Преимущества УФ-отверждаемых покрытий для пластмасс

На автомобильном рынке одна треть компонентов уже изготавливается из пластмасс, поскольку производители стремятся уменьшить средний вес автомобиля на 10-15% в ближайшие годы, чтобы повысить топливную эффективность и уменьшить воздействие на окружающую среду. На рынке косметических средств при изготовлении более 70% упаковочных изделий в качестве основного материала используется пластмасса (первичная, из биологического сырья или переработанная).

Накладка центральной консоли в глянцевом черном цвете под названием “piano black”

На рынках электроники и телекоммуникаций пластмассы десятилетиями используются благодаря простоте обработки. В результате постоянно растет спрос на высококачественные, высокоэффективные покрытия для различных пластмассовых подложек. Однако из-за низкой поверхностной энергии и чувствительности к температуре и растворителям на многие виды пластмасс сложно наносить покрытия, что затрудняет разработку систем покрытий для таких подложек для разработчиков рецептур и поставщиков сырья.

В этом отношении технология энергоотверждаемых покрытий уже доказала свою способность преодолевать ограничения традиционных покрытий и обеспечивать улучшенные характеристики отвержденных покрытий, в том числе стойкость к царапанию, истиранию и коррозии.

В состав энергоотверждаемых покрытий входят акрилатные функционализированные смолы (олигомеры и мономеры), которые мгновенно полимеризуются и отверждаются под воздействием ультрафиолетового излучения или электронного пучка, что обеспечивает повышение эффективности производства, экономию энергозатрат и более экономное расходование занимаемых производственных площадей. Энергоотверждаемые смолы могут быть полностью твердыми материалами или могут разбавляться растворителями для удобства применения. Также существуют УФ-отверждаемые системы на водной основе, но они не будут рассматриваться в рамках данной статьи.

Покрытия на пластмассовые детали наносят, главным образом, методом распыления, при этом для снижения вязкости используют растворители. Поскольку растворители содержат ЛОС, их применение следует максимально ограничивать. Разработки в области низковязких энергоотверждаемых олигомеров позволяют уменьшить или даже исключить использование растворителей при напылении покрытий.

В данной статье будут рассматриваться рецептуры для:

  • УФ-отверждаемых прозрачных, матовых и черных покрытий на основе растворителей для внутренней отделки автомобилей;
  • УФ-отверждаемых металлических, однослойных покрытий на основе растворителей для электроники в сфере компьютеров, средств связи и бытовой техники, а также для производства косметических средств;
  • УФ-отверждаемых прозрачных покрытий для напыления на пластмассовые подложки.

УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫЕ ПОКРЫТИЯ, НАНОСИМЫЕ МЕТОДОМ НАПЫЛЕНИЯ

Технология радиационного отверждения все чаще применяется для нанесения покрытий на различные пластмассовые подложки в автомобильной промышленности, при производстве упаковки для косметических средств, аудио/видео -аппаратуры и других областях. При нанесении разработанного состава непосредственно на пластмассовую подложку ключевой характеристикой, разумеется, будет адгезия.

Покрытия, предназначенные для вышеуказанных областей применения, подвергаются очень строгим испытаниям, которые позволяют оценить, соответствуют ли покрытия требованиям данной отрасли, обеспечивают ли они высокую стойкость к царапанию, истиранию, коррозии, воздействию химических веществ и даже кипящей воды.

Высокая стойкость обусловлена высокой степенью сшивания систем, как правило, состоящих из олигомеров и/или мономеров с высокой функциональностью акрилатов. Однако высокая плотность сшивания может привести к слабой адгезии. Поэтому важно найти оптимальный компромисс между требованиями.

УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫЕ ПРОЗРАЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ РАСТВОРИТЕЛЕЙ ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ОТДЕЛКИ АВТОМОБИЛЕЙ

В последние несколько лет в сегменте внутренней отделки автомобилей наблюдается тенденция к переходу с металлов, изготовленных литьем под давлением, на пластмассы, что, помимо прочего, позволяет снизить вес автомобиля и, соответственно, уменьшить потребление топлива и выбросы CO2, обеспечивая при этом превосходный внешний вид с разнообразными эстетическими свойствами. Автопроизводители находятся в поиске покрытий для пластмасс, которые обеспечили бы высокое качество, надежность, хорошие тактильные и эстетические характеристики, а также улучшенные эксплуатационные характеристики.

Энергоотверждаемые покрытия удовлетворяют всем этим требованиям, поскольку обеспечивают преимущества как производителям, так и поставщикам (1 и 2 уровня) в виде повышенной стойкости к царапанию, истиранию, коррозии и воздействию химических веществ; а также повышают производительность благодаря быстрому отверждению под воздействием ультрафиолетового излучения.

Недавно в компании Allnex был разработан новый алифатический уретанакрилат, отвечающий требованиям автомобильной промышленности. Для получения УФ-отверждаемого покрытия этот уретанакрилат был дополнительно смешан с мономером, обладающим высокой температурой стеклования (Tg), гександиолдиакрилатом и фотоинициатором гидроксиалкилфенолом. Для получения вязкости состава, подходящей для распыления, использовалась смесь растворителей. При сухом остатке 70% вязкость составила 40 мПа.с (25 °C).

Состав был нанесен на различные пластмассовые подложки: АБС-пластик, поликарбонат (ПК) и АБС/ПК. Влажное покрытие наносили таким образом, чтобы после испарения растворителя (5 мин при 60 °C) толщина сухой пленки составляла 20 г/м2. Для УФ-отверждения уровень энергии составил около 2000 мДж/см2. Испытания на стойкость проводили только для тех покрытий, которые продемонстрировали превосходную адгезию к подложке. В качестве стандарта использовались испытания на стойкость к кремам согласно стандарту VW PV3964, которые представляют собой одни из самых строгих испытаний наряду с испытанием на влагостойкость в соответствии со стандартом VW TL 226.

Таблица 1. Результаты испытаний однокомпонентной УФ-отверждаемой системы на основе растворителя с определением адгезии, твердости, стойкости на подложках: АБС-пластик MAGNUM 3616 (Dow), АБС/ПК Bayblend T65XF (Bayer) и ПК LEXAN 9030 (Sabic).

Как показано в таблице 1, состав на основе нового тетрафункционального уретанакрилата обеспечивает отличную адгезию к различным подложкам и может пройти все испытания на устойчивость к химическому воздействию, включая испытание на влагостойкость на поликарбонате, выполнение которого зачастую вызывает сложности. Это говорит о том, что все основные требования к внутренней отделке автомобилей могут быть выполнены.

УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫЕ МАТОВЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ РАСТВОРИТЕЛЕЙ (ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ОТДЕЛКИ АВТОМОБИЛЕЙ)

По соображениям эстетики, а иногда и безопасности, матовая поверхность бывает предпочтительнее высокоглянцевого покрытия. При использовании матовых покрытий трудность состоит в том, чтобы сохранить высокую стойкость к царапанию и другим внешним воздействиям.

Таблица 2. Однокомпонентные УФ-отверждаемые матовые составы на основе растворителей для ПК (состав A) и АБС-пластика и АБС/ПК (состав B).

В таблице 2 приведены составы с сухим остатком 70% и вязкостью 40 мПа.с (25 °C). Содержание наполнителя (матирующие средства и др.) корректировалось в зависимости от подложки; для покрытий на поликарбонате использовали более эффективные матирующие средства, чтобы получить значение блеска при 60° ниже 5.

Результаты испытаний на химическую стойкость и влагостойкость показывают, что радикальная полимеризация в растворе обеспечивает выполнение требований к покрытиям для салонов автомобилей без повышения уровня блеска и разрушения поверхности.

УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫЕ ГЛЯНЦЕВЫЕ ЧЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ РАСТВОРИТЕЛЕЙ

Основная особенность внешних и внутренних элементов отделки автомобилей, таких как накладки на приборной панели, окантовка центральной консоли и элементы отделки дверей, – это глянцевый черный цвет под названием “piano black”, которое он получил из-за сходства с цветом черных клавиш пианино.

Благодаря эффектному внешнему виду популярность этого цвета постоянно растет, однако у этого покрытия есть и некоторые недостатки.

Из-за высокой степени глянца на поверхностях с таким покрытием часто остаются отпечатки пальцев, кроме того, оно крайне чувствительно к царапанию.

В лакокрасочной промышленности для получения покрытий насыщенного черного цвета используют оксидированные тонкодисперсные сажевые пигменты. В автомобильной промышленности необходимо использовать пигменты максимальной черноты с добавлением голубоватого оттенка. Эти требования удовлетворяют сажевые пигменты с мелким размером частиц.

Однако в УФ-отверждаемых покрытиях сажа поглощает ультрафиолетовый свет, снижая качество отверждения. Чем меньше размер частиц, тем больше они будут поглощать ультрафиолетовый свет. Поэтому задача состоит в том, чтобы найти оптимальный компромисс между чернотой при заданной толщине покрытия и полным УФ-отверждением покрытия. В исследовании оценивали два пигмента: черный пигмент 7 (PB 7) с размером частиц 47 нм и относительной насыщенностью цвета 88% (стандарт ASTM D 3265) и черный пигмент 6 (PB 6) с размером частиц 95 нм и относительной насыщенностью цвета 26%. Оптимальные результаты были получены при использовании PB 6.

Таблица 3. Состав УФ-отверждаемого черного глянцевого покрытия на основе растворителя.

В таблице 3 приведены составы УФ-отверждаемых покрытий на основе растворителей с сухим остатком 70% и вязкостью при напылении (45 мПа.с при 25 °C).  Концентрация сажевого пигмента (PB6) составляет 3,2 % по сухому остатку.

Состав был нанесен на различные пластмассовые подложки: АБС-пластик, поликарбонат (ПК) и АБС/ПК. Влажное покрытие наносили таким образом, чтобы после испарения растворителя (5 мин при 60 °C) толщина сухой пленки составляла 15 г/м2. Для УФ-отверждения уровень энергии составил около 2000 мДж/см2. Наилучшие результаты были получены при использовании галлиевой лампы (глубокое отверждение) в сочетании с ртутной лампой (поверхностное отверждение).

Наблюдалась хорошая адгезия со всеми подложками. Испытания по Эриксену (прочность/адгезия) показали предельно допустимые результаты, однако немного улучшились после испытаний на химическую стойкость, возможно, из-за дополнительной тепловой обработки. Покрытие не разрушалось.

Состав продемонстрировал красивый глянцевый черный цвет и хорошую адгезию ко всем трем типам подложек. Также были проведены испытания на стойкость к кипящей воде (60 мин при 80 °C) и влагостойкость (72 ч при 80 °C, 95% отн. вл.).

УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОДНОСЛОЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ РАСТВОРИТЕЛЕЙ

Металлические цвета, особенно серебристый, весьма популярны и обеспечивают дополнительную рыночную стоимость пластмассовым деталям и корпусам таких устройств, как офисная техника, бытовые приборы, бытовая электроника (аудио/видео -техника, мобильные телефоны, камеры), смесители и др.

Металлические краски обычно изготавливают из стандартных термопластичных акриловых (TPA) или двухкомпонентных полиуретановых (2KPU) металлических базовых покрытий на основе растворителей (например, содержащих алюминиевые чешуйчатые пигменты). В некоторых случаях для повышения долговечности, износостойкости и химической стойкости наносят прозрачный УФ-отверждаемый верхний слой.

Для таких видов применения были разработаны УФ-отверждаемые составы на основе растворителей, помогающие решить следующие задачи:

  • обеспечить адгезию к подложке, что означает также снижение усадки при отверждении покрытия благодаря правильному выбору олигомеров и мономеров. Покрытие должно быть сверху, чтобы иметь достаточную плотность сшивания, обеспечивающую химическую и механическую стойкость (например, покрытия для мобильных телефонов);
  • обеспечить полное УФ-отверждение нижнего слоя путем добавления фотоинициаторов отверждения в длинноволновой области, таких как моноацилфосфиноксид, поскольку металлический пигмент может препятствовать действию коротковолнового УФ-излучения. Фотоинициатор поверхностного отверждения необходимо добавлять, чтобы обеспечить полное поверхностное отверждение и уменьшить ингибирование кислорода;
  • ориентация металлических пигментов. Влияние на ориентацию металлических пигментов УФ-отверждаемых олигомеров и мономеров ограничено из-за их низкой молекулярной массы; особенно должно быть ограничено количество мономеров. Агрессивных мономеров следует избегать, поскольку они воздействуют на металлические пигменты, меняя их цветовой тон;
  • низкая стабильность составов с металлическими пигментами требует присутствия подходящих стабилизаторов (акцепторы радикалов);
  • металлические покрытия могут демонстрировать низкую стойкость к истиранию и горячей воде.

Для получения требуемой ориентации металлических пигментов важно, чтобы содержание твердых веществ в составе не было слишком высоким.

Таблица 4. Состав УФ-отверждаемого металлического покрытия на основе растворителя.

* предварительно смешанная с бутилацетатом в соотношении 1/1: 10 частей алюминиевой пасты + 10 частей бутилацетата

В таблице 4 приведены составы УФ-отверждаемых покрытий на основе растворителей с сухим остатком 38% и вязкостью при напылении (15 мПа.с при 25 °C). Концентрация металлического пигмента по сухому остатку составляет 8,6%.

Состав был нанесен на различные пластмассовые подложки: АБС-пластик, поликарбонат (ПК) и АБС/ПК. Влажное покрытие наносили таким образом, чтобы после испарения растворителя (3 мин при 60 °C) толщина сухой пленки составляла 15 г/м2. Для УФ-отверждения уровень энергии составил около 500 мДж/см2. Состав продемонстрировал красивый металлический эффект и хорошую адгезию ко всем трем типам подложек. Также были проведены испытания на стойкость к кипящей воде (60 мин при 80 °C) и влагостойкость (96 ч при 80 °C, 95% отн. вл.).

Как отмечалось ранее, при нанесении металлических однослойных покрытий могут возникнуть трудности с получением высокой стойкости к истиранию. Как правило, в качестве стандарта в автомобильной, лакокрасочной промышленности, отраслях производства бытовой техники, мобильных телефонов и пластмасс используется прибор для испытаний на абразивный износ RCA. В данном испытании используется недорогая одноразовая наждачная бумага. Прибор также позволяет проводить испытания на негладких поверхностях, например, с небольшим тиснением. Значение RCA 300 говорит о крайне высокой стойкости к истиранию.

УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫЕ, РАСПЫЛЯЕМЫЕ ПРОЗРАЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Чтобы исключить или сократить до минимума выбросы ЛОС, обеспечить соблюдение новых экологических стандартов и удовлетворить постоянно растущий спрос на экологически безопасную продукцию на рынке покрытий, был разработан низковязкий гексафункциональный уретанакрилат.

Таблица 5. УФ-отверждаемый, распыляемый состав; вязкость при 25 °C составляет примерно 100 мПа.с, при 60 °C — 18 мПа.с.

В таблице 5 представлен состав, полностью УФ-отверждаемый и распыляемый при температуре 50-60 °C.

Состав был нанесен на различные пластмассовые подложки: АБС-пластик, поликарбонат (ПК) и АБС/ПК с получением толщины сухой пленки 20 г/м2. При УФ-отверждении уровень энергии составил примерно 1000 мДж/см2. Испытания на стойкость проводили только для тех покрытий, которые продемонстрировали превосходную адгезию к подложке.

Была получена хорошая адгезия с различными подложками, и состав, описанный в таблице 5, позволил получить среднетвердое покрытие (твердость по Персозу 254 с) с высокой стойкостью к истиранию и царапанию. Показатели стойкости к кипящей воде (1 ч при 80 °C) и стойкости к этанолу также были высокими. Однако стойкость к воздействию химических веществ для покрытий на поликарбонатных подложках по-прежнему остается низкой, особенно стойкость к раствору G1, который обычно используется при оценке упаковки косметических средств.

ВЫВОДЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Последние разработки компании Allnex в области энергоотверждаемых смол отвечают растущему спросу на экологически безопасные олигомеры для покрытий на пластмассовых подложках, применяемых в различных отраслях, таких как бытовая техника, упаковка косметических средств и внутренняя отделка автомобилей, и обеспечивают соблюдение технических и эстетических требований. Поскольку такие покрытия часто наносят методом распыления, для снижения вязкости используют растворители.

Однако специалисты Allnex продолжают работать над экологически безопасной продукцией, распыляемой со значительно более высоким содержанием сухого остатка и низкими выбросами ЛОС.

Разрабатываются низковязкие олигомеры для напыления УФ-отверждаемых покрытий. Распыление этих покрытий при более высоких температурах обеспечит более гибкий подход к разработке составов, при этом соответствуя требованиям рынка.

Пол Геверт, Global Application Manager Radcure, Компания Allnex, Дрогенбос, Бельгия

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Поддержание сохранности отслуживших сооружений – краткосрочные решения вопросов нанесения покрытий
Поддержание сохранности отслуживших сооружений – краткосрочные решения вопросов нанесения покрытий
Существует множество отслуживших объектов, особенно у компании N Sea, которые, скорее всего, в ближайшее время…
Саймон Хоуп
17.03.2021
276
Коррозионностойкие покрытия нового поколения для электроники
Коррозионностойкие покрытия нового поколения для электроники
Необходимость в повышении надежности привела к введению более жестких требований
Роб Скетти
14.09.2021
247
Радуга на крыше от компании MINI
Радуга на крыше от компании MINI
Британский бренд по-новому использует крышу в качестве поддона.
16.11.2022
33
Cortec представляет средство против ржавчины для защиты металлов
Cortec представляет средство против ржавчины для защиты металлов
По данным компании Cortec, система VpCI-277 идеально подходит для роботизированной сборки точных компонентов с жесткими…
06.01.2022
166
Диспергируемые полимерные порошки для малярных красок, не содержащих биоциды
Диспергируемые полимерные порошки для малярных красок, не содержащих биоциды
На сегодняшний день большинство жидких красок для стен производится на водной основе. Однако вода, входящая…
Лада Бемерт
05.08.2021
205
Некачественное отверждение? Проблема не всегда в покрытии
Некачественное отверждение? Проблема не всегда в покрытии
Подхолящий состав покрытия или клея не отверждается должным образом, начните с осмотра вашего оборудования для…
28.11.2022
13
Процессы нанесения покрытий с повышенной энергоэффективностью и экономией материалов
Процессы нанесения покрытий с повышенной энергоэффективностью и экономией материалов
Когда речь идет о процессах нанесения покрытий и окраски, во всем мире цель одна: снизить…
Дорис Шульц
21.01.2020
643
Порошковое покрытие делает пластмассы проводящими
Порошковое покрытие делает пластмассы проводящими
Новая проводящая грунтовка UR1967 от компании FreiLacke делает обработанные поверхности проводящими и придает особую пигментацию,…
01.11.2022
40
Патронные фильтры для пылеулавливания при нанесении порошковых покрытий
Патронные фильтры для пылеулавливания при нанесении порошковых покрытий
Порошковые покрытия надежны и долговечны. Они имеют широкий спектр применения. В отличие от красок, которые…
Джеремайя Ванн, Джэксон Сентер
15.12.2020
269