能量固化和卷材涂料

很长一段时间以来，卷材涂料的涂装方式几乎没有什么变化。但领先的制造商发现，能量固化技术具有关键优势。油漆和涂料行业的领导者正在利用他们的UV和EB固化知识，成功地为他们的客户配制新的卷材涂料。

 

Beckers首席技术官Gavin Bown指出，Beckers于2005年开始探索用于卷材涂料的 UV/EB固化，因为它具有提高效率和可持续性的潜力。

“传统的卷材涂料需要溶剂型涂料配方和能源消耗巨大的高温涂装工艺，这表明需要更快、更节能和更节省资源的工艺。”Bown观察到，“UV/EB固化技术已在木材、造纸等行业得到应用，但在卷材涂料领域的应用带来了独特机遇。”

Bown指出，一开始UV/EB涂料的研发目标在于实现与传统产品相同的耐用性和柔韧性。“这需要在不影响质量的情况下改变涂层的化学性质。”Bown 说，“归根结底，Beckers开发 UV/EB固化涂料是一项战略举措，目的是满足卷材涂料行业对更环保、可持续和更高效技术日益增长的需求。”

宣伟涂料卷材涂料全球产品组合总监Kurt Bowen表示，辐射固化卷材涂料的开发是由他们的客户推动的。

“大约五年前，几位关键客户向我们寻求帮助，开发辐射固化涂层系统。” Bowen说，“我们利用了宣伟涂料在其他工业领域的辐射固化的广泛经验，调整和定制了这些技术，以满足卷材涂料市场的特定需求。”

“我们对可持续发展和减少碳足迹作出的承诺，特别是为了响应欧洲的碳减排目标所做的承诺，在这一发展中发挥了重要作用。”Bowen 补充道，“还值得注意的是，我们在更广泛的辐射固化范围内同时使用电子束（EB）和紫外线（UV）固化，对它们进行类似的处理。每种方法都有其优点和缺点，但两者都提供了多种解决方案，具体取决于所需的涂层和颜料水平。”

PPG 卷材和挤出全球技术部门总监也Craig Smith指出，在过去的50年或更长时间里，卷材行业一直用传统的方式来涂覆和固化油漆。

“现在我们知道有一种更可持续、更节能的卷材涂料方法。”Smith补充道，“答案就是紫外线（UV）和电子束（EB）固化技术，通常统称为能量固化或辐射固化。这些固化工艺消耗的能源比热固化少得多，并且与不含溶剂的PPG涂料配方结合使用时，几乎不会产生挥发性有机化合物（VOC）排放。”

“此外，PPG在能量固化涂料方面拥有丰富的经验，并在30多年前将其引入木制品行业时处于领先地位。”Smith说，“我们利用我们在该领域的知识和创新，开发出了一种新的具有可持续优势的卷材涂层产品线，称为PPG DURANEXT。”

阿克苏诺贝尔线圈和包装部门的市场总监Christopher Bradford表示，UV固化长期以来一直是交联固体涂料的成熟方法，并在木材、包装和汽车等行业取得了成功应用。

“利用这一经验，我们看到了一个明显的机会，可以将UV固化整合到我们的工作中，以促进和加速金属卷材涂料的能量固化。”Bradford观察到，“UV固化与EB技术一起，自然而然地适应了这种演变。两者是互补的，在某些情况下，可以一起用于固化特定的涂层，为未来的卷材涂装线提供了令人信服的愿景。可以说，UV和EB固化的引入为卷材涂层工艺的脱碳提供了重大机会，并大幅节省能源，实现电气化和消除溶剂。”

 

UV/EB 固化在卷材涂料中的优势

能量固化通常具有许多优势，这些优势也适用于卷材涂料。宣伟涂料的Bowen观察到，用于卷材涂料的UV和EB固化具有几个显著的优势。

“首先，100%使用固体涂料意味着没有挥发性有机化合物，这使其成为一种环保选择。”Bowen 说，“其次，辐射固化显著减少了能源使用，因为它不再需要热烘箱。这不仅降低了运营成本，还有助于实现可持续发展。该技术需要的资本投资较小，并且设备占用空间较小，这又使其成为许多企业经济高效的解决方案。最后，UV和EB固化具有高度的灵活性，可以改装到现有生产线上，企业无需进行大量修改即可升级其工艺。”

PPG的Smith表示，与需要非常高的温度来驱动固化过程的传统卷材涂料系统不同，UV/EB 固化涂料使用电子束或紫外线能量，在几秒钟内将液体涂料转化为完全固化的固体饰面，而不会显著减少厚度或重量。

“与需要加热的热固化不同，能量固化是在环境温度或接近环境温度下进行的。使用光子或电子将涂层的成分聚合以形成固化薄膜。这种方法通常被称为冷固化。”Smith指出，“从运营的角度来看，UV/EB 技术需要不高的资本成本就能启动，并且与传统的卷材涂布线相比，可以使用更小、更专业的固化线，减少物理占地面积。”

“能量固化卷材涂料基于反应性配方，需要高性能能源来实现快速有效的交联。”Bradford 说，“一个主要优势在于能够非常灵活地开和关生产线，从而轻松实现运行转换、高生产率和减少材料浪费。UV固化通过高速加工和紧凑的设备满足了这一需求，这些设备可以轻松集成到现有生产线中，例如通过旁路配置。”

 

“此外，UV光源技术具有很高的的灵活性，选择可以是弧光灯和改性弧光灯，或者LED和准分子激光系统，因此允许各种线路配置和解决方案。”Bradford 补充道，“这种适应性甚至可以通过双重固化工艺实现光泽度控制，例如将UV和EB固化两者相结合。”

Bown也指出了UV/EB固化的几个优点。“首先，它使用无溶剂配方，可显著减少VOC和二氧化碳排放。”Bown说，“这不仅有助于满足严格的环境法规，还可以改善工作场所的整体空气质量。”

第二点，Bown表示，固化过程瞬时发生，且只需要环境温度下进行，因此可以提高生产线速度并大大降低能耗。
“传统的高温固化工艺可能需要几分钟才能固化涂料，而UV/EB固化只需几秒钟。”他说，“可以使用可再生电力，而不是燃烧天然气。总之，这可以提高生产率并降低运营成本，特别是显著的能源节约和碳税节省。”

“由于UV/EB涂料是100%固体，因此每公斤涂料的干膜覆盖率更高，同时仍保持有效的表面保护。”Bown借着补充，“与传统方法相比，UV/EB固化每公斤涂料的表面覆盖率可以提高一倍。这意味着需要更少的油漆即可获得相同甚至更好的表面效果，从而节省材料并减少浪费。”

 

客户反馈

Bowen表示，客户的反馈总体上是积极的。 “我们看到许多全球客户都对它感兴趣。然而，采用的过程还是缓慢的，客户对于该技术如何发展，采取了谨慎乐观的态度。我们和每个客户的开发都是独一无二的，根据他们的特定需求量身定制。通过提供针对其市场和领域的指导条例、实验室评估和基材、湿涂层和产线中试试验来提供帮助。” Bowen 说。

“我们的客户需要数据驱动的实证依据，为此我们正携手工业合作伙伴，共同开发卷材领域的新解决方案。”Bradford 说，“凭借全球化的研发网络和专业的能量固化技术团队，我们配备顶尖的UV与EB固化设施，具备强大的技术实力。这些资源使我们能够亲身展示涂料的性能，并与客户密切合作，以优化他们的工艺并为未来的投资做好准备。客户也很高兴研究'冷'固化工艺所提供的差异化可能性。”

Beckers的Bown称，客户对UV/EB固化技术反应积极，对其环境效益和效率表示赞赏。 “许多公司正在用UV/EB固化系统改造或完全替换现有生产线，早期使用的客户给出了热情的反馈。”Bown说，“虽然这项革命性技术的好处显而易见，但客户在改造现有的卷材涂装线过程中需要做出努力，以适应UV/EB固化技术，不断调整工艺，获得专业方面知识。”

“我们也承认，与目前的溶剂型技术相比，要充分证明UV/EB涂料系统的所有关键性能维度，我们还有一段路要走。”Bown补充道，“然而，我们已经成功地将第一代涂料系统商业化，并且有明确的研发计划和路线图来实现这一目标。”

Smith指出，PPG于2024 夏季推出了PPG DURANEXT涂料产品组合，并于当年晚些时候在METALCON上向客户推出。
“推出之后的反响非常积极，我们甚至发现，好些最初对此没有期待的客户都对它产生了兴趣：之前他们曾对这项技术反复斟酌。” Smith补充道，胶枪客户也很高兴看到，他们能够积极参与，并将该技术整合到他们的运营中。”

 

用于卷材涂料的UV涂料未来

卷材涂料行业领导者预计，UV固化将在未来几年成为卷材涂料领域的领先技术。Bowen说辐射固化技术有望在卷材涂料行业取得显著增长。

“尽管它在这一领域相对较新，但树脂性能和涂料应用方法的持续改进有望推动未来的进步。”Bowen 说，“市场对可持续性和严格的环境要求的日益关注将进一步提高辐射固化技术的采用。”

“UV固化已经是卷材涂装线和试点装置中使用的技术组合的一部分。”阿克苏诺贝尔的 Bradford说，“随着行业朝着更可持续的实践发展，UV和EB等能量固化技术将通过消除溶剂排放和显著降低能耗来两大优势，发挥关键作用。”

“此外，涂装线利用率的显著灵活性可以增强高生产率。”Bradford 补充道，“在不久的将来，我们预计，受益于与EB固化的强大协同作用，UV固化将得到广泛采用，不仅用于完全固化，还能用于预胶凝和高级光泽控制。”

“UV/EB 固化可以改变卷材涂料行业的游戏规则。”Bown说，“我们为UV/EB卷材涂料开发了行业首创的同行评审LCA（生命周期分析），这清楚地表明，与目前的做法相比，它有可能将卷材涂料工艺的碳足迹减半。这是我们确定的对行业脱碳影响最大的技术。”

“我们认为UV/EB涂料是一个持续的趋势，它实际上才刚刚展开序幕。”Smith总结道，“尽管这些涂料已经存在了几十年，但它们主要用于其他领域，例如木地板涂料。他们在金属卷材涂层方面的潜力才刚刚开始向行业展示，我们认为这是一个巨大的增长机会。”

 

作者：David Savastano
      Coatings World杂志

 

来源：荣格-《涂料与油墨—中国版》

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