Порошковые лако-красочные материалы: лучше, быстрее, дешевле

Добавлено: 11.05.2022 г.

Впоследние годы мировое производство порошковых лакокрасочных материалов (ЛКМ) идет опережающими темпами – скорость их годового прироста превосходит прирост традиционных ЛКМ.

Это объективно связано с преимуществами, которые представляют данные материалы. Порошковые ЛКМ позволяют получить высококачественные покрытия для различных сфер применения: автомобильное производство, выпуск труб большого и малого диаметра, мебели и др. Процесс окраски отличается минимальным выделением летучих органических соединений (ЛОС) при УФ-отверждении, что, в свою очередь, определяет высокую экологическую эффективность.

К недостаткам порошковых красок можно отнести необходимость высоких температур и относительно продолжительное время для отверждения покрытия, что ведет к повышению расхода энергии и сложностям при окраске материалов, чувствительных к тепловым воздействиям (древесина, пластики и т.д.).

Снижение температуры и времени отверждения порошковых ЛКМ не только дает экономические преимущества за счет снижения энергозатрат, но и расширяет возможности применения материалов для нанесения на теплочувствительные подложки (ДВП, пластики и др.).

Так, компания Jotun Powder Coating предлагает новое поколение порошковых ЛКМ, УФ-отверждаемых при низких температурах, – Reveal Tempo. Этот материал может отверждаться в следующих режимах: 130 С/20 мин, 140 С/10 мин, 160 С/5 мин и 180 С/3 мин. Свойства покрытия позволяют эксплуатировать его в различных условиях в зависимости от применения – от светильников до мебели.

Характерной чертой процесса отверждения является высокая скорость отверждения ЛКМ при низких температурах, что обусловливает высокую производительность и низкую энергоемкость.

Создание порошковых ЛКМ УФ-отверждения позволяет максимально использовать положительные свойства продукта и технологии: обеспечить получение качественных покрытий привысокой производительности линии окраски, низком энергопотреблении и минимальном воздействии на окружающую среду.

Стоимость энергии влияет на принятие решений по закупке материалов и готовых изделий. При расчете цен учитываются не только качество, стоимость энергии и материалов, но и общий жизненный цикл изделия.

Архитекторы, конструкторы, материаловеды и управленцы активно ищут материалы и продукты, отвечающие девизу «Лучше, быстрее, дешевле». Сегодня жажда качественных инновационных материалов больше, чем когда-либо, поэтому многие производители порошковых ЛКМ разрабатывают материалы для подложек, на которых ранее такие материалы не применялись. И этому способствует технология УФ-отверждения. Новые материалы можно применять для подложек, чувствительных к нагреву, таких как ДВП средней плотности, пластики, композиты, смонтированные узлы. При этом получаются очень прочные покрытия, обеспечивающие инновационные конструкторские и дизайнерские решения. Одним из наиболее привлекательных видов подложек для тоннажного применения порошковых ЛКМ УФ-отверждения являются ДВП. Это доступный биопродукт деревообрабатывающей промышленности. Древесноволокнистые покрытия легко обрабатываются, отличаются стойкостью, используются в разных элементах мебели, включая торговые демонстрационные и рекламные панели, рабочие поверхности стеллажей, медицинскую и офисную мебель и др. Отделочные порошковые ЛКМ УФО по качеству могут превосходить пластики, виниловые ламинаты, жидкие ЛКМ и термоотверждаемые порошковые ЛКМ. Фирма может производить для потребителя продукт любого цвета – от стандартных RAL и Pantone до образцов заказчика, в том числе металлики и крапчатые.

Многие пластики могут быть покрыты порошковыми ЛКМ УФО. Однако в этом случае требуется получить у пластика электропроводящую поверхность. Для уверенной адгезии может потребоваться активация поверхности.

Готовые изделия, собранные из компонентов, содержащих теплочувствительные материалы, также могут отделываться порошковыми ЛКМ УФ-сушки.

В состав готовых изделий могут входить пластики, резиновые прокладки и уплотнители, а также электронные компоненты, смазочные масла и др. В связи с тем, что процесс УФ-отверждения порошковых материалов проходит при низких температурах и с быстрой скоростью, составляющие компоненты и материалы не разрушаются.

Рынок УФ-отверждаемых порошковых ЛКМ стремительно развивается. Keyland Polymer (США) находится на переднем крае этой технологии. Компания стремится укрепить свои лидирующие позиции на рынке УФ-отверждаемых порошковых покрытий. Ниже приведен пример эффективности применения новой технологии.


ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ЛКМ УФ-ОТВЕРЖДЕНИЯ

Для сопоставления в качестве примера приняты следующие параметры окрашиваемого изделия:
• размер детали – 9 кв. футов (0,84 м), толщина – 0,75 дюйма (19 мм), отделка со всех сторон;
• скорость и загрузки линии одинаковы;
• трехмерная деталь проходит один раз; • толщина пленки:
- порошковый материал – 2–3 мм (50–75 мкм) в зависимости от состояния поверхности;
- органорастворимый – 1 мм (25 мкм) сухой пленки;
• условия отверждения:
- УФ-отверждаемый порошковый ЛКМ плавление 1 мин, отверждение n секунд;
- органорастворимый ЛКМ – 30 мин 130 С (264 F).

Участок окраски с использованием органорастворимой системы занимает более 16 000 кв. футов (около 1500 м ), тогда как для УФ-отверждаемой порошковой системы требуется около всего 2 050 кв. футов (190 м ) при одинаковой скорости и загруженности линии окраски.

Если предположить, что средняя стоимость аренды площадей составляет $6,5 за кв. фут ($70/м ) в год, тогда стоимость аренды площадей для УФ-отверждаемой системы составит 13 300, а для органорастворимой системы – $104 000 в год.

Таким образом, экономия составит $90 700.

Установка электростатического нанесения для обеих систем одинаковая, однако дальнейшие стадии процесса различаются. Стадии плавления, розлива и отверждения разделены, что дает возможность аппаратчику точно и эффективно контролировать процесс, оптимально использовать энергию, улучшить использование материала и повысить качество изделия.

Одно из главных преимуществ процесса - быстрота – состоит в сокращении времени, что равноценно увеличению мощности участка и снижению потребления энергии. Порошковая система УФ-отверждения позволяет получить больше готовых изделий при меньшем количестве энергии и высоком качестве отделки за один проход.

Вследствие краткости процесса термическая опасность для подложки практически исключается, а сбои в процессе существенно сокращаются.

Для жидких ЛКМ требуется время на испарение растворителя, время отверждения составляет 30 мин и более. Обычные термоотверждаемые порошковые системы, хотя и не нуждаются в растворителе, но из-за высокой температуры отверждения – выше 400 F (200 С) – требуют дополнительного времени охлаждения для последующей работы.

Порошковые ЛКМ УФ-отверждения значительно сокращают время процесса, обеспечивая ряд преимуществ и эффективность применения. Требуется меньше времени на запуск установки, снижается число стадий отделки и переработки, а также количество дефектов.

Сокращение времени процесса повышает суточную мощность процесса отделки и приносит изготовителю дополнительную прибыль. Типовая установка позволяет за 8 ч работы отделать 1150 деталей. Для органорастворимых систем с термоотверждением удастся изготовить только 950 изделий. Таким образом, система УФ-отверждения будет давать ежедневно более 200 изделий, повышая производительность линии более чем на 20%.

При цене готового изделия $10 за единицу и 30%-ной рентабельности ежедневная дополнительная прибыль составляет $6000; в год это даст $150 000 прибыли.

Надо отдельно отметить, что сокращение времени процесса позволяет быстрее реагировать и решать любые вопросы окраски. В обычном процессе отделки трудно определить проблему, пока изделие не будет окрашено, отверждено, т.е. близко к концу производственного цикла.

Сокращение времени процесса за счет новой технологии позволяет быстрее найти проблему и скорректировать действия. В обычной термоотверждаемой системе также определяются дефектные окрашенные изделия и проводится регулировка линии, но отделочная линия может составлять более 300 футов (около 28 м) при этом дефектные изделия могут находиться по всей длине. Все изделия нужно проверить, отбраковать, возможно, переработать – вплоть до снятия покрытия.


ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОРОШКОВЫХ ЛКМ УФ-ОТВЕРЖДЕНИЯ

Новая система имеет много преимуществ, причем некоторые из них могут непосредственно коррелировать со стоимостью, т.е. инновационным выбором является дешевый.

Материал имеет преимущества по стоимости при сравнении с органорастворимыми ЛКМ с низким сухим остатком. Органорастворимый материал может иметь содержание нелетучих веществ 25%, и при нанесении распылением полезное использование может составлять 30%.

Стоимость 1 кв. фута (0,093 м ) покрытия при толщине 10 мм (25 мкм) составляет $0,28. Порошковый ЛКМ УФ-отверждения имеет сухой остаток 100% и полезное использование 95%, стоимость при толщине 2 мм (50 мкм) 1 кв. фута гладкого покрытия составляет $0,11. Для грубых поверхностей, таких как ДВП, необходимо наносить слои порошкового материала толщиной 3–3,5 мм (75–90 мкм). Даже в этом случае стоимость 1 кв. фута не превышает $0,17. Таким образом, отделка материалом УФ-отверждения при толщине 2 мм обходится на 60% дешевле, чем органорастворимым жидким ЛКМ при толщине 1 мм.

При использовании порошковых ЛКМ УФ-отверждения пользователь получит экономию при отделке 1 мм кв. футов в год в размере $170 тыс. Ниже представлены обобщенные данные по ценовым преимуществам системы покрытий порошковым ЛКМ УФ отверждения.

Преимущество за счет:
• экономии аренды площадей – $90 700;
• повышения мощности – $150 000;
• материалов – $170 000;
ИТОГО: $410 700.

Эти расчеты применимы для конкретного случая. При изменении параметров (времени процесса, вида изделия, системы покрытия, цены материалов и энергии) будет меняться и конечный результат.

Вячеслав Каверинский, кандидат химических наук.