Лоуренс (Ларрі) Ван Ісегем — президент/генеральний директор Van Technologies, Inc.
Протягом співпраці з промисловими клієнтами на міжнародному рівні ми відповіли на неймовірну кількість запитань та запропонували багато рішень, пов'язаних з УФ-покриттями. Нижче наведено деякі з найчастіших запитань, а супровідні відповіді можуть надати корисну інформацію.
1. Що таке покриття, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання?
У деревообробній промисловості існують три основні типи покриттів, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання.
100% активні (іноді їх називають 100% твердими речовинами) покриття, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, – це рідкі хімічні композиції, що не містять розчинників чи води. Після нанесення покриття негайно піддається впливу ультрафіолетової енергії без необхідності сушіння або випаровування перед затвердінням. Нанесений склад покриття реагує, утворюючи твердий поверхневий шар за допомогою описаного реакційного процесу, який відповідно називають фотополімеризацією. Оскільки випаровування перед затвердінням не потрібне, процес нанесення та затвердіння є надзвичайно ефективним та економічно вигідним.
Гібридні УФ-покриття на водній або розчинній основі, що тверднуть, очевидно, містять або воду, або розчинник для зменшення вмісту активних (або твердих речовин). Таке зменшення вмісту твердих речовин дозволяє легше контролювати товщину нанесеної вологої плівки та/або контролювати в'язкість покриття. Під час використання ці УФ-покриття наносяться на дерев'яні поверхні різними методами та потребують повного висихання перед УФ-затвердінням.
Порошкові покриття, що тверднуть під дією ультрафіолету, також є 100% твердими композиціями та зазвичай наносяться на провідні основи за допомогою електростатичного притягання. Після нанесення основу нагрівають, щоб розплавити порошок, який витікає, утворюючи поверхневу плівку. Потім покриту основу можна негайно піддати впливу ультрафіолетової енергії для полегшення затвердіння. Отримана поверхнева плівка більше не є схильною до нагрівання або чутливою.
Існують варіанти цих покриттів, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, які містять механізм вторинного затвердіння (активований теплом, реакція з вологою тощо), що може забезпечити затвердіння в ділянках поверхні, що не піддаються впливу ультрафіолетової енергії. Ці покриття зазвичай називають покриттями подвійного затвердіння.
Незалежно від типу покриття, що твердне під дією ультрафіолету, кінцеве покриття поверхні або шар забезпечує виняткову якість, довговічність та стійкість.
2. Наскільки добре покриття, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, зчеплюються з різними породами деревини, включаючи маслянисті?
Покриття, що тверднуть під дією ультрафіолету, демонструють чудову адгезію до більшості порід деревини. Важливо переконатися, що існують достатні умови для затвердіння, щоб забезпечити повне затвердіння та відповідну адгезію до основи.
Існують певні породи деревини, які за своєю природою дуже маслянисті та можуть вимагати нанесення ґрунтовки, що сприяє адгезії, або «стяжки». Компанія Van Technologies провела значні дослідження та розробки в галузі адгезії покриттів, що тверднуть під дією ультрафіолету, до цих порід деревини. Нещодавні розробки включають єдиний герметик, що твердне під дією ультрафіолету, який запобігає впливу масел, смоли та смоли на адгезію верхнього покриття, що твердне під дією ультрафіолету.
Або ж олію, присутню на поверхні деревини, можна видалити безпосередньо перед нанесенням покриття, протерши її ацетоном або іншим відповідним розчинником. Спочатку змочують розчинником безворсову, абсорбуючу тканину, а потім протирають нею поверхню деревини. Поверхні дають висохнути, а потім можна наносити покриття, що твердне під дією ультрафіолету. Видалення поверхневої олії та інших забруднень сприяє подальшій адгезії нанесеного покриття до поверхні деревини.
3. Які типи морилок сумісні з УФ-покриттями?
Будь-яку з описаних тут морилок можна ефективно герметизувати та покривати верхнім покриттям за допомогою 100% УФ-твердіючих, УФ-твердіючих зі зменшеним вмістом розчинника, УФ-твердіючих на водній основі або УФ-твердіючих порошкових систем. Таким чином, існує ряд життєздатних комбінацій, що роблять майже будь-яку морилку на ринку придатною для будь-якого УФ-твердіючого покриття. Однак, є певні міркування, які слід враховувати, щоб переконатися в сумісності для якісного покриття дерев'яної поверхні.
Водорозчинні барвники та водорозчинні барвники, що затвердівають під дією ультрафіолету:Під час нанесення герметиків/фінішних покриттів, що 100% тверднуть під дією УФ-випромінювання, тверднуть під дією розчинника зі зниженим вмістом розчинника або тверднуть під дією УФ-випромінювання, на водорозчинні морилки необхідно, щоб морилка повністю висохла, щоб запобігти дефектам однорідності покриття, включаючи «апельсинову шкірку», «риб'яче око», кратери, калюжі та утворення калюж. Такі дефекти виникають через низький поверхневий натяг нанесених покриттів порівняно з високим залишковим поверхневим натягом води від нанесеної морилки.
Однак, нанесення водорозчинного покриття, що твердне під дією ультрафіолету, зазвичай є більш поблажливим. Нанесена морилка може демонструвати вологість без негативних наслідків при використанні певних водорозчинних герметиків/фінішних покриттів, що тверднуть під дією ультрафіолету. Залишкова волога або вода від нанесення морилки легко дифундує через нанесений водорозчинний герметик/фінішне покриття під час процесу висихання. Однак наполегливо рекомендується протестувати будь-яку комбінацію морилки та герметика/фінішного покриття на репрезентативному тестовому зразку, перш ніж переходити до фактичної обробки поверхні.
Фарби на масляній основі та на основі розчинників:Хоча може існувати система, яку можна застосовувати до недостатньо висохлих морилок на масляній основі або на основі розчинників, зазвичай необхідно та настійно рекомендується повністю висушити ці морилки перед нанесенням будь-якого герметика/фінішного покриття. Повільно висихаючі морилки цих типів можуть потребувати від 24 до 48 годин (або довше) для досягнення повного висихання. Знову ж таки, рекомендується протестувати систему на типовій дерев'яній поверхні.
100% стійкі до ультрафіолетового випромінювання плями:Загалом, покриття, що 100% тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, демонструють високу хімічну та водостійкість після повного затвердіння. Ця стійкість ускладнює хорошу адгезію наступних покриттів, якщо нижня поверхня, що затверділа під дією ультрафіолетового випромінювання, не буде належним чином оброблена шліфуванням для забезпечення механічного склеювання. Хоча пропонуються фарби, що 100% тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання та розроблені для сприйняття наступних покриттів, більшість фарб, що 100% тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, потребують шліфування або часткового затвердіння (це називається стадією «B» або ударним затвердінням), щоб покращити міжшарову адгезію. Стадія «B» призводить до появи залишкових реактивних ділянок у шарі фарби, які будуть взаємодіяти з нанесеним покриттям, що затвердіває під дією ультрафіолетового випромінювання, оскільки воно піддається умовам повного затвердіння. Стадія «B» також дозволяє проводити легке шліфування, щоб видалити або зрізати будь-яке підняття зерен, яке може виникнути внаслідок нанесення фарби. Плавне герметизування або нанесення верхнього шару забезпечить чудову міжшарову адгезію.
Ще одна проблема зі 100% УФ-затверджуваними барвниками стосується темніших кольорів. Сильно пігментовані барвники (і пігментовані покриття загалом) працюють краще при використанні УФ-ламп, які випромінюють енергію ближче до спектру видимого світла. Звичайні УФ-лампи, леговані галієм, у поєднанні зі стандартними ртутними лампами є чудовим вибором. УФ-світлодіодні лампи, що випромінюють 395 нм та/або 405 нм, краще працюють з пігментованими системами порівняно з матрицями 365 нм та 385 нм. Крім того, системи УФ-ламп, які забезпечують більшу УФ-потужність (мВт/см²2) та густина енергії (мДж/см2) сприяють кращому затвердінню завдяки нанесеному шару барвника або пігментованого покриття.
Зрештою, як і з іншими вищезгаданими системами фарбування, рекомендується провести тестування перед роботою з поверхнею, яку потрібно фарбувати та обробити. Переконайтеся, що ви використовуєте засіб перед затвердінням!
4. Яка максимальна/мінімальна товщина плівки для 100% УФ-покриттів?
Порошкові покриття, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, технічно є 100% покриттями, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, а товщина їхнього шару обмежена електростатичними силами тяжіння, які зв'язують порошок з поверхнею, що оброблюється. Найкраще звернутися за порадою до виробника порошкових покриттів, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання.
Щодо рідких покриттів, що 100% тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, товщина нанесеної вологої плівки призведе приблизно до такої ж товщини сухої плівки після УФ-затвердіння. Деяка усадка неминуча, але зазвичай вона має мінімальні наслідки. Однак існують високотехнічні застосування, які вимагають дуже жорстких або вузьких допусків товщини плівки. За таких обставин можна виконати пряме вимірювання товщини затверділої плівки для співвіднесення товщини вологої та сухої плівки.
Остаточна товщина затвердіння, якої можна досягти, залежатиме від хімічного складу УФ-затверджувального покриття та способу його формули. Існують системи, розроблені для забезпечення дуже тонких плівок товщиною від 0,2 міл до 0,5 міл (5 мкм – 15 мкм), а також інші, які можуть забезпечити товщину понад 0,5 дюйма (12 мм). Як правило, УФ-затверджувані покриття з високою щільністю зшивання, такі як деякі уретанакрилатні склади, не здатні забезпечити високу товщину плівки в одному нанесеному шарі. Ступінь усадки при затвердінні призведе до сильного розтріскування товсто нанесеного покриття. Високої товщини нанесення або фінішної оброблення все ще можна досягти за допомогою УФ-затверджуваних покриттів з високою щільністю зшивання шляхом нанесення кількох тонких шарів та шліфування та/або етапу "B" між кожним шаром для сприяння міжшаровій адгезії.
Реактивний механізм затвердіння більшості покриттів, що затвердівають під дією ультрафіолетового випромінювання, називається «ініційованим вільними радикалами». Цей реактивний механізм затвердіння чутливий до кисню повітря, який уповільнює або гальмує швидкість затвердіння. Це уповільнення часто називають гальмуванням киснем і є найважливішим при спробі досягти дуже тонкої товщини плівки. У тонких плівках площа поверхні до загального об'єму нанесеного покриття відносно велика порівняно з товстими плівками. Тому тонкі плівки набагато більш схильні до гальмування киснем і затвердівають дуже повільно. Часто поверхня покриття залишається недостатньо затверділою і має маслянисту/жирну текстуру. Щоб протидіяти гальмуванню киснем, під час затвердіння над поверхнею можна пропускати інертні гази, такі як азот і вуглекислий газ, щоб видалити концентрацію кисню, що дозволить повне та швидке затвердіння.
5. Наскільки прозорим є прозоре УФ-покриття?
Покриття, що 100% тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, можуть демонструвати чудову прозорість і можуть конкурувати з найкращими прозорими покриттями в галузі. Крім того, при нанесенні на деревину вони забезпечують максимальну красу та глибину зображення. Особливий інтерес представляють різні аліфатичні уретаноакрилатні системи, які є надзвичайно прозорими та безбарвними при нанесенні на широкий спектр поверхонь, включаючи деревину. Крім того, аліфатичні поліуретаноакрилатні покриття дуже стабільні та стійкі до зміни кольору з часом. Важливо зазначити, що покриття з низьким глянцем розсіюють світло набагато більше, ніж глянцеві покриття, і тому матимуть нижчу прозорість. Однак, порівняно з іншими хімічними складами покриттів, покриття, що 100% тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, є рівними, якщо не перевершують їх.
Доступні на сьогодні водорозчинні УФ-покриття, що затвердівають, можуть бути розроблені таким чином, щоб забезпечити виняткову прозорість, теплоту деревини та реакцію, що може конкурувати з найкращими традиційними системами оздоблення. Прозорість, блиск, реакція деревини та інші функціональні властивості УФ-покриттів, доступних на ринку сьогодні, є чудовими, якщо вони постачаються від якісних виробників.
6. Чи існують кольорові або пігментовані покриття, що тверднуть під дією ультрафіолету?
Так, кольорові або пігментовані покриття легкодоступні у всіх типах покриттів, що тверднуть під дією ультрафіолету, але є фактори, які слід враховувати для досягнення оптимальних результатів. Першим і найважливішим фактором є те, що певні кольори перешкоджають здатності ультрафіолетової енергії пропускати або проникати через нанесене покриття, що твердне під дією ультрафіолету. Електромагнітний спектр показано на зображенні 1, і видно, що спектр видимого світла безпосередньо прилягає до спектру ультрафіолету. Спектр являє собою континуум без чітких ліній (довжин хвиль) розмежування. Тому одна область поступово переходить у сусідню область. Щодо області видимого світла, то деякі наукові твердження стверджують, що вона охоплює від 400 нм до 780 нм, тоді як інші твердження стверджують, що вона охоплює від 350 нм до 800 нм. Для цього обговорення важливо лише те, що ми визнаємо, що певні кольори можуть ефективно блокувати пропускання певних довжин хвиль ультрафіолетового випромінювання.
Оскільки основна увага приділяється довжині хвилі або області ультрафіолетового випромінювання, давайте розглянемо цю область детальніше. Зображення 2 показує зв'язок між довжиною хвилі видимого світла та відповідним кольором, який ефективно його блокує. Також важливо знати, що барвники зазвичай охоплюють діапазон довжин хвиль, таким чином червоний барвник може охоплювати значний діапазон, частково поглинаючись в області UVA. Тому найбільше занепокоєння викликають кольори жовто-помаранчево-червоного діапазону, і ці кольори можуть перешкоджати ефективному затвердінню.
Барвники не лише перешкоджають УФ-затвердінню, але й враховуються при використанні білих пігментних покриттів, таких як ґрунтовки, що затвердівають УФ-випромінюванням, та фінішні фарби. Розгляньте спектр поглинання білого пігменту діоксиду титану (TiO2), як показано на зображенні 3. TiO2 демонструє дуже сильне поглинання в усьому УФ-діапазоні, і все ж білі покриття, що затвердівають УФ-випромінюванням, ефективно затвердівають. Як? Відповідь криється в ретельному підборі рецептури розробником та виробником покриття разом із використанням відповідних УФ-ламп для затвердіння. Звичайні УФ-лампи, що використовуються, випромінюють енергію, як показано на зображенні 4.
Кожна зображена лампа виготовлена на основі ртуті, але шляхом легування ртуті іншим металевим елементом випромінювання може зміститися в інші області довжин хвиль. У випадку білих покриттів на основі TiO2, що затвердівають ультрафіолетовим випромінюванням, енергія, що випромінюється стандартною ртутною лампою, буде ефективно блокуватися. Деякі з вищих довжин хвиль можуть забезпечити затвердіння, але час, необхідний для повного затвердіння, може бути непрактичним. Однак, легування ртутної лампи галієм забезпечує велику кількість енергії, яка корисна в області, яка не ефективно блокується TiO2. Використовуючи комбінацію обох типів ламп, можна досягти як наскрізного затвердіння (з використанням легованого галієм), так і поверхневого затвердіння (з використанням стандартної ртуті) (Зображення 5).
Зрештою, кольорові або пігментовані покриття, що затвердівають під дією ультрафіолету, повинні бути розроблені з використанням оптимальних фотоініціаторів, щоб ультрафіолетова енергія – діапазон довжин хвиль видимого світла, що постачається лампами – належним чином використовувалася для ефективного затвердіння.
Інші питання?
Щодо будь-яких питань, що виникають, ніколи не соромтеся звертатися до поточного або майбутнього постачальника покриттів, обладнання та систем управління процесами компанії. Доступні корисні відповіді, які допоможуть прийняти ефективні, безпечні та прибуткові рішення.
Лоуренс (Ларрі) Ван Ісегем — президент/генеральний директор Van Technologies, Inc. Van Technologies має понад 30 років досвіду у виробництві покриттів, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання. Спочатку компанія була науково-дослідною та розробницькою компанією, але швидко перетворилася на виробника спеціалізованих передових покриттів Application Specific Advanced Coatings™, що обслуговує промислові підприємства з нанесення покриттів по всьому світу. Покриття, що тверднуть під дією ультрафіолетового випромінювання, завжди були в центрі уваги, поряд з іншими «зеленими» технологіями покриттів, з акцентом на продуктивність, рівну або перевершуючу традиційні технології. Van Technologies виробляє промислові покриття марки GreenLight Coatings™ відповідно до сертифікованої системи управління якістю ISO-9001:2015. Для отримання додаткової інформації відвідайтеwww.greenlightcoatings.com.
Час публікації: 22 липня 2023 р.
