Что общего у паркетных досок и парашютных строп? У женских ногтей и бильярдных киев? У лазерных дисков и журнальных обложек? У мебельных стенок и кредитных карточек? У лыж «Fischer» и компьютерных печатных плат? Что это может быть?
Прозрачное или не пропускающее свет, глянцевое или матовое, с эффектом тиснения или с эффектом объемной текстуры, золотое легко стирающееся или жемчужное вечное, люминесцирующее в темноте или светящееся при нагреве? Что это?
Это – лакокрасочное покрытие с ультрафиолетовым отверждением.
Краски, сушка и поперечные межмолекулярные связи, которые обеспечиваются ультрафиолетовым (УФ) излучением, играют все возрастающую роль в промышленных секторах. Эти краски обладают целым рядом преимуществ: в частности, УФ-покрытия являются экологически приемлемыми, так как они, в основном, требуют незначительного количества летучего растворителя (либо даже совсем не требуют) и, в силу этого, отвечают самым строгим требованиям современных экологических законов. Кроме того, эти краски обеспечивают высокую скорость технологического процесса, что делает промышленное производство существенно более эффективным.
Как все это связано с деревообработкой?
Вопрос о том, как увеличить производительность отделки лакокрасочными материалами и снизить их расход, остро встал во всем мире с началом бурного развития мебельного производства. При этом огромным шагом вперед было создание грунтов и лаков УФ отверждения, нашедших сегодня наиболее широкое применение при отделке не только мебели различного назначения, но и дверей, паркета и погонажных деталей.
Передовая технология УФ-отверждения.
В соответствии с современными, принятыми во всем мире технологиями, наиболее актуальной считается отделка при помощи лаков и масел с УФ-отверждением. УФ-облучение – самый распространенный способ радиационного отверждения ЛКМ в Европе.
ЛКМ УФ-отверждения наряду с воднодисперсионными, порошковыми материалами и так называемыми ЛКМ с ВСО (высоким содержанием сухого остатка) представляют собой экологически благоприятные покрытия будущего. Эти материалы начали применяться более 20 лет назад, когда в мебельной промышленности использовались в основном полиэфирстироловые системы, которые вследствие небезопасности стирола в дальнейшем были заменены системами на основе акриловых связующих.
УФ-акриловые лаки имеют в своей основе акриловые связующие и акриловые реактивные растворители, которые с помощью фотоинициаторов образуют под влиянием УФ-лучей отвержденные пленки. Вследствие высокого уровня полимеризации эти пленки отличаются особой химической стойкостью и хорошими физическими свойствами. Благодаря своей прочной адгезии, как на субстрат (основу), так и на пленку покрытия, акриловые ЛКМ УФ-отверждения применяются и для предварительных – грунтовочных, и для финишных покрытий.
Преимуществ у акриловых ЛКМ УФ-отверждения немало:
- экологическая безопасность (отсутствие эмиссии (испарения) растворителей благодаря 90-100% доле нелетучих веществ;
- сокращение времени отверждения и в целом более быстрый процесс производства;
- отличные химические и физические свойства отвержденных пленок;
- рабочее помещение, в котором происходит производственный процесс, занимает малые площади;
- экономное расходование электроэнергии;
- возможность применения субстратов, чувствительных к теплу вследствие меньшего инфракрасного (теплового) облучения;
- низкая пожароопасность производства;
- относительно невысокая цена квадратного метра обработанной поверхности.
Высокое качество пленки достигается в том числе и за счет компонентов, входящих в состав типичной УФ-акриловой системы: связующего (акрилатного олигомера), реактивных растворителей, фотоинициатора, добавок (реологических и поверхностных) и вспомогательных (в том числе матирующих) средств.
УФ-отверждение ЛКМ производится в заводских условиях, что является еще одним залогом высокого качества изделия. Технология заводской лакировки паркета исключает дефекты ручного нанесения и позволяет достичь «мебельного» качества. Лак на такой паркет наносится механически методом безвоздушного распыления в специальных вакуумных камерах и отверждается за счет ультрафиолетового или электронно-лучевого облучения. О технологическом процессе лакировки с УФ-отверждением стоит рассказать подробно.
Этапы процесса УФ-отверждения.
В настоящее время многие фирмы-производители предлагают современные вальцовые линии для нанесения лаковых покрытий. На этих линиях и осуществляется технологический процесс отвеждения пленки под влиянием УФ-лучей с длиной волны от 200 до 450 мм. Он протекает в четыре этапа:
- формирование простых радикалов фотоинициатора под влиянием УФ-лучей;
- реакция свободных радикалов фотоинициатора с ненасыщенными группами в системе УФ-отверждения вызывает цепную полимеризацию;
- продолжение роста цепной полимеризации;
- окончание полимеризации до образования твердой структуры.
В окончательном виде подобное покрытие представляет собой «многослойный пирог», в котором первый слой является адгезионным, следующий – шпатлевочным, далее идет грунтовочный слой и завершает все слой так называемого топ-лака (от англ. top – поверхность). Первый (адгезионный) слой – это специальный состав на водной основе, который является скорее не лаком, а пропиткой. Он наносится непосредственно на массивную древесину, и его функция заключается в частичном или полном заполнении пор субстрата, (основы) с помощью которого получается очень гладкая поверхность, пригодная для нанесения последующих слоев. Все остальные слои – это лаки, имеющие практически стопроцентный сухой остаток. Они представляют собой жидкую массу, которая под воздействием ультрафиолетового излучения полимеризуется.
Существует определенная технология создания вышеописанного «слоеного пирога», в соответствии с которой некоторые слои высушиваются на 30%, а другие – почти на 50%, для того чтобы каждый последующий слой имел хорошую адгезию к предыдущему. Количество слоев доходит до 8 и более, не считая адгезионного, и определяется оно тем самым назначением помещения, о котором мы уже писали. Очевидно, что для офиса, квартиры и спортивного зала пол должен иметь различные характеристики.
Для успешной работы с данными материалами необходимо хорошо знать особенности их состава, их принципиальные отличиями от традиционных лакокрасочных материалов, четко представлять их достоинства и недостатки. Только такой подход позволяет сделать технологически и экономически оправданный выбор в пользу УФ-материалов и технологии.
Сегодня существует три основные группы материалов УФ сушки – полиэфирные, акриловые и полиакриловые. Их основные достоинства – высокий сухой остаток (до 100%), низкий расход, прочность и устойчивость готовых покрытий к истиранию. При этом выделения из них вредных растворителей и других летучих веществ в процессе сушки минимальны. Установки для сушки покрытий методом УФ-отверждения значительно более компактны по сравнению с камерами конвективной сушки и требуют меньших затрат при эксплуатации.
Материалы на полиэфирной основе широко применяются на протяжении уже многих лет. Полиэфиры образуют покрытия с высокой твердостью, устойчивые к воздействию различных химических реагентов. В их состав в качестве растворителя входит стирол, который под воздействием УФ-излучения в присутствии фотоинициатора вступает в реакцию полимеризации со смолой (пленкообразователем). Такие материалы еще и наиболее экономичны по стоимости применения.
Все большую популярность на мебельных предприятиях приобретает другой вид материалов УФ-сушки – акриловые грунты и лаки. Они имеют в своей основе акриловые связующие (акрилаты и их производные) и акриловые реактивные растворители (2-3%). Акриловое покрытие отличается хорошей химической стойкостью, высокими светостойкостью и прочностью, а также хорошей адгезией к различным материалам подложки. Акриловые материалы обладают хорошей смачиваемостью и особенно хорошо подходят для отделки древесины экзотических пород и древесины с глубокими порами. К их преимуществам относится также экологическая безопасность – они не содержат вредных летучих веществ(стирол, ксилол) и выделение растворителей из них благодаря высокой доле нелетучих компонентов практически отсутствует. По сравнению с полиэфирными, у материалов на акриловой основе более стабильная вязкость во времени. Некоторым их недостатком является относительно высокая стоимость.
Золотой серединой являются полиакриловые материалы, в состав которых входят как акриловые, так и полиэфирные компоненты.
Однако самыми современными и экологичными являются акриловые материалы УФ-отверждения на водной основе. Они дают наилучший эстетический эффект, к тому же вообще не содержат токсичных веществ и практически не имеют запаха.
Сушка (химическое отверждение) всех этих продуктов осуществляется за счет реакции фотополимеризации всего за несколько секунд и даже долей секунд, что существенно увеличивает производительность процесса отделки, но требует высокого качества нанесения, т.к. при ускоренной сушке все дефекты (капли, потеки и т.д.) немедленно фиксируются и чаще всего оказываются неустранимыми.
Поэтому выбор материала УФ-отверждения зависит не только от его основы, но и от способа его нанесения. Здесь также можно выделить несколько групп материалов, специально предназначенных для нанесения вальцами, методом налива, и распылением.
Метод вальцового нанесения обеспечивает самый низкий расход материала (10-20 г/м2), что определяет наиболее высокую скорость УФ-сушки. Для полного отверждения слоя грунта или лака достаточно применения 3-х УФ-ламп высокого давления (80-120 Вт/см) при скорости подачи около 10 м/мин.
Отделочные материалы УФ-отверждения, предназначенные для вальцового нанесения, включают в себя также шпатлевки, материалы для нанесения особо тонких слоев грунта или лака (до 5 г/м2) и материалы для нанесения рифлеными валами – для толстых слоев покрытия. Преимуществами вальцового метода являются его высокая производительность, незначительные потери материалов, широкий диапазон их вязкости, возможность нанесения тонких и особо тонких слоев.
Метод налива отделочных материалов позволяет наносить их за один проход с большими расходами (до 300 г/м2). Лаконаливная машина может быть оснащена одной или двумя головками для нанесения двухкомпонентных составов (с ускорителем и с отвердителем) или для реализации возможности быстрого перехода с одного типа лакокрасочных продуктов на другой.
После нанесения отделочных материалов методом налива, как правило, необходимо использование тоннеля или камер для испарения летучих веществ и использование оборудования для отверждения покрытий с УФ-лампами низкого или высокого давления. При этом лампы низкого давления дают возможность материалу сохнуть постепенно, обеспечивая, например, лучший выход матирующих добавок. Для отверждения материалов на водной основе используются только УФ-лампы высокого давления, перед которыми обязательно устанавливаются конвективные сушильные камеры, обеспечивающие полное испарение влаги (воды) из нанесенного покрытия еще до начала воздействия на него УФ-излучения.
Оба этих метода нанесения используются для отделки только плоских щитовых деталей мебели. Для отделки рельефных и профильных мебельных деталей используются хорошо известные автоматические распылительные установки проходного типа, сегодня пришедшие на смену лаконаливным машинам. При их использовании расход материала за одно нанесение может изменяться практически от нуля до 80-150 г/м2. Важно, что при этом способе возможна и одновременная отделка кромок деталей. Для УФ-сушки покрытий, нанесенных распылением, как и при нанесении методом налива, необходимо применение конвективной камеры для удаления летучих веществ в сочетании с установкой, оснащенной УФ-лампами низкого или высокого давления.
Существует и еще способ нанесения, так называемое вакуумное распыление, предназначенное для отделки погонажа, профилей, багета, наличников и т. п. Нанесение материала происходит со всех сторон, с возможностью исключить отделку одной или нескольких сторон. Для вакуумного распыления подходят только акриловые продукты, сушить которые можно сразу УФ лампами без выдыхания.
Учитывая все многообразие материалов УФ отверждения, сделать правильный выбор можно только исходя из особенностей оборудования на каждой конкретной линии.
Звоните мне, примем правильное решение.
Михаил Лифшиц,
президент ГК «Глобал Эдж»
NC Нитропокрытия
Состав: Нитроклетчатка + Смола + Растворитель (50%~70%)
Метод сушки: Растворитель испаряется и Нитропокрытие высыхает на поверхности изделия.
Характеристики:
Преимущества:
a. Высокая скорость высыхания покрытия
b. Низкая стоимость материала
c. Легкость применения
Недостатки:
a. Покрытие можно повторно растворить после его высыхания, Высокая горючесть покрытия и растворителя, Низкая устойчивость покрытия к абразивным воздействиям, быстрое выцветание покрытия.
b. Очень малая толщина покрытия и его недостаточная твердость.
c. Опасность для здоровья и окружающей среды
Полиуретановые покрытия
Состав: 1. Смола + Растворитель: Компонент A (Основной)
2. Затвердитель (толстый слой): Компонент B
3. Растворитель (Прозрачная жидкость): Компонент C
Метод сушки: Растворитель испаряется в воздухе и полиуретановое покрытие высыхает на поверхности изделия
Характеристики:
Преимущества:
a. Толщина покрытия больше, чем у нитропокрытия, и само покрытие тверже.
b. Покрытие можно повторно растворить после его высыхания,
с. Высокая горючесть покрытия и растворителя,
d. Быстрое выцветание растворителя.
Недостатки:
a. Опасность для здоровья и окружающей среды.
b. Медленная скорость высыхания
c. Необходимость полностью использовать покрытие после смешивания с элементами A, B и C.
УФ покрытия
Состав: Олигомеры + Мономеры + Добавки + Фотоинициатор
Метод сушки: a. УФ энергия воздействует на фотоинициатор. Далее фотоинициатор передает энергию другим компонентам и стимулирует процесс присоединения молекул между собой.
b. Активированные компоненты называются свободными радикалами. Свободные радикалы поддерживают реакцию.
c. При использовании всех компонентов в результате получается высохшая или полимеризированная красочная пленка.
Характеристики:
Преимущества:
a. Самая высокая скорость высыхания из всех покрытий; Покрытия не вредны для здоровья и окружающей среды, высокая эффективность, высокая твердость, устойчивый глянец
b. Устойчивость к химическому воздействию,
с. Устойчивость покрытия к абразивным воздействиям и царапинам
Недостатки:
a. Необходимость использования УФ ламп;
b. Низкая эластичность
К: УФ верхнее покрытие с оксидом алюминия
(2-й слой)
J: УФ верхнее покрытие с оксидом алюминия
(1-й слой)
I: УФ износоустойчивая грунтовка
(оксид алюминия) (данное покрытие опционально)
H: Высокополимерная шлифовальная
УФ грунтовка (2-й слой)
G: Высокополимерная шлифовальная
УФ грунтовка (1-й слой)
F: УФ износоустойчивая грунтовка
(оксид алюминия)
E: Высокополимерная шлифовальная
УФ грунтовка
D: Высокополимерный заполнитель
/УФ шпаклевка
С: Первое базовое УФ покрытие
В: Гидро-грунтовки/Цветная политура
/Грунтовка на водной основе
А: Паркетная заготовка: прошлифованная шкуркой №180 и откалиброванная
