Wiadomości branżowe
Dostrzeżenie branży · Chemia powłok
Wyjaśnienie dodatków do powłok: Chemia funkcjonalna kryjąca się za powłokami o wysokiej wydajności
Każda powłoka o wysokiej wydajności opiera się na małej, ale potężnej grupie substancji znanych jako dodatki powłokowe . Te składniki funkcjonalne rzadko przekraczają kilka punktów procentowych całkowitej masy preparatu, jednak decydują o tym, czy wykończona powłoka jest odporna na korozję, utrzymuje swój kolor w świetle słonecznym, równomiernie rozprowadza się po podłożu lub przetrwa lata ekspozycji na zewnątrz bez pękania. Dla producentów produkujących powłoki na dużą skalę zrozumienie, jak te dodatki zachowują się w partii produkcyjnej, jest tak samo ważne, jak wybór odpowiedniego systemu żywic.
Dlaczego dodatki do powłok mają znaczenie na hali produkcyjnej
Na linii produkcyjnej surowa żywica, pasta pigmentowa i sam rozpuszczalnik rzadko dają powłokę spełniającą specyfikacje handlowe. Lepkość zmienia się podczas przechowywania, pigmenty osadzają się w bębnach, podczas dyspersji z dużą prędkością tworzy się piana, a podczas prób aplikacyjnych pojawiają się defekty powłoki. Pakiety dodatków zostały zaprojektowane specjalnie w celu rozwiązania problemów występujących na etapie produkcji, zanim produkt dotrze do pistoletu natryskowego lub wałka klienta.
Dobrze zaprojektowany pakiet dodatków jest testowany nie tylko w zlewkach laboratoryjnych, ale także w rzeczywistych warunkach mieszania, obejmujących dyspersję przy wysokim ścinaniu, barwienie, pakowanie i dłuższe przechowywanie w zmiennych temperaturach. W tym przypadku doświadczenie w zakresie formułowania odróżnia powłokę, która działa niezmiennie, partia po partii, od tej, która zawodzi w nieprzewidywalny sposób w praktyce.
Cztery systemy powłokowe produkowane na dużą skalę
Powłoki są zazwyczaj produkowane w czterech głównych systemach, z których każdy wymaga odrębnej strategii dodatków. Poniższa tabela przedstawia różnice między tymi systemami pod względem utwardzania, profilu środowiskowego i typowej wydajności produkcyjnej.
| System powłokowy | Mechanizm utwardzania | Typowy czas utwardzania | Profil VOC | Podstawowe potrzeby dodatkowe |
| Powłoka na bazie rozpuszczalnika | Odparowanie rozpuszczalnika | 30 minut – 2 godziny | Wysoka | Środki wyrównujące, środki zapobiegające osadzaniu się |
| Powłoka na bazie wody | Koalescencja parowania wody | 1 – 4 godziny | Niski | Zagęszczacze, środki przeciwpieniące, środki koalescencyjne |
| Malowanie proszkowe | Termiczne płynięcie i sieciowanie | 10 – 20 minut (pieczenie) | Zero | Promotory płynności, środki odgazowujące |
| Powłoka utwardzana promieniami UV | Polimeryzacja fotoinicjowana | Sekundy do dziesiątek sekund | Bardzo niski | Fotoinicjatory, środki wyrównujące |
Producenci produkujący w wielu systemach zazwyczaj prowadzą oddzielne zapasy dodatków, ponieważ środek przeciwpieniący zoptymalizowany pod kątem emulsji na bazie wody będzie zachowywał się inaczej w matrycy alkidowej na bazie rozpuszczalnika lub żywicy proszkowej.
Podstawowe kategorie dodatków stosowane w recepturach produkcyjnych
Dyspergatory
Zmniejsz energię powierzchniową cząstek pigmentu, aby pozostały oddzielone, a nie zlepiały się po zmieleniu. Powszechnie stosowane są dyspergatory na bazie polikarboksylanów i poliuretanów, w zależności od polarności pigmentu i kompatybilności żywicy.
Modyfikatory reologii
Kontroluj zachowanie powłoki w spoczynku i pod wpływem ścinania. Asocjacyjne zagęszczacze poliuretanowe i środki reologiczne glinoorganiczne utrzymują pigmenty w zawieszeniu w puszce, jednocześnie umożliwiając płynną aplikację.
Odpieniacze
Rozbija pęcherzyki powietrza powstałe podczas szybkiego mieszania i aplikacji. Środki przeciwpieniące na bazie silikonu działają szybko, ale w przypadku przedawkowania mogą powodować powstawanie kraterów na powierzchni; środki przeciwpieniące na bazie oleju mineralnego są łagodniejsze i bardziej kompatybilne z szerszą gamą żywic.
Biocydy i konserwanty
Preparaty na bazie wody należy chronić podczas przechowywania przed zanieczyszczeniem bakteryjnym i grzybiczym. Konserwanty na bazie izotiazolinonu należą do najczęściej stosowanych substancji konserwujących w puszkach.
Stabilizatory UV
Spowalnia degradację folii spowodowaną długotrwałym nasłonecznieniem. Stabilizatory świetlne na bazie amin z przeszkodą przestrzenną są często łączone z pochłaniaczami UV, aby zapewnić warstwową ochronę przed kredowaniem i utratą połysku.
Środki poziomujące
Obniż napięcie powierzchniowe, aby mokra powłoka rozprowadzała się równomiernie, eliminując ślady pędzla i skórkę pomarańczową. Polisiloksanowe i akrylowe środki wyrównujące charakteryzują się różną charakterystyką rozlewności w zależności od podłoża.
Środki koalescencyjne
Pozwól cząsteczkom polimeru w wodnych systemach lateksowych stopić się w ciągłą warstwę w niższych temperaturach aplikacji, co ma kluczowe znaczenie w przypadku powłok nakładanych w chłodniejszych warunkach produkcyjnych lub na placu budowy.
Środki zwilżające
Popraw zwilżenie podłoża na trudnych powierzchniach, takich jak stal ocynkowana lub zaolejony metal, zmniejszając ryzyko wystąpienia rybich oczu i słabej przyczepności podczas pierwszego przejścia powłoki.
Typowe zakresy dawek dodatków w recepturach produkcyjnych
| Typ dodatku | Typowe dawkowanie | Dodano etap formuły | Wspólna kontrola działania |
| Dyspergator | 0,3% – 1,5% | Etap mielenia pigmentu | Rozdrobnienie cząstek (miernik Hegmana) |
| Zagęszczacz | 0,2% – 1,0% | Etap załamania | Lepkość (Brookfield / ICI) |
| Odpieniacz | 0,05% – 0,5% | Etap mielenia i opuszczania | Wysokość piany po teście ścinania |
| Biocyd | 0,1% – 0,3% | Końcowy etap mieszania | Test prowokacji mikrobiologicznej |
| Stabilizator UV | 0,5% – 2,0% | Etap wstępnego mieszania żywicy | Przyspieszone wietrzenie QUV |
| Środek poziomujący | 0,1% – 0,8% | Końcowy etap mieszania | Kontrola panelu wysuwanego |
Zakresy te różnią się w zależności od składu żywicy, docelowego poziomu połysku i metody aplikacji, dlatego też przed zatwierdzeniem partii do pakowania niezbędne są próby receptury na mieszalnikach na skalę produkcyjną.
Wewnątrz procesu produkcyjnego
Pozyskiwanie surowców
Żywice, pigmenty i dodatki chemiczne pochodzą z ustalonych arkuszy specyfikacji, a przychodzące partie są sprawdzane pod kątem lepkości, pH i zawartości substancji stałych przed wejściem do produkcji.
Dyspersja o wysokim ścinaniu
Pasty pigmentowe są mielone przy kontrolowanej prędkości ścinania i temperaturze, aby osiągnąć docelowe rozdrobnienie cząstek, unikając jednocześnie nadmiernego gromadzenia się ciepła, które może spowodować degradację wrażliwych dodatków.
Rozluźnianie i mieszanie
Pozostałą żywicę, rozpuszczalnik lub wodę i dodatki funkcjonalne wprowadza się stopniowo podczas mieszania przy niskim ścinaniu, aby zapobiec utracie skuteczności środków przeciwpieniących i modyfikatorów reologii.
Testowanie kontroli jakości
Przed wypuszczeniem na rynek każdą partię sprawdza się pod kątem lepkości, połysku, dopasowania koloru, czasu schnięcia i kryteriów przyczepności, a zachowane próbki przechowuje się do wykorzystania w przyszłości.
Napełnianie i pakowanie
Zatwierdzone partie trafiają do zautomatyzowanych linii rozlewniczych, gdzie monitorowana jest dokładność masy napełnienia i szczelność pojemników, aby zapobiec przedostawaniu się wilgoci lub przedwczesnemu kożuszeniu.
Identyfikowalność partii
Każdy pojemnik jest przypisany do konkretnej partii produkcyjnej, co pozwala na pełną identyfikowalność aż do partii surowców w przypadku zapytania technicznego lub badania wydajności.
Wsparcie w zakresie formułowania niestandardowych projektów powłok
Poza standardowymi liniami produktów zespoły ds. formułowania często współpracują z inżynierami projektu w celu dostosowania pakietów dodatków do konkretnych warunków zastosowania — wilgotnych środowisk przybrzeżnych, urządzeń przemysłowych pracujących w wysokich temperaturach lub podłoży trudnych do zwilżenia, takich jak anodowane aluminium lub tworzywa sztuczne pochodzące z recyklingu. Proces ten zwykle obejmuje kilka rund prób w małych partiach przed skalowaniem do pełnej wielkości produkcji, co pozwala na dokładne dostosowanie poziomu połysku, szybkości suszenia i twardości powłoki do docelowej specyfikacji.
Karty danych technicznych, karty charakterystyki i wytyczne dotyczące stosowania są zwykle wydawane wraz z każdą ostateczną formułą, dając dalszym aplikantom jasne wskazówki dotyczące zalecanej grubości powłoki, odstępów czasu do przemalowania i wymagań dotyczących przygotowania powierzchni.
Branże opierające się na zaawansowanych formułach powłok
Budownictwo Architektoniczne
Zewnętrzne powłoki ścienne opracowane z myślą o odporności na warunki atmosferyczne, alkalia i długotrwałe zachowanie koloru.
Komponenty samochodowe
Szybkoutwardzalne systemy zaprojektowane z myślą o zachowaniu wysokiego połysku i odporności na odpryski od kamieni na częściach metalowych i plastikowych.
Konstrukcje morskie i przybrzeżne
Powłoki antykorozyjne zaprojektowane tak, aby wytrzymać ciągłą mgłę solną i ścieranie mechaniczne.
Sprzęt Przemysłowy
Powłoki ochronne opracowane pod kątem odporności chemicznej i odporności na ciepło na powierzchniach maszyn.
Drewno i meble
Przezroczyste i pigmentowane wykończenia równoważą elastyczność folii z odpornością na zarysowania i plamy.
Podłoża opakowaniowe
Szybkoschnące, niskozapachowe powłoki przeznaczone do szybkich linii drukujących i pakujących.
Często zadawane pytania dotyczące formułowania
Jak dodatki powłokowe wpływają na trwałość?
Modyfikatory reologii i konserwanty to dwa rodzaje dodatków najbardziej bezpośrednio związane ze stabilnością przechowywania. Właściwy dobór zagęszczacza zapobiega osadzaniu się pigmentu podczas przechowywania, a dozowanie biocydu zapobiega psuciu się drobnoustrojów w preparatach wodnych przechowywanych przez dłuższy czas w warunkach magazynowych.
Dlaczego dwie powłoki wykonane z tej samej żywicy zachowują się inaczej?
Skład żywicy wyznacza podstawowe właściwości filmu, ale dobór dodatków określa, w jakim stopniu te właściwości są osiągane podczas aplikacji. Dwie receptury zbudowane na identycznej żywicy mogą wykazywać różną płynność, połysk i współczynnik defektów, wyłącznie w oparciu o rodzaj dodatku i dawkę.
Czy pakiety dodatków można dostosować do różnych klimatów?
Tak. Poziom środka koalescencyjnego, modyfikatory szybkości schnięcia i zawartość stabilizatora UV są zwykle dostosowywane w oparciu o docelowy klimat, ponieważ wilgotność i intensywność światła słonecznego bezpośrednio wpływają na tworzenie się powłoki i długoterminową trwałość.
Co powoduje wady związane z pianką podczas produkcji?
Mieszanie przy wysokim ścinaniu, szczególnie w systemach na bazie wody, wprowadza powietrze do formuły. Bez odpowiednio dozowanego środka przeciwpieniącego, powietrze to uwięzione jest na powierzchni podczas aplikacji w postaci porów lub kraterów w wysuszonej powłoce.
W jaki sposób sprawdzana jest zgodność dodatków przed masową produkcją?
Najpierw przeprowadzane są próby na małych partiach, podczas których oceniane są panele rysunkowe pod kątem połysku, poziomowania i przyczepności. Dopiero gdy te próby potwierdzą stabilną wydajność, formuła zostanie przeskalowana do pełnej wielkości produkcji.
Zapewnienie jakości za każdą partią
Stała wydajność dodatków zależy od kontrolowanego przechowywania surowych dodatków chemicznych, dokładnego dozowania podczas produkcji i powtarzalnych procedur mieszania na zmianę. Laboratoria wspierające produkcję zazwyczaj posiadają sprzęt do pomiaru lepkości, badania połysku, przyspieszonego starzenia i badania kreskowego przyczepności, co pozwala na sprawdzenie każdej formuły pod kątem jej oryginalnej specyfikacji przed wysyłką.
To połączenie precyzyjnej kontroli surowców i systematycznych testów pozwala recepturze powłoki zapewnić taką samą wydajność powłoki, niezależnie od tego, czy jest nakładana na mały panel testowy, czy w pełnej serii produkcyjnej.
