Материалы УФ – отверждения
Способ отверждения лакокрасочных материалов ультрафиолетовым ( УФ ) излучением получил развитие в конце 1960-х годов . Принцип отверждения основан на способности УФ-лучей инициировать реакцию полимеризации олигомерных материалов определенной химической структуры уже при комнатной температуре . Композиция ЛКМ УФ-отверждения включает смолу , реактивный разбавитель , фотоинициатор , синергетик , наполнители, специальные добавки и пигменты .
В последние годы УФ-лакирование переживает настоящий бум и считается наиболее перспективным . УФ-лаки уже заняли прочные позиции в полиграфии : покрытие этими материалами упаковочной , этикеточной . и другой полиграфической продукции стало стандартной услугой , предоставляемой любой более-менее крупной типографией . Кроме того следует отметить заинтересованность производители паркетной и мебельной промышленности , а также металлообработки .
Причин подобного успеха УФ ЛКМ несколько . С одной стороны такой способ защиты получает все более широкое распространение , в особенности в производстве мебельной продукции ( в том числе фурнитуры ), этикеток и упаковок , паркетной доски , производстве галографической продукции , продукции монетных дворов ( значки , ордена , медали ) , продукции металлургических предприятий ( трубная промышленность , коил-коутинг ). С другой стороны , качество покрытия при использовании УФ – отверждаемых ЛКМ значительно выше . чем при применении органоразбавляемых или водоразбавляемых материалов . Кроме того , основным достоинством УФ ЛКМ является чрезвычайно малое время полимеризации и возможность стопроцентного использования ЛКМ .
В ЛКМ отверждаемых УФ- излучением применяемых как в качестве грунтовок , так и верхних покрытий используют эпоксиакрилаты . эпоксиэфиракрилаты , полиэфиракрилаты , ненасыщенные полиэфиры , уретанакрилаты . уретанакрилаты двойного отверждения . Лаки УФ сушки , например акриловые отверждаются за 1-4 секунды , поэтому окрашенные изделия можно штабелировать практически сразу после удаления источника УФ – излучения , что является очень важным преимуществом в условиях высокой скорости производства .
При нанесении УФ- отверждаемых материалов используют валковые машины , при этом требуется очень небольшое количество лака ( 50 г/м2 ) , что представляет еще одно из преимуществ для этих , более дорогих по сравнению с другими ЛКМ материалов .Наряду с валковым методом , УФ ЛКМ наносят методом распыления . Покрытия с УФ –отверждаемыми материалами имеют исключительную твердость , благодаря чему они широко используются для лакирования деревянных полов , пластиков для корпусов маломерных судов , а также металлоизделий бытовой и промышленной техники , металлических труб и рулонного металла .
В настоящее время лаки УФ – отверждения применяют , в основном , для окраски плоских поверхностей . Применение этих материалов для окраски объемных изделий , до недавнего времени , сдерживалось из-за отсутствия или дороговизны ламп с высокой удельной мощностью и конструкцией отражателей . Препятствием для применения УФ – технологий являлось наличие теневых , недоступных для лучей УФ – ламп участков на изделиях .
Разработка материалов двойного отверждения позволяет производить процесс полимеризации в течение нескольких секунд под действием УФ – излучения и в течение нескольких часов , в затененных зонах , за счет взаимодействия с отвердителем , что значительно расширяет возможности применения УФ – технологий . Исследование физико-механических свойств покрытий на основе лаков двойного отверждения , их защитных и диэлектрических характеристик позволило рекомендовать эти материалы для защиты от влаги печатных плат и других изделий сложной конструкции .
Таким образом , несмотря на первоначально высокую стоимость оборудования для нанесения и полимеризации , последующие экономические факторы , такие как снижение расходов на очистное оборудование , высокая скорость окрасочных линий , снижение общего времени полного цикла производства прямо указывают на экономическую обоснованность внедрения линий УФ окраски на производствах различного типа ввиду их быстрой окупаемости и потенциально большую скорость и производительность .
Постоянное ужесточение законодательства по охране окружающей среды привело к постепенному вытеснению на мировом рынке традиционных органоразбавляемых лакокрасочных материалов (ЛКМ) водоразбавляемыми, порошковыми материалами с высоким сухим остатком (ВСО) и радиационного отверждения. Анализ ситуации на мировом рынке указывает на рост производства и потребления последних при явном сокращении спроса на органоразбавляемые системы. Главной причиной увеличения спроса на прогрессивные ЛКМ является ужесточение экологических законодательств в большинстве развитых стран, в соответствии с которыми резко сокращается содержание ЛОС и других токсичных компонентов в рецептурах различного назначения. В Росиии, контроль за загрязнениями окружающей среды осуществляется на основе общегосударственных норм предельного содержания вредных веществ в воздухе, сточных водах и т.п.
Защита природных водоёмов от загрязнений сточными водами лакокрасочных производств приобрела особое значение. Решение проблемы охраны окружающей среды (воздушного и водного бассейнов) от загрязнения предусматривает:
- Сокращение количества образующихся сточных вод за счёт применения рациональных рецептур использования воды в технологических процессах производства ЛКМ.
- Увеличение выпуска экологически чистых ЛКМ.
- Замена лакокрасочных материалов на растворителях, используемых в промышленности для защиты металла (метод окунания, безвоздушных распылений, пневмораспыление, струйный облив) на новые экологически чистые ЛКМ.
- Разработка и внедрение в промышленность методов очистки производственных стоков, основанных на различных физико-химических процессах: фильтрации, сорбции, электрокоагуляции, мембранных методах разделения смесей, термообработке, на реакциях электрохимического, химического и биохимического окисления.
- Создание аппаратурно-технологических схем с максимальной механизацией и автоматизацией процессов очистки производственных выбросов с утилизацией твердых, жидких и других отходов лакокрасочной промышленности.
Уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу при изготовлении и применении лакокрасочной продукции можно достичь двумя путями, один из которых предполагает использование инженерно-технических решений (оптимизации процесса окраски, атоматизации оборудования, модернизации систем рециркуляции и очистки отходов), а второй — внедрение новых типов ЛКМ и современных технологий.
Лакокрасочные материалы УФ-отверждения не содержат в своем составе растворителей (содержание сухого остатка 100%). Природа пленкообразователя ЛКМ УФ-отверждения может быть любая, как и у традиционных органоразбавляемых лакокрасочных материалов: полиэфиры, эпоксиакрилаты, уретанакрилаты.
Преимущество ЛКМ УФ-отверждения перед другими типами ЛКМ:
- быстрая скорость отверждения и формирования защитно-декоративных свойств покрытия 0,01 — 0,5 с.
- установки УФ-сушки компактны в сравнении с системой термосушки.
К другим преимуществам следует отнести отсутствие выделения растворителей в процессе сушки, возможность использования термочувсвительных подложек (пластмассы, дерево).
Полимеризация мономеров и олигомеров инициируется радикалами, возникающими под воздействием УФ-излучения на фотоинициаторы.
Мономеры и олигомеры, имея по крайней мере две двойные связи на молекулу, образуют трехмерную сшитую структуру.
Вот некоторые характеристики лака УФ-отверждения «Акролак-УФ» ТУ 2316-005-50003914-99.
Экологически чистый полиэфиракриловый лак (содержание сухого остатка 100%) ультрафиолетового отверждения предназначен для защитно-декоративной окраски паркета, мебели и других поверхностей по дереву. Сохраняет структуру дерева. После отверждения (время отверждения не более 0,1 с и мощности УФ лампы не менее 120 Вт/см), лак образует ровную полуглянцевую или глянцевую пленку с твердостью по ТМЛ-2124 более 0,5 ус.ед.
Покрытие стойко к статическому воздействию жидкостей: воды, 40% раствору этилового спирта, 9% раствору уксусной кислоты. Лак наносят валиком или пневмораспылением на сухую поверхность, очищенную от жира и пыли. Расход лака на один слой 40-50 г/м2.
К недостаткам этого лака, как и всех других лакокрасочных материалов УФ-отверждения относятся:
- геометрические ограничения окрашиваемых изделий (сложно достигнуть отверждения лака в теневых областях);
- сильная усадка в период отверждения;
- сложно получить высокоматированные поверхности.
Простота условий нанесения, высокая скорость формирования защитно-декоративных свойств покрытия (не более 0,5 с.) с высокими физико-механическими характеристиками и антикоррозионными свойствами может быть также востребована рядом предприятий выпускающих листовой прокат как черных, так и цветных металлов.
ООО НПФ ИНМА, СПб