Av Lawrence (Larry) Van Iseghem är VD/koncernchef för Van Technologies, Inc.
Under vår internationella affärsverksamhet med industrikunder har vi tagit itu med otroligt många frågor och tillhandahållit många lösningar relaterade till UV-härdande beläggningar. Följande är några av de vanligaste frågorna, och de bifogade svaren kan ge användbar insikt.
1. Vad är UV-härdande beläggningar?
Inom träbehandlingsindustrin finns det tre huvudtyper av UV-härdande ytbehandlingar.
100 % aktiva (ibland kallade 100 % fasta ämnen) UV-härdande beläggningar är flytande kemiska kompositioner som inte innehåller något lösningsmedel eller vatten. Vid applicering exponeras beläggningen omedelbart för UV-energi utan att behöva torka eller avdunsta före härdning. Den applicerade beläggningskompositionen reagerar och bildar ett fast ytskikt via den reaktiva process som beskrivs och lämpligtvis kallas fotopolymerisation. Eftersom ingen avdunstning behövs före härdning är applicerings- och härdningsprocessen anmärkningsvärt effektiv och kostnadseffektiv.
Vattenburna eller lösningsmedelsburna hybrid UV-härdande beläggningar innehåller uppenbarligen antingen vatten eller lösningsmedel för att minska det aktiva (eller fasta) innehållet. Denna minskning av fast innehåll gör det lättare att kontrollera den applicerade våtfilmstjockleken och/eller att kontrollera beläggningens viskositet. Vid användning appliceras dessa UV-beläggningar på träytor med en mängd olika metoder och måste torkas helt före UV-härdning.
UV-härdande pulverlacker är också 100 % fasta kompositioner och appliceras vanligtvis på ledande substrat genom elektrostatisk attraktion. När substratet väl är applicerat värms det upp för att smälta pulvret, vilket flyter ut och bildar en ytfilm. Det belagda substratet kan sedan omedelbart exponeras för UV-energi för att underlätta härdning. Den resulterande ytfilmen är inte längre värmedeformerbar eller känslig.
Det finns varianter av dessa UV-härdande beläggningar som innehåller en sekundär härdningsmekanism (värmeaktiverad, fuktreaktiv, etc.) som kan ge härdning i ytområden som inte utsätts för UV-energi. Dessa beläggningar kallas vanligtvis dubbelhärdande beläggningar.
Oavsett vilken typ av UV-härdande beläggning som används, ger den slutliga ytfinishen eller lagret exceptionell kvalitet, hållbarhet och motståndskraftsegenskaper.
2. Hur väl fäster UV-härdande beläggningar på olika träslag, inklusive oljiga träslag?
UV-härdande beläggningar uppvisar utmärkt vidhäftning till de flesta träslag. Det är viktigt att se till att tillräckliga härdningsförhållanden finns för att ge genomhärdning och motsvarande vidhäftning till underlaget.
Det finns vissa träslag som naturligt är mycket oljiga och kan kräva applicering av en vidhäftningsfrämjande primer, eller "tiecoat". Van Technologies har bedrivit omfattande forskning och utveckling inom vidhäftning av UV-härdande beläggningar till dessa träslag. Nyligen utvecklade material inkluderar en enda UV-härdande förseglare som förhindrar att oljor, sav och beck stör vidhäftningen hos UV-härdande toppskikt.
Alternativt kan oljan på träytan avlägsnas strax före appliceringen av beläggningen genom att torka av med aceton eller annat lämpligt lösningsmedel. En luddfri, absorberande trasa fuktas först med lösningsmedlet och torkas sedan över träytan. Ytan får torka och sedan kan den UV-härdande beläggningen appliceras. Avlägsnandet av ytolja och andra föroreningar främjar den applicerade beläggningens vidhäftning till träytan.
3. Vilka typer av betsar är kompatibla med UV-beläggningar?
Alla betser som beskrivs här kan effektivt förseglas och täckmålas med 100 % UV-härdande, lösningsmedelsreducerade UV-härdande, vattenburna UV-härdande eller UV-härdande pulversystem. Därför finns det ett antal gångbara kombinationer som gör nästan alla betser på marknaden lämpliga för alla UV-härdande beläggningar. Det finns dock vissa överväganden som är viktiga för att säkerställa kompatibilitet för en högkvalitativ träyta.
Vattenburna betsar och vattenburna UV-härdande betsar:Vid applicering av antingen 100 % UV-härdande, lösningsmedelsreducerade UV-härdande eller UV-härdande pulverlacker/täckfärger över vattenburna betsar är det viktigt att betsen är helt torr för att förhindra defekter i beläggningens jämnhet, inklusive apelsinskal, fiskögon, kraterbildning, pölbildning och pölbildning. Sådana defekter uppstår på grund av den låga ytspänningen hos de applicerade beläggningarna i förhållande till den höga kvarvarande vattenytspänningen från den applicerade betsen.
Applicering av en vattenburen UV-härdande beläggning är dock generellt mer förlåtande. Den applicerade betsen kan uppvisa fukt utan negativa effekter vid användning av vissa vattenburna UV-härdande förseglare/täckfärger. Kvarvarande fukt eller vatten från betsapplikationen kommer lätt att diffundera genom den applicerade vattenburna UV-förseglaren/täckfärgen under torkningsprocessen. Det rekommenderas dock starkt att testa alla kombinationer av bets och förseglare/täckfärg på ett representativt testprov innan man bestämmer sig för den faktiska ytan som ska behandlas.
Oljebaserade och lösningsmedelsburna fläckar:Även om det kan finnas ett system som kan appliceras på otillräckligt torkade oljebaserade eller lösningsmedelsburna betser, är det vanligtvis nödvändigt, och starkt rekommenderat, att dessa betser torkar helt innan man applicerar någon förseglare/täckfärg. Långsamt torkande betser av denna typ kan kräva upp till 24 till 48 timmar (eller längre) för att uppnå fullständig torrhet. Återigen rekommenderas det att testa systemet på en representativ träyta.
100 % UV-härdande fläckar:Generellt sett uppvisar 100 % UV-härdande beläggningar hög kemisk och vattenbeständighet när de är helt härdade. Denna beständighet gör det svårt för efterföljande applicerade beläggningar att vidhäfta väl om inte den underliggande UV-härdande ytan är tillräckligt slipad för att möjliggöra mekanisk bindning. Även om 100 % UV-härdande bets som har utformats för att vara mottagliga för efterföljande applicerade beläggningar erbjuds, måste de flesta 100 % UV-härdande betsar slipas eller delvis härdas (kallat "B"-steg eller bump curing) för att främja vidhäftning mellan skikten. "B"-steg resulterar i kvarvarande reaktiva områden i betsskiktet som kommer att samreagera med den applicerade UV-härdande beläggningen när den utsätts för fullständiga härdningsförhållanden. "B"-steg möjliggör också mild slipning för att bryta ner eller skära bort eventuella ådringar som kan uppstå vid betsapplicering. Smidig försegling eller applicering av toppskikt ger utmärkt vidhäftning mellan skikten.
En annan oro med 100 % UV-härdbara färger gäller mörkare färger. Starkt pigmenterade färger (och pigmenterade beläggningar i allmänhet) presterar bättre när man använder UV-lampor som levererar energi närmare det synliga ljusspektrumet. Konventionella UV-lampor dopade med gallium i kombination med vanliga kvicksilverlampor är ett utmärkt val. UV-LED-lampor som emitterar 395 nm och/eller 405 nm presterar bättre med pigmenterade system jämfört med 365 nm- och 385 nm-matriser. Dessutom fungerar UV-lampsystem som levererar högre UV-effekt (mW/cm²2) och energitäthet (mJ/cm2) främjar bättre härdning genom den applicerade betsen eller det pigmenterade beläggningsskiktet.
Slutligen, precis som med de andra betssystemen som nämns ovan, rekommenderas testning innan arbete med den faktiska ytan som ska betsas och behandlas. Var noga innan härdning!
4. Vilken är den maximala/minsta filmtjockleken för 100 % UV-beläggningar?
UV-härdande pulverlacker är tekniskt sett 100 % UV-härdande beläggningar, och deras applicerade tjocklek begränsas av de elektrostatiska attraktionskrafter som binder pulvret till ytan som ska behandlas. Det är bäst att rådfråga tillverkaren av UV-pulverlackerna.
Beträffande flytande 100 % UV-härdande beläggningar kommer den applicerade våtfilmstjockleken att resultera i ungefär samma torrfilmstjocklek efter UV-härdning. Viss krympning är oundviklig men vanligtvis har den minimal betydelse. Det finns dock mycket tekniska tillämpningar som specificerar mycket snäva eller smala filmtjocklekstoleranser. Under dessa omständigheter kan direktmätning av härdad film utföras för att korrelera våt- till torrfilmstjocklek.
Den slutliga härdade tjockleken som kan uppnås beror på den UV-härdande beläggningens kemi och hur den är formulerad. Det finns system som är konstruerade för att ge mycket tunna filmavlagringar mellan 0,2 mil och 0,5 mil (5 µ – 15 µ) och andra som kan ge en tjocklek över 0,5 tum (12 mm). Vanligtvis kan UV-härdande beläggningar med hög tvärbindningsdensitet, såsom vissa uretanakrylatformuleringar, inte uppnå hög filmtjocklek i ett enda applicerat lager. Krympningsgraden vid härdning kommer att orsaka allvarliga sprickbildningar i den tjockt applicerade beläggningen. En hög bygg- eller ytbehandlingstjocklek kan fortfarande uppnås med UV-härdande beläggningar med hög tvärbindningsdensitet genom att applicera flera tunna lager och antingen slipa och/eller använda "B"-steg mellan varje lager för att främja vidhäftning mellan skikten.
Den reaktiva härdningsmekanismen för de flesta UV-härdbara beläggningar kallas "fri radikalinitierad". Denna reaktiva härdningsmekanism är känslig för syre i luften, vilket saktar ner eller hämmar härdningshastigheten. Denna avmattning kallas ofta för syrgasinhibering och är viktigast när man försöker uppnå mycket tunna filmtjocklekar. I tunna filmer är ytan i förhållande till den totala volymen av applicerad beläggning relativt hög jämfört med tjocka filmtjocklekar. Därför är tunna filmtjocklekar mycket mer känsliga för syrgasinhibering och härdar mycket långsamt. Ofta förblir ytan på ytan otillräckligt härdad och uppvisar en oljig/fet känsla. För att motverka syrgasinhibering kan inerta gaser som kväve och koldioxid passera över ytan under härdning för att avlägsna syrekoncentrationen, vilket möjliggör fullständig och snabb härdning.
5. Hur genomskinlig är en klar UV-beläggning?
100 % UV-härdande beläggningar kan uppvisa utmärkt klarhet och konkurrerar med de bästa klarlackerna i branschen. Dessutom, när de appliceras på trä, ger de maximal skönhet och djup i bilden. Av särskilt intresse är olika alifatiska uretanakrylatsystem som är anmärkningsvärt klara och färglösa när de appliceras på en mängd olika ytor, inklusive trä. Dessutom är alifatiska polyuretanakrylatbeläggningar mycket stabila och motstår missfärgning med åldern. Det är viktigt att påpeka att lågblanka beläggningar sprider ljus mycket mer än glansiga beläggningar och därmed har lägre klarhet. Jämfört med andra beläggningskemier är dock 100 % UV-härdande beläggningar lika bra, om inte överlägsna.
Vattenburna UV-härdande ytbehandlingar som finns tillgängliga idag kan formuleras för att ge exceptionell klarhet, trävärme och respons som kan konkurrera med de bästa konventionella ytbehandlingssystemen. Klarhet, glans, trärespons och andra funktionella egenskaper hos UV-härdande ytbehandlingar som finns tillgängliga på marknaden idag är utmärkta när de kommer från kvalitetstillverkare.
6. Finns det färgade eller pigmenterade UV-härdande beläggningar?
Ja, färgade eller pigmenterade beläggningar är lättillgängliga i alla typer av UV-härdande beläggningar, men det finns faktorer att beakta för optimala resultat. Den första och viktigaste faktorn är att vissa färger stör UV-energins förmåga att släppas in i, eller penetrera, den applicerade UV-härdande beläggningen. Det elektromagnetiska spektrumet illustreras i bild 1, och det kan ses att det synliga ljusspektrumet ligger omedelbart intill UV-spektrumet. Spektrumet är ett kontinuum utan tydliga gränslinjer (våglängder). Därför smälter ett område gradvis in i ett angränsande område. När det gäller det synliga ljusområdet finns det vissa vetenskapliga påståenden att det sträcker sig från 400 nm till 780 nm, medan andra påståenden anger att det sträcker sig från 350 nm till 800 nm. För denna diskussion spelar det bara roll att vi inser att vissa färger effektivt kan blockera transmissionen av vissa våglängder av UV eller strålning.
Eftersom fokus ligger på UV-våglängds- eller strålningsområdet, låt oss utforska det området mer i detalj. Bild 2 visar förhållandet mellan våglängden för synligt ljus och motsvarande färg som effektivt blockerar det. Det är också viktigt att veta att färgämnen vanligtvis spänner över ett våglängdsområde så att ett rött färgämne kan spänna över ett avsevärt område så att det delvis kan absorberas in i UVA-området. Därför kommer de färger som är mest oroande att spänna över det gul-orange-röda området och dessa färger kan störa effektiv härdning.
Färgämnen stör inte bara UV-härdning, de är också en faktor att beakta vid användning av vitpigmenterade beläggningar, såsom UV-härdande grundfärger och täckfärger. Betrakta absorbansspektrumet för det vita pigmentet titandioxid (TiO2), som visas i bild 3. TiO2 uppvisar mycket stark absorbans i hela UV-området och ändå härdas vita, UV-härdande beläggningar effektivt. Hur? Svaret ligger i en noggrann formulering av beläggningsutvecklaren och tillverkaren i samråd med användning av rätt UV-lampor för härdning. De vanliga, konventionella UV-lamporna som används avger energi som illustreras i bild 4.
Varje illustrerad lampa är baserad på kvicksilver, men genom att dopa kvicksilvret med ett annat metalliskt element kan emissionen förskjutas till andra våglängdsområden. När det gäller TiO2-baserade, vita, UV-härdande beläggningar kommer energin som levereras av en vanlig kvicksilverlampa att blockeras effektivt. Vissa av de högre våglängderna som levereras kan ge härdning, men den tid som krävs för fullständig härdning kanske inte är praktisk. Genom att dopa en kvicksilverlampa med gallium finns det dock ett överflöd av energi som är användbar i ett område som inte blockeras effektivt av TiO2. Genom att använda en kombination av båda lamptyperna kan både genom härdning (med galliumdopad) och ythärdning (med standardkvicksilver) åstadkommas (Bild 5).
Slutligen måste färgade eller pigmenterade UV-härdande beläggningar formuleras med optimala fotoinitiatorer så att UV-energin – det synliga ljusets våglängdsområde som levereras av lamporna – utnyttjas korrekt för effektiv härdning.
Andra frågor?
Tveka aldrig att fråga företagets nuvarande eller framtida leverantör av beläggningar, utrustning och processkontrollsystem om du har några frågor. Bra svar finns tillgängliga för att fatta effektiva, säkra och lönsamma beslut.
Lawrence (Larry) Van Iseghem är VD/koncernchef för Van Technologies, Inc. Van Technologies har över 30 års erfarenhet av UV-härdande beläggningar. Företaget började som ett forsknings- och utvecklingsföretag men omvandlades snabbt till en tillverkare av Application Specific Advanced Coatings™ som betjänar industriella beläggningsanläggningar över hela världen. UV-härdande beläggningar har alltid varit ett primärt fokus, tillsammans med andra "gröna" beläggningstekniker, med betoning på prestanda som är lika bra som eller överträffar konventionella tekniker. Van Technologies tillverkar industribeläggningar av märket GreenLight Coatings™ enligt ett ISO-9001:2015-certifierat kvalitetsledningssystem. För mer information, besökwww.greenlightcoatings.com.
Publiceringstid: 22 juli 2023
