Lapisan berkinerja tinggi yang dapat disembuhkan dengan sinar UV telah digunakan dalam pembuatan lantai, furnitur, dan lemari selama bertahun-tahun. Selama ini, pelapis UV-curable yang 100% padat dan berbasis pelarut telah menjadi teknologi dominan di pasar. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi pelapisan UV-curable berbasis air telah berkembang. Resin berbahan dasar air yang dapat disembuhkan dengan sinar UV telah terbukti menjadi alat yang berguna bagi produsen karena berbagai alasan, termasuk lolos pewarnaan KCMA, pengujian ketahanan bahan kimia, dan mengurangi VOC. Agar teknologi ini dapat terus berkembang di pasar ini, beberapa faktor pendorong telah diidentifikasi sebagai bidang utama yang perlu ditingkatkan. Hal ini menjadikan resin berbahan dasar air yang dapat disembuhkan dengan sinar UV lebih dari sekedar “hal yang harus dimiliki” yang dimiliki sebagian besar resin. Mereka akan mulai menambahkan sifat-sifat berharga pada lapisan tersebut, memberikan nilai pada setiap posisi di sepanjang rantai nilai mulai dari perumus lapisan, aplikator pabrik, pemasang, dan, akhirnya, kepada pemiliknya.
Pabrikan, khususnya saat ini, menginginkan lapisan yang mampu melakukan lebih dari sekadar memenuhi spesifikasi. Ada juga properti lain yang memberikan manfaat di bidang manufaktur, pengepakan, dan pemasangan. Salah satu atribut yang diinginkan adalah peningkatan efisiensi pabrik. Untuk lapisan berbahan dasar air, hal ini berarti pelepasan air lebih cepat dan resistensi pemblokiran lebih cepat. Atribut lain yang diinginkan adalah meningkatkan stabilitas resin untuk menangkap/menggunakan kembali lapisan, dan pengelolaan inventarisnya. Untuk pengguna akhir dan pemasang, atribut yang diinginkan adalah ketahanan terhadap kilap yang lebih baik dan tidak ada tanda logam selama pemasangan.
Artikel ini akan membahas perkembangan baru dalam poliuretan berbahan dasar air yang dapat diawetkan dengan sinar UV yang menawarkan stabilitas cat 50 °C yang jauh lebih baik pada lapisan bening dan berpigmen. Hal ini juga membahas bagaimana resin ini memenuhi atribut yang diinginkan dari aplikator pelapis dalam meningkatkan kecepatan jalur melalui pelepasan air yang cepat, peningkatan ketahanan blok, dan ketahanan pelarut di luar jalur, yang meningkatkan kecepatan untuk operasi penumpukan dan pengepakan. Hal ini juga akan memperbaiki kerusakan off-the-line yang terkadang terjadi. Artikel ini juga membahas peningkatan yang ditunjukkan pada ketahanan terhadap noda dan bahan kimia yang penting bagi pemasang dan pemilik.
Latar belakang
Lanskap industri pelapis terus berkembang. Hal yang “harus dimiliki” hanya dengan melewati spesifikasi dengan harga yang wajar per mil yang diterapkan tidaklah cukup. Lanskap penerapan pelapis pabrik pada lemari, sambungan kayu, lantai, dan furnitur berubah dengan cepat. Formulator yang memasok pelapis ke pabrik diminta untuk membuat pelapisan lebih aman bagi karyawan untuk diterapkan, menghilangkan zat-zat yang sangat memprihatinkan, mengganti VOC dengan air, dan bahkan menggunakan lebih sedikit karbon fosil dan lebih banyak biokarbon. Kenyataannya adalah bahwa di sepanjang rantai nilai, setiap pelanggan meminta pelapis tersebut melakukan lebih dari sekedar memenuhi spesifikasi.
Melihat peluang untuk menciptakan nilai lebih bagi pabrik, tim kami mulai menyelidiki di tingkat pabrik tantangan yang dihadapi para aplikator ini. Setelah banyak wawancara, kami mulai mendengar beberapa tema umum:
- Mengizinkan hambatan menghalangi tujuan ekspansi saya;
- Biaya meningkat dan anggaran modal kami menurun;
- Biaya energi dan personel semakin meningkat;
- Hilangnya karyawan berpengalaman;
- Sasaran SG&A perusahaan kita, serta sasaran pelanggan saya, harus dipenuhi; Dan
- Kompetisi luar negeri.
Tema-tema ini mengarah pada pernyataan proposisi nilai yang mulai diterima oleh para aplikator poliuretan berbahan dasar air yang dapat disembuhkan dengan sinar UV, terutama di pasar pertukangan kayu dan lemari seperti: “produsen pertukangan kayu dan lemari sedang mencari peningkatan dalam efisiensi pabrik” dan “produsen menginginkan kemampuan untuk memperluas produksi pada jalur produksi yang lebih pendek dengan lebih sedikit kerusakan akibat pengerjaan ulang karena lapisan dengan sifat pelepasan air yang lambat.”
Tabel 1 mengilustrasikan bagaimana, bagi produsen bahan baku pelapis, perbaikan pada atribut pelapis tertentu dan sifat fisik menghasilkan efisiensi yang dapat diwujudkan oleh pengguna akhir.
TABEL 1 | Atribut dan manfaat.
Dengan merancang PUD yang dapat disembuhkan dengan sinar UV dengan atribut tertentu seperti tercantum dalam Tabel 1, produsen pengguna akhir akan dapat memenuhi kebutuhan mereka dalam meningkatkan efisiensi pabrik. Hal ini akan memungkinkan mereka menjadi lebih kompetitif, dan berpotensi memungkinkan mereka untuk memperluas produksi yang ada.
Hasil Eksperimen dan Pembahasan
Sejarah Dispersi Poliuretan yang Dapat Disembuhkan UV
Pada tahun 1990an, penggunaan komersial dispersi poliuretan anionik yang mengandung gugus akrilat yang melekat pada polimer mulai digunakan dalam aplikasi industri.1 Banyak dari aplikasi ini adalah dalam kemasan, tinta, dan pelapis kayu. Gambar 1 menunjukkan struktur umum PUD yang dapat diawetkan dengan sinar UV, menunjukkan bagaimana bahan baku pelapis ini dirancang.
GAMBAR 1 | Dispersi poliuretan fungsional akrilat generik.3
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, dispersi poliuretan yang dapat disembuhkan dengan UV (PUD yang dapat disembuhkan dengan UV), terdiri dari komponen khusus yang digunakan untuk membuat dispersi poliuretan. Diisosianat alifatik direaksikan dengan ester, diol, gugus hidrofilisasi, dan pemanjang rantai yang umum digunakan untuk membuat dispersi poliuretan.2 Perbedaannya adalah penambahan ester fungsional akrilat, epoksi, atau eter yang dimasukkan ke dalam tahap pra-polimer saat membuat dispersi . Pilihan bahan yang digunakan sebagai bahan penyusun, serta arsitektur dan pemrosesan polimer, menentukan kinerja dan karakteristik pengeringan PUD. Pemilihan bahan mentah dan pengolahan ini akan menghasilkan PUD yang dapat diawetkan dengan sinar UV yang dapat berupa non-pembentuk film, maupun yang merupakan pembentuk film.3 Pembentuk film, atau jenis pengeringan, adalah pokok bahasan artikel ini.
Pembentukan film, atau sering disebut pengeringan, akan menghasilkan film-film yang menyatu dan kering jika disentuh sebelum proses pengawetan dengan sinar UV. Karena aplikator ingin membatasi kontaminasi udara pada lapisan akibat partikulat, serta kebutuhan akan kecepatan dalam proses produksinya, lapisan ini sering kali dikeringkan dalam oven sebagai bagian dari proses berkelanjutan sebelum pengawetan UV. Gambar 2 menunjukkan proses pengeringan dan pengawetan khas PUD yang dapat diawetkan dengan sinar UV.
GAMBAR 2 | Proses untuk menyembuhkan PUD yang dapat disembuhkan dengan sinar UV.
Metode pengaplikasian yang digunakan biasanya semprot. Namun, pisau over roll dan bahkan pelapis banjir telah digunakan. Setelah diaplikasikan, pelapisan biasanya akan melalui proses empat langkah sebelum ditangani kembali.
1.Flash: Ini dapat dilakukan pada suhu ruangan atau tinggi selama beberapa detik hingga beberapa menit.
2.Oven kering: Di sinilah air dan pelarut lainnya dikeluarkan dari lapisan. Langkah ini sangat penting dan biasanya memakan waktu paling banyak dalam suatu proses. Langkah ini biasanya pada suhu >140 °F dan berlangsung hingga 8 menit. Oven pengering multi-zona juga dapat digunakan.
- Lampu IR dan pergerakan udara: Pemasangan lampu IR dan kipas pergerakan udara akan mempercepat kilatan air lebih cepat.
3. Obat UV.
4.Dingin: Setelah sembuh, lapisan perlu disembuhkan selama beberapa waktu untuk mencapai ketahanan pemblokiran. Langkah ini mungkin memakan waktu hingga 10 menit sebelum resistensi pemblokiran tercapai
Eksperimental
Studi ini membandingkan dua PUD yang dapat disembuhkan dengan sinar UV (WB UV), yang saat ini digunakan di pasar kabinet dan bengkel tukang kayu, dengan pengembangan baru kami, PUD #65215A. Dalam penelitian ini kami membandingkan Standar #1 dan Standar #2 dengan PUD #65215A dalam hal pengeringan, pemblokiran, dan ketahanan terhadap bahan kimia. Kami juga mengevaluasi stabilitas pH dan stabilitas viskositas, yang sangat penting ketika mempertimbangkan penggunaan kembali penyemprotan berlebihan dan umur simpan. Di bawah ini pada Tabel 2 adalah sifat fisik masing-masing resin yang digunakan dalam penelitian ini. Ketiga sistem diformulasikan pada tingkat fotoinisiator, VOC, dan tingkat padatan yang serupa. Ketiga resin diformulasikan dengan pelarut bersama 3%.
TABEL 2 | Sifat resin PUD.
Kami diberitahu dalam wawancara kami bahwa sebagian besar pelapis WB-UV di pasar pertukangan kayu dan lemari mengering di jalur produksi, yang memerlukan waktu antara 5-8 menit sebelum proses pengeringan dengan sinar UV. Sebaliknya, garis UV berbasis pelarut (SB-UV) mengering dalam 3-5 menit. Selain itu, untuk pasar ini, pelapisan biasanya diterapkan 4-5 mil basah. Kelemahan utama pelapis yang dapat diawetkan dengan UV melalui air jika dibandingkan dengan pelapis alternatif berbahan dasar pelarut yang dapat diawetkan dengan UV adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengalirkan air pada jalur produksi.4 Cacat film seperti bercak putih akan terjadi jika air tidak dikeluarkan dengan benar dari proses pelapisan. pelapisan sebelum penyembuhan UV. Hal ini juga dapat terjadi jika ketebalan film basah terlalu tinggi. Bintik-bintik putih ini tercipta ketika air terperangkap di dalam film selama proses penyembuhan UV.5
Untuk penelitian ini kami memilih jadwal pengawetan serupa dengan yang akan digunakan pada lini produk berbasis pelarut yang dapat diawetkan dengan sinar UV. Gambar 3 menunjukkan jadwal aplikasi, pengeringan, pengawetan, dan pengemasan yang digunakan untuk penelitian kami. Jadwal pengeringan ini menunjukkan peningkatan antara 50% hingga 60% dalam kecepatan jalur keseluruhan dibandingkan standar pasar saat ini dalam aplikasi pertukangan kayu dan lemari.
GAMBAR 3 | Jadwal aplikasi, pengeringan, pengawetan, dan pengemasan.
Di bawah ini adalah aplikasi dan kondisi penyembuhan yang kami gunakan untuk penelitian kami:
●Semprotkan aplikasi pada veneer maple dengan lapisan dasar hitam.
● Kilatan suhu ruangan selama 30 detik.
●Oven pengeringan 140 °F selama 2,5 menit (oven konveksi).
●Penyembuhan UV – intensitas sekitar 800 mJ/cm2.
- Lapisan bening disembuhkan menggunakan lampu Hg.
- Lapisan berpigmen disembuhkan menggunakan kombinasi lampu Hg/Ga.
●1 menit pendinginan sebelum ditumpuk.
Untuk penelitian kami, kami juga menyemprotkan tiga ketebalan film basah yang berbeda untuk melihat apakah keuntungan lain seperti lapisan yang lebih sedikit juga dapat diperoleh. 4 mil basah adalah tipikal untuk WB UV. Untuk penelitian ini kami juga menyertakan aplikasi pelapisan basah 6 dan 8 mil.
Hasil Penyembuhan
Standar #1, lapisan bening high-gloss, hasilnya ditunjukkan pada Gambar 4. Lapisan bening UV WB diaplikasikan pada papan serat padat sedang (MDF) yang sebelumnya dilapisi dengan lapisan dasar hitam dan diawetkan sesuai jadwal yang ditunjukkan pada Gambar 3. Pada suhu 4 mil basah, lapisannya lolos. Namun, pada aplikasi basah 6 dan 8 mil, lapisannya retak, dan 8 mil mudah dihilangkan karena pelepasan air yang buruk sebelum proses pengawetan UV.
GAMBAR 4 | Standar #1.
Hasil serupa juga terlihat pada Standar #2, ditunjukkan pada Gambar 5.
GAMBAR 5 | Standar #2.
Ditunjukkan pada Gambar 6, dengan menggunakan jadwal pengeringan yang sama seperti pada Gambar 3, PUD #65215A menunjukkan peningkatan luar biasa dalam pelepasan air/pengeringan. Pada ketebalan film basah 8 mil, sedikit retakan terlihat pada tepi bawah sampel.
GAMBAR 6 | PUD #65215A.
Pengujian tambahan PUD# 65215A dalam lapisan bening dan berpigmen rendah kilap pada MDF yang sama dengan lapisan dasar hitam dievaluasi untuk mengevaluasi karakteristik pelepasan air dalam formulasi pelapis umum lainnya. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7, formulasi low-gloss pada aplikasi basah 5 dan 7 mil melepaskan air dan membentuk lapisan film yang baik. Namun, pada suhu basah 10 mil, air tersebut terlalu kental untuk dilepaskan sesuai jadwal pengeringan dan pengawetan pada Gambar 3.
GAMBAR 7 | PUD #65215A mengkilap rendah.
Dalam formula berpigmen putih, PUD #65215A bekerja dengan baik pada jadwal pengeringan dan pengawetan yang sama seperti yang dijelaskan pada Gambar 3, kecuali bila diaplikasikan pada 8 mil basah. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8, film retak pada kecepatan 8 mil karena pelepasan air yang buruk. Secara keseluruhan dalam formulasi bening, kilap rendah, dan berpigmen, PUD# 65215A bekerja dengan baik dalam pembentukan film dan pengeringan bila diaplikasikan hingga 7 mil basah dan diawetkan pada jadwal pengeringan dan pengawetan yang dipercepat seperti dijelaskan pada Gambar 3.
GAMBAR 8 | PUD berpigmen #65215A.
Memblokir Hasil
Resistensi pemblokiran adalah kemampuan suatu lapisan untuk tidak menempel pada benda lain yang dilapisi ketika ditumpuk. Dalam manufaktur, hal ini sering kali menjadi hambatan jika lapisan yang diawetkan memerlukan waktu untuk mencapai ketahanan terhadap balok. Untuk penelitian ini, formulasi berpigmen dari Standar #1 dan PUD #65215A diaplikasikan pada kaca pada 5 mil basah menggunakan drawdown bar. Masing-masing panel tersebut diawetkan sesuai dengan jadwal pengawetan pada Gambar 3. Dua panel kaca yang dilapisi dikeringkan pada waktu yang sama – 4 menit setelah pengawetan, panel-panel tersebut dijepit bersama-sama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9. Panel-panel tersebut tetap dijepit pada suhu kamar selama 24 jam . Jika panel mudah dipisahkan tanpa membekas atau merusak panel yang dilapisi maka pengujian dianggap lulus.
Gambar 10 mengilustrasikan peningkatan resistensi pemblokiran PUD#65215A. Meskipun Standar #1 dan PUD #65215A mencapai penyembuhan penuh pada pengujian sebelumnya, hanya PUD #65215A yang menunjukkan pelepasan air dan penyembuhan yang cukup untuk mencapai resistensi pemblokiran.
GAMBAR 9 | Ilustrasi uji resistensi pemblokiran.
GAMBAR 10 | Memblokir resistensi Standar #1, diikuti oleh PUD #65215A.
Hasil Pencampuran Akrilik
Produsen pelapis sering kali memadukan resin WB yang dapat disembuhkan dengan sinar UV dengan akrilik untuk menurunkan biaya. Dalam penelitian kami, kami juga mengamati pencampuran PUD#65215A dengan NeoCryl® XK-12, akrilik berbahan dasar air, yang sering digunakan sebagai mitra pencampuran untuk PUD berbahan dasar air yang dapat diawetkan dengan sinar UV di pasar bengkel tukang kayu dan lemari. Untuk pasar ini, pengujian noda KCMA dianggap sebagai standar. Tergantung pada aplikasi penggunaan akhir, beberapa bahan kimia akan menjadi lebih penting dibandingkan yang lain bagi produsen barang yang dilapisi. Peringkat 5 adalah yang terbaik dan peringkat 1 adalah yang terburuk.
Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3, PUD #65215A berkinerja sangat baik dalam pengujian noda KCMA sebagai high-gloss clear, low-gloss clear, dan sebagai lapisan berpigmen. Bahkan ketika dicampur dengan akrilik 1:1, pengujian noda KCMA tidak terpengaruh secara drastis. Bahkan dalam pewarnaan dengan bahan seperti mustard, lapisan tersebut pulih ke tingkat yang dapat diterima setelah 24 jam.
TABEL 3 | Ketahanan terhadap bahan kimia dan noda (nilai 5 adalah yang terbaik).
Selain pengujian noda KCMA, produsen juga akan menguji penyembuhan segera setelah proses pengawetan UV selesai. Seringkali efek pencampuran akrilik akan langsung terlihat setelah garis pengawetan dalam pengujian ini. Harapannya adalah tidak terjadi terobosan pelapisan setelah 20 kali gosok ganda isopropil alkohol (20 IPA dr). Sampel diuji 1 menit setelah penyembuhan UV. Dalam pengujian kami, kami melihat bahwa campuran PUD# 65215A dengan perbandingan 1:1 dengan akrilik tidak lulus pengujian ini. Namun, kami melihat bahwa PUD #65215A dapat dicampur dengan 25% akrilik NeoCryl XK-12 dan masih lulus uji 20 IPA dr (NeoCryl adalah merek dagang terdaftar dari grup Covestro).
GAMBAR 11 | 20 IPA gosok dua kali, 1 menit setelah penyembuhan UV.
Stabilitas Resin
Stabilitas PUD #65215A juga diuji. Suatu formulasi dianggap stabil simpan jika setelah 4 minggu pada suhu 40 °C, pH tidak turun di bawah 7 dan viskositas tetap stabil dibandingkan dengan awal. Untuk pengujian kami, kami memutuskan untuk menempatkan sampel pada kondisi yang lebih keras hingga 6 minggu pada suhu 50 °C. Pada kondisi seperti ini Standar #1 dan #2 tidak stabil.
Untuk pengujian kami, kami melihat formulasi berpigmen high-gloss, low-gloss, dan low-gloss yang digunakan dalam penelitian ini. Seperti terlihat pada Gambar 12, stabilitas pH ketiga formulasi tetap stabil dan berada di atas ambang batas pH 7,0. Gambar 13 mengilustrasikan perubahan viskositas minimal setelah 6 minggu pada suhu 50 °C.
GAMBAR 12 | Stabilitas pH formulasi PUD #65215A.
GAMBAR 13 | Stabilitas viskositas formulasi PUD #65215A.
Pengujian lain yang menunjukkan kinerja stabilitas PUD #65215A adalah dengan menguji kembali ketahanan noda KCMA dari formulasi pelapis yang telah berumur 6 minggu pada suhu 50 °C, dan membandingkannya dengan ketahanan noda KCMA awal. Pelapis yang tidak menunjukkan stabilitas yang baik akan mengalami penurunan kinerja pewarnaan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14, PUD#65215A mempertahankan tingkat kinerja yang sama seperti pada pengujian ketahanan kimia/noda awal pada lapisan berpigmen yang ditunjukkan pada Tabel 3.
GAMBAR 14 | Panel uji kimia untuk PUD berpigmen #65215A.
Kesimpulan
Untuk aplikator pelapis berbahan dasar air yang dapat disembuhkan dengan sinar UV, PUD #65215A akan memungkinkan mereka memenuhi standar kinerja saat ini di pasar pertukangan kayu, kayu dan kabinet, dan sebagai tambahan, akan memungkinkan proses pelapisan mengalami peningkatan kecepatan jalur hingga lebih dari 50 -60% melebihi standar pelapis berbasis air yang dapat disembuhkan dengan sinar UV saat ini. Bagi aplikator, ini mungkin berarti:
●Produksi lebih cepat;
●Peningkatan ketebalan film mengurangi kebutuhan lapisan tambahan;
●Jalur pengeringan lebih pendek;
●Hemat energi karena berkurangnya kebutuhan pengeringan;
●Lebih sedikit skrap karena resistensi pemblokiran yang cepat;
●Mengurangi limbah pelapis karena stabilitas resin.
Dengan VOC yang kurang dari 100 g/L, produsen juga lebih mampu memenuhi target VOC mereka. Bagi produsen yang mungkin memiliki kekhawatiran ekspansi karena masalah izin, PUD #65215A yang dirilis dengan cepat akan memungkinkan mereka untuk lebih mudah memenuhi kewajiban peraturan mereka tanpa mengorbankan kinerja.
Pada awal artikel ini kami mengutip dari wawancara kami bahwa aplikator bahan pengawet UV berbasis pelarut biasanya akan mengeringkan dan mengawetkan lapisan dalam proses yang memakan waktu antara 3-5 menit. Kami telah menunjukkan dalam penelitian ini bahwa menurut proses yang ditunjukkan pada Gambar 3, PUD #65215A akan menyembuhkan hingga 7 mil ketebalan film basah dalam 4 menit dengan suhu oven 140 °C. Hal ini berada dalam rentang sebagian besar lapisan yang dapat disembuhkan dengan sinar UV berbasis pelarut. PUD #65215A berpotensi memungkinkan aplikator bahan pengawet UV berbasis pelarut saat ini untuk beralih ke bahan pengawet UV berbahan dasar air dengan sedikit perubahan pada garis pelapisnya.
Bagi produsen yang mempertimbangkan perluasan produksi, pelapis berdasarkan PUD #65215A akan memungkinkan mereka untuk:
●Menghemat uang melalui penggunaan lapisan pelapis berbahan dasar air yang lebih pendek;
●Memiliki cakupan jalur pelapisan yang lebih kecil di fasilitas;
●Memiliki dampak yang lebih kecil terhadap izin VOC yang ada saat ini;
●Mewujudkan penghematan energi karena berkurangnya kebutuhan pengeringan.
Kesimpulannya, PUD #65215A akan membantu meningkatkan efisiensi pembuatan lini pelapis yang dapat disembuhkan dengan sinar UV melalui kinerja sifat fisik yang tinggi dan karakteristik pelepasan air yang cepat pada resin ketika dikeringkan pada suhu 140 °C.
Waktu posting: 14 Agustus-2024
