предвид за оптимални резултати. Първият и най-важен фактор е фактът, че някои цветове пречат на способността на UV енергията да преминава в или да прониква в нанесеното UV-втвърдяващо се покритие. Електромагнитният спектър е илюстриран на Изображение 1 и може да се види, че спектърът на видимата светлина е непосредствено съседен на UV спектъра. Спектърът е континуум без ясни линии (дължини на вълните) на разграничение. Следователно, една област постепенно се слива в съседна област. Що се отнася до областта на видимата светлина, има някои научни твърдения, че тя се простира от 400 nm до 780 nm, докато други твърдения твърдят, че тя се простира от 350 nm до 800 nm. За тази дискусия е важно само да признаем, че някои цветове могат ефективно да блокират предаването на определени дължини на вълните на UV или радиация.
Тъй като фокусът е върху UV дължината на вълната или областта на радиация, нека разгледаме тази област по-подробно. Изображение 2 показва връзката между дължината на вълната на видимата светлина и съответния цвят, който е ефективен при блокирането ѝ. Важно е също да се знае, че оцветителите обикновено обхващат диапазон от дължини на вълните, така че червеният оцветител може да обхване значителен диапазон, така че частично да абсорбира в UVA областта. Следователно, цветовете, които представляват най-голям проблем, ще обхващат жълто-оранжево-червения диапазон и тези цветове могат да попречат на ефективното втвърдяване.
Оцветителите не само пречат на UV втвърдяването, но и са важни при използването на бели пигментирани покрития, като например UV-втвърдяващи се грундове и бои за горно покритие. Разгледайте спектъра на абсорбция на белия пигмент титанов диоксид (TiO2), както е показано на изображение 3. TiO2 проявява много силна абсорбция в целия UV диапазон и въпреки това белите UV-втвърдяващи се покрития се втвърдяват ефективно. Как? Отговорът се крие във внимателното формулиране от разработчика и производителя на покритието, съвместно с използването на подходящи UV лампи за втвърдяване. Обичайните, конвенционални UV лампи, които се използват, излъчват енергия, както е показано на изображение 4.
Всяка илюстрирана лампа е базирана на живак, но чрез легиране на живака с друг метален елемент, емисията може да се измести към други области на дължината на вълната. В случай на бели, UV-втвърдяващи се покрития на базата на TiO2, енергията, доставяна от стандартна живачна лампа, ще бъде ефективно блокирана. Някои от по-високите дължини на вълната могат да осигурят втвърдяване, но времето, необходимо за пълно втвърдяване, може да не е практично. Чрез легиране на живачна лампа с галий обаче има изобилие от енергия, която е полезна в област, която не е ефективно блокирана от TiO2. Използвайки комбинация от двата типа лампи, може да се постигне както цялостно втвърдяване (с помощта на галий, легиран с него), така и повърхностно втвърдяване (с помощта на стандартен живак) (Изображение 5).
Накрая, цветните или пигментирани UV-втвърдяващи се покрития трябва да бъдат формулирани с помощта на оптимални фотоинициатори, така че UV енергията – диапазонът на дължината на вълната на видимата светлина, доставян от лампите – да бъде правилно използвана за ефективно втвърдяване.
Други въпроси?
По отношение на всякакви възникнали въпроси, никога не се колебайте да попитате настоящия или бъдещия доставчик на компанията на покрития, оборудване и системи за контрол на процесите. На разположение са добри отговори, които ще ви помогнат да вземете ефективни, безопасни и печеливши решения.
Лорънс (Лари) Ван Исегем е президент/изпълнителен директор на Van Technologies, Inc. Van Technologies има над 30 години опит в UV-втвърдяващите се покрития, започвайки като компания за научноизследователска и развойна дейност, но бързо се трансформира в производител на Application Specific Advanced Coatings™, обслужващи индустриални съоръжения за покрития по целия свят. UV-втвърдяващите се покрития винаги са били основен фокус, заедно с други „зелени“ технологии за покрития, с акцент върху производителност, равна или надминаваща конвенционалните технологии. Van Technologies произвежда марката GreenLight Coatings™ за индустриални покрития в съответствие със сертифицирана по ISO-9001:2015 система за управление на качеството. За повече информация посететеwww.greenlightcoatings.com.
Време на публикуване: 22 юли 2023 г.
