Ультрафиолетовое отверждение

Лакокрасочная промышленность выпускает широкий ассортимент материалов: лаки, краски, эмали, грунтовки, растворители.

УФ отверждаемые краски

Если проанализировать рынок лаков и красок по всему миру, то можно убедиться, что из-за ужесточения экологических законов в большом количестве государств, снижается изготовление и использование лаков и красок, которые разбавляют органическими растворителями и которые производят с применением токсичных веществ.

Снизить неблагоприятное воздействие от изготовления и потребления материалов лакокрасочной промышленности возможно, если применять новые инженерные технологии (совершенствование процедуры окрашивания поверхностей, автоматизация производства, применение новых методов очищения производственных отходов) либо производить экологичные виды лаков и красок, применяя современные технологии их изготовления.

К таким лакокрасочным материалам относятся порошковые лаки и краски. Окрашивание материалом в виде порошка является безотходным и экологичным методом окрашивания. Его разработали в середине 20 века. А сейчас порошковым материалом покрывают 15% поверхностей, требующих окрашивания, во всем мире.

Главной отличительной чертой нанесения обычных жидких материалов и порошковых материалов является то, что порошковый материал имеет твердое агрегатное состояние, а среди его компонентов нет растворителей органического происхождения и жидкого образователя пленки.

Красящие материалы в виде порошка являются смесями пигментов, наполнителей и образователей пленки, которые при расплаве образуют сплошное покрытие на окрашиваемой поверхности.

В таких материалах дисперсной средой выступает воздух (нет растворителя либо воды), из-за чего этот вид лакокрасочных материалов является более выгодным с экологической, технической и экономической точек зрения, чего нельзя сказать об обычных материалах промышленности, выпускающей лаки и краски.

Однако такие материалы еще относительно новые на рынке лаков и красок, поэтому их выпуск представлен небольшим ассортиментом. Есть материалы на базе термореактивных полимеров (по-другому олигомеров) и на базе термопластичных полимеров.

Способы отверждения

Процесс отверждения (сушка) – это последний этап в получении покрытия из лакокрасочного материала. В порошковых лаках и красках пленку образуют твердые полимерные частицы, поэтому здесь не будет физического высыхания.

Порошковые материалы по способу отверждения бывают:

• отверждаемые нагреванием;
• отверждаемые ультрафиолетовым излучением (порошок оплавляется нагреванием до 90 – 110 градусов Цельсия и полимеризуется за считанные секунды мощным ультрафиолетовым излучением.

УФ-отверждаемые лакокрасочные материалы являются экономически выгодными и экологичными.

Ультрафиолетовое излучение является электромагнитным излучением с волновым спектром от фиолетовой области до излучение рентгеновских лучей. Ультрафиолетовые лучи в основном применяют для получения покрытий из материалов, которые могут отверждаться из-за реакции полимеризации (ее инициируют УФ-лучи).

Источники ультрафиолетового излучения

Источником ультрафиолетового излучения являются:

• микроволны безэлектродных излучателей ультрафиолета;
• лампы со ртутью – баллоны из кварца с металлической ртутью низкого, среднего и высокого давления);
• люминесцентные лампы;
• ксеноновые лампы;
• кварцевые излучатели ультрафиолета;
• светодиодные излучатели ультрафиолета.

Однако, каким бы не был УФ-излучатель, он должен излучать с частотой излучения, которая соответствует частоте поглощения фотоинициатора (он отвечает за реакционную способность лаков и красок, а также за требуемую дозировку ультрафиолетового излучения). Можно применять лампу с широким спектром, но нельзя забывать про ее недостатки (потребляет много энергии, образует вредный для человека озон при работе). При правильном подборе УФ-излучателя будет оптимизирован процесс отвердения покрытия из лака либо краски.

Преимущества красок ультрафиолетового отверждения

Ультрафиолетовый метод отверждения лакокрасочных материалов начал развиваться в шестидесятых годах 20 века.

Сейчас его считают самым передовым по нескольким причинам:

• материалы отверждаются довольно быстро;
• уменьшаются затраты энергии на высушивание лаков и красок;
• экологически чистый метод (нет отходов, растворители не выделяют токсичных веществ);
• процесс отверждения осуществляется при комнатной температуре, из-за чего лак либо краску возможно отвердить на чувствительной к высокому уровню температуры подложке (деревянной либо пластмассовой);
• готовое покрытие получается качественным, прочным и устойчивым к износу, даже если лак или краска нанесены тоненьким слоем;
• экономическая выгода (нужна небольшая площадь для работы (установка для сушки очень компактна) и небольшое количество рабочих).

Но подвергаться отверждению при помощи излучения ультрафиолетовых лучей могут только некоторые материалы, выпускаемые лакокрасочной промышленностью (на основе акрила, полиэфиров, воды).

Качество покрытия, которое отверждается ультрафиолетом

На качество отверждаемого ультрафиолетовыми лучами покрытия влияют:

• рецепт, по которому изготавливают лаки и краски с УФ-отверждением (в составе есть смола, фотоинициатор, добавки (для лучшего смачивания подложки, растекаемости, погашения пенообразования, блеска полученного покрытия), активный разбавитель (участвует в появлении полимерной пленочки, обеспечивает нужный уровень вязкости лака либо краски), наполнители, пигментные вещества, синергетик);
• толщина полученной пленочки (пленкообразователями могут быть полиэфиры, уретанакрилаты, эпоксиакрилаты);
• поверхность, которую нужно окрашивать (если она термочувствительная, то красящее вещество с УФ отверждением станет лучшим вариантом, чтобы не повредить поверхность воздействием высокой температуры во время высушивания краски);
• дозировка излучения;
• атмосферные условия;
• вид лампы с ультрафиолетовым излучением;
• расстояние между УФ-лампами;
• расстояние от УФ-лампы до подложки.

Краски чувствительные к температуре

В настоящее время в лакокрасочной отрасли выпускаются термочувствительные материалы, покрытия из которых обладают способностью менять свой цвет, если произошел их нагрев до определенной температуры.

Данная особенность стала возможной благодаря тому, что в этих лаках и красках есть термочувствительный элемент (пигмент). Таким веществом являются химические соединения (могут относиться к органике либо быть неорганического происхождения) и соединения с радикалами, происхождение которых и органическое, и неорганическое.

Пигменты, чувствительные к изменению температуры бывают двух видов:

• Обратимые пигменты, изменяющие цвет во время нагревания, а после охлаждения опять возвращающий прежний цвет (соли иодистоволородной кислоты). Они выступают показателем для температур до 100 градусов.
• Необратимые пигменты, изменяющие цвет во время нагрева, но после охладжения не восстанавливающие свой цвет (смесь сернистого свинца с перекисью бария).

Лакокрасочные материалы, чувствительные к температуре, применяют на производстве (наносят сигнальную накраску на машинную деталь, которая подвергается трению, когда температуре этой детали нельзя превысить заданного значения, к примеру, чтобы контролировать температуру холодильника либо мотора) и исследованиях (исследование тепловых процессов в двигателе внутреннего сгорания).

Краски, которые чувствительны к температурам, продаются как карандаши для заданных температур и как порошок, в нем содержится смола, растворимая в спирте. Однако они не прочные при большой температуре (смола выгорет, а пигмент станет мелить или осыпется).

Материалы, чувствительные к температуре, также отверждают ультрафиалетовым излучением.

Сегодня лак с отвердением лучами ультрафиолета используют в основном, чтобы окрашивать плоские поверхности, так как на объемных поверхностях есть теневые участки, которые недоступны лучам ультрафиолетовой лампы.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод: сейчас ультрафиолетовое отверждение порошковых материалов является быстро развивающимся направлением промышленности, выпускающей лаки и краски. Продукция получается экологичной и качественной, она подходит для окрашивания деревянных и пластиковых поверхностей (чувствительны к влиянию высокой температуры). А также стали выпускаться термочувствительные лаки и краски, однако они образуют не очень прочные покрытия, поэтому недостаточно широко распространены.

Таблица 1. Преимущества и недостатки технологии УФ отверждения.

Достоинства	Недостатки
Длительность отверждения от нескольких секунд до нескольких минут.	Рентабельность полных автоматических линий достигается при высоких объёмах производства.
Производительность автоматических линий может быть очень высока, десятки тысяч м. кв. в смену.	Стоимость ЛКМ значительно выше, чем аналогичных обычной сушки.
Многократно меньше места требуется для сушки изделий, меньшая энергоёмкость по сравнению с тепловой сушкой.	Отделка неплоских поверхностей обычно приводит к дополнительным этапам сушки.
Гибкость техники отверждения позволяет применять её по частям, экономически обоснованными участками.	Максимальное качество отделки требует замедления процесса отверждения.
Собранный стёкший ЛКМ в случае 1-компонентных материалов может использоваться вторично.	Укрывистая цветная отделка осложнена
Могут быть гораздо меньше толщины слоев наносимых ЛКМ.
Повышенная физическая и химическая стойкость покрытий.
Относительная безвредность материалов на производстве, меньше выбросы вредных веществ в атмосферу, меньшая взрывоопасность.

Таблица 2. Акриловые, полиэфирные, водоразбавимые лакокрасочные материалы УФ отверждения - достоинства и недостатки.

Разновидность ЛКМ УФ отверждения	Достоинства	Недостатки
Акриловые со 100 % сухим остатком	Сухой остаток 100 %	Высокая цена
	Отверждение за несколько секунд, высокая реактивность (более 10 м/мин)	Высокая вязкость, непригодность для распыления и лаконалива
	Высокая стабильность, твердость достаточная для паркетных покрытий	Сложность реализации укрывистых пигментных слоёв
	Минимум испарений и их относительная безвредность	Вредность при контакте с кожей
Полиэфирные двойного отверждения	Невысокая цена	Необходимы стадии обдува и туннеля
	Пригодность для распыления, лаконалива	Большее количество УФ ламп
	Отверждение на участках с недостаточной экспозицией УФ	Невысокая реактивность (6 м/мин.)
	Достаточная укрывистость пигментных слоев	Нестабильность, желтеют при УФ отверждении
Водоразбавимые ЛКМ УФ отверждения	Экологичность	Высокая цена
	Стабильность	Необходимость этапа конвективной сушки
	Пригодность для распыления, лаконалива
	Высоко качественные пигментные слои
	Высокая реактивность,
	Безвредность при контакте с кожей