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技术配方 Case

不透明紫外光固化涂料开拓新市场

日期: 2017-11-24
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经济性得到改善,色彩和效果种类繁多,与各种基材相容,环保性能好…凭借这些优势,100%固体分紫外光固化涂料为今天的加工行业展现了一番新天地。

    当Roy Krohn试图开发一种紫外光固化导电油墨时,他知道他走在了时代的前面。他只是不知道自己领先了多少。今天,Allied PhotoChemical有限公司的奠基人开始真正掌握了自1996年公司成立以来紫外光固化领域的发展。

    过去几十年来,环保规定和安全要求对传统溶剂型油墨和涂料的制造地点、内容、方式、时间和企业提出了各种各样的限制。虽然早期的紫外光混杂(热和紫外光)阳离子固化体系带来了满意的结果,但没有哪种单项技术能够满足多种多样的加工需要。实际上,或许从来也不会有某一个万应良方能够使这一奢望变成现实。

但是,近年来在原材料、产品配方和制造工艺等方面取得的进展,催生了一些能够解决大部分环境和安全问题的重大产品创新。Krohn领军的100%固体分紫外光固化产品,就是其中之一。凭借着经济性得到改善、色彩和效果种类繁多、与各种基材相容、环保性能好等一系列优点,100%固体分紫外光固化产品为今天的加工行业展现了一番新天地。


什么是“真正的100%固体分紫外光固化产品”?

从技术上来说,100%固体分紫外光固化产品是一种非牛顿型流体,比如乳剂或者胶状悬浮体,它们完全由固体组成,暴露在一定波长的光下会发生聚合反应。作为油墨或者涂料而使用时,百分之百的成分固化成印迹或涂膜。与固化时多达50%的成分挥发掉的溶剂型产品不同,100%固体分紫外光固化产品根本没有蒸发损失。

对于一种给定的100%固体分紫外光固化产品,它的物理性质,如流变性、使用方便性、涂装性和美观性等,与溶剂型产品相类似。“真正的100%固体分紫外光固化产品”的自由基与100%固体分阳离子光固化产品在固化机理和有机挥发分含量上是不同的。100%固体分阳离子体系可以含有多达5%的有机挥发分和/或溶剂以增加流动性和附着力,而且大多数紫外光混杂固化技术会在更为严格的温度条件下产生中间产物或分解产物,比如乙醛、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基己内酰胺、异氰酸酯等。自由基产品不含有机挥发分,即使在更为严格的条件下(比如180oC烘烤测试)也不产生有害大气污染物(HAP)和N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)。100%固体分紫外光固化自由基产品的主要优点包括:

●改善了经济性;

●提高了加工质量;

●节能;

●环保;

●轻松达到环境标准。



经济优势

大多数聚合物加工工艺的第一步是预处理。比如,波纹塑料板印刷通常需要一个corona预处理或火焰预处理步骤,在固化前先将少量的一些典型石化产品转化成100%固体分紫外光固化产品,从而提高这些产品的总体质量。现在,真正的100%固体分紫外光固化产品能够减少、甚至有可能消除第一步的预处理。

另外,不需要通过加热来促进固化反应以获得最终涂膜。对于使用溶剂型体系的加工操作来说,涂料的干燥或者固化一般是工作进度和效率的限制因素。即使其他环节能够在几分钟甚至几秒钟内完成,而固化却往往需要几个小时。时间的成本不容忽视,而且还有大型固化炉占地的成本,小心搬运、额外的工具、能源和其他相关成本,比如在制品成本,等等。而对于100%固体分紫外光固化自由基来说,充分的紫外光照射就能激发聚合(固化)工艺的催化剂。固化几乎是瞬间发生的,紫外光固化炉的尺寸与生产线的速度或能力没有直接关系。结果,使用100%固体分紫外光固化自由基产品的企业能够节省搬运成本,降低能耗,缩短加工时间,提高产量,而且无需占用大量宝贵的场地。一项专门的分析表明,从100%固体分加热固化改为100%固体分紫外光固化,仅仅是电能一项,每年就可以节省超过25万美元。

100%固体分紫外光固化自由基产品的单位成本是另一个重要指标。人们熟悉的传统溶剂型金属涂料,在40% - 60%固体分时每加仑的价格一般在55美元到85美元之间。相比之下,100%固体分紫外光固化自由基产品的典型价格为每加仑70美元 - 120美元,但它能够形成1,600平方英尺1密尔厚度的(干)涂膜,覆盖能力几乎是溶剂型涂料的2倍。100%固体分紫外光固化自由基产品的涂膜厚度一般较薄,但具有与溶剂型涂膜相同的性能。再加上提高工作效率和降低能耗带来的成本节约,100%固体分紫外光固化自由基产品具有明显的经济优势。



设计灵活性


首先推出的100%固体分紫外光固化自由基产品是紫外光固化导电油墨和紫外光固化电介质。如今,这些产品被广泛应用在薄膜开关、电池、医疗器械和其他许多方面。还开发出了一种Teflon ®基(PTFE型)100%固体分紫外光固化干膜润滑剂,广泛应用在从加工工具凹槽到专用医疗产品润滑剂等各个方面。

开发工作的下一步推出了100%固体分紫外光固化透明涂料,它已经在从建筑涂料到预制木屋的多个领域得到应用。透明涂料也被用作2002年初推出的不透明紫外光固化彩色涂料的基础材料。其他的进展还包括具有特殊色彩和效果的产品,比如银色油墨和电荧光产品。

尽管紫外光固化技术已经在许多领域得到长期应用,比如木器清漆,汽车前灯、CD和DVD涂料等,而100%固体分紫外光固化自由基产品提高了的设计灵活性进一步扩大了该技术在传统领域的应用,比如金属直接涂装和户外涂装。产品也在一些非传统领域得到了推广,例如,Oryon技术公司在其新型ElastoliteTM柔性E-L(电致发光)显示器上使用了100%固体分紫外光固化自由基体系,这种电致发光技术已经由Lands' End公司用在了以Cool BlueTM为商标的背包上。这种背包发出的光可以在1,000英尺以外的距离上看到,目的是保护黎明或者黄昏步行上学或放学的孩子们。100%固体分紫外光固化自由基体系的其他创新性应用正在推进中。


拓宽紫外光产品市场


除了紫外光固化涂料的功能不断增加,还有几个方面也对拓宽紫外光产品市场发挥着重要作用。联合光化学公司将这些方面归纳为ROIE概念,即投资与环境回报。

为了在如今的市场上保持竞争力,生产线速度必须提高,涂料固化时间必须缩短,加工工艺需要占用的场地面积、在制品的数量、能源消耗等都必须减少。另外,现代工艺不应当产生VOC、HAP、NVP等排放,应当尽可能减少申报的需要。100%固体分紫外光固化自由基体系能够帮助加工行业。


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