V oblasti povrchových úprav čelních nábytkových ploch stále větší podíl získává provedení v hlubokém matu. Významnou roli v tomto trendu hrají nové technologie a materiály, poskytující dokončeným plochám vysokou odolnost nejen proti zanechávání otisků prstů (tzv. anti-finger print), ale také proti poškrábání nebo „vyleštění“. Stále sledovanější je rovněž energetická účinnost. Výrobci aplikačních technologií spolu s dodavateli nátěrových hmot vyvíjí nové technologické postupy pro specifické aplikace dle individuálních požadavků zákazníků. Další zajímavosti, představené na loňských mezinárodních veletrzích, přibližujeme ve druhé části našeho příspěvku.
Super matný povrch s pocitem měkkosti
Příkladnou ukázkou spolupráce mezi výrobci zařízení pro povrchovou úpravu (PÚ) a producenty nátěrových hmot (NH) v oblasti vývoje nových technologií pro dokončování nábytkových dílců byla na loňské Ligně v Hannoveru prezentovaná tzv. excimerová vytvrzovací technologie pro hluboký mat, resp. nulový lesk (zero gloss). Jednalo se o tunel vybavený technologií UV vytvrzování s jednou excimerovou lampou a několika dalšími rtuťovými lampami.
Součástí celého systému PÚ je i speciální UV vytvrzující NH, která se na dílec nanese na válcové nanášečce. Dílec se poté zaveze do vytvrzovacího tunelu, komora se uzavře a do prostoru se vpustí dusík (N2), který zde vytvoří inertní prostředí. Zde je dílec v první fázi vystaven krátkovlnnému UV záření excimerové lampy (172 nm). Díky jeho neschopnosti pronikat do velké hloubky dojde k vytvrzení pouze tenkého povrchového filmu. Během polymerace dojde zároveň k jeho sražení, resp. svraštění, což se na celém povrchu projeví tvorbou mikro zvrásnění. V důsledku toho vzniká matný efekt aniž by lak musel obsahovat matovací činidla. Povlak je následně v celé hloubce vytvrzen do konečné podoby konvenčními středotlakými (Hg) UV lampami (200–450 nm).
Tato technologie byla v jiném provedení představena také jako řešení pro super matnou PÚ trojrozměrných předmětů s nátěrovou hmotou nanesenou stříkáním.
Hlavní deklarovaná výhoda této povrchové úpravy, tedy vysoká odolnost proti mechanickému poškození (poškrábání, vyleštění aj.), spočívá v povrchové struktuře. Dříve se do laků přidávala matovací činidla, např. oxid křemičitý, která na povrchu po vytvrzení vrstvy vytvořila mikroskopickou zrnitost s ostrými křehkými hroty mikročástic citlivými na mechanické poškození. Při kontaktu s tvrdým předmětem nebo opakovaným třením došlo k odlomení či obroušení hrotů, což se na povrchu projevilo jako poškrábání nebo vyleštění. Mikro zvrásněný matový povrch vytvrzený excimerovou technologií neobsahuje mikročástice s ostrými citlivými hroty. Vrcholy zvrásnění jsou oblé, tudíž odolnější vůči mechanickému poškození.
Hlavní vlastnosti v bodech:
• Efekt měkkosti na dotek
• Dosahujte hluboký lesk 3–5
• Žádné nebo nízké množství matovacích látek
• Žádné zaschnutí horní vrstvy během výrobního procesu
• Vylepšená odolnost proti chemikáliím a poškrábání
• Odolnost proti otiskům prstů
Pokrok v UV LED vytvrzování?
Svého času (zhruba před 6–8 lety) se hodně mluvilo a psalo o novém energeticky účinném UV LED vytvrzování. V poslední době sice tato technologie jako by ustoupila z centra zájmu předních firem v oboru, přesto vývoj v této oblasti pokračuje a objevují se i nové realizace. Jedna z nejnovějších se nachází v Litvě.
Litevská nábytkářská společnost SC Freda se zaměřuje na výrobu nábytku z plošných dílců, a to jak laminovaných, tak lakovaných UV vytvrzovacími laky. Je jedním z majoritních dodavatelů IKEA. Jako opatření pro zvýšení své výrobní kapacity si pořídila novou linku PÚ s UV vytvrzováním. Tato nová linka musela splňovat vysoké standardy kvality IKEA a řízení procesů, aby mohla dodávat špičkové produkty. Udržitelnost a energetická účinnost byly dalšími důležitými tématy, která byla brána v úvahu, aby byla zajištěna strategická, dlouhodobá investice a aby zůstala v popředí udržitelné výroby. Dodavatelem linky byla dánská společnost, která se dlouhodobě věnuje vývoji radiačních vytvrzovacích technologií, s rozsáhlými zkušenostmi právě v oblasti UV vytvrzování.
Ve většině dosud realizovaných linek se role UV LED technologie omezovala pouze na tzv. předvytvrzení (gelovatění) nanesené NH. Dánové ji ale chtěli posunout o krok dál. Záměrem bylo změnit celý proces na UV LED vytvrzování na všech pozicích, s výjimkou vytvrzení finální vrchní vrstvy. U PÚ, u nichž je požadována vysoká odolnost a barevná přesnost finální vrstvy, zatím poměr cena/výkon vychází lépe u konvenčních rtuťových (Hg) výbojek než u UV LED jednotek.
Původní konvenční linka v SC Freda začínala nanesením 2 vrstev brousitelného plniče (primeru), následovalo jeho přebroušení a poté se pokračovalo nánosem 3 vrstev základu a 1 vrstvy vrchního nátěru. Celkem se jednalo o 6 pozic, na nichž bylo použito celkem 15 konvenčních (Hg a Ga) UV lamp. Úkolem bylo najít procesní řešení s pouze jednou LED jednotkou na každé pozici, nahrazující několik konvenčních UV lamp.
Obvyklé nastavení linky, které bylo výchozím bodem v SC Freda, je následující, s cílovou rychlostí 50 m/min:
• Krok 1: Brusný základní nátěr, želatinovaný 1×120 W/cm Hg lampou
• Krok 2: Brusný základní nátěr vytvrzený 2×120 W/cm Hg lampami
• Krok 3: Základní vrstva 1, gelovaná 2×120 W/cm Ga lampami
• Krok 4: Základní vrstva 2, gelovaná 2×120 W/cm Ga lampami
• Krok 5: Základní vrstva 3, vytvrzená 2×120 W/cm Ga lampami
• Krok 6: Vrchní plášť, vytvrzený 3×120 W/cm Ga lampami a 3×120 W/cm Hg lampami
Největšími potížemi, které bylo třeba vzít v úvahu, byla povrchová vrstva před brusnou stanicí. Je velmi důležité, aby povlak vytvrzoval dostatečně dobře, aby nedocházelo k zanášení brusiva.
Kromě toho budou aplikovány bílé i tmavě šedé základní vrstvy, obsahující pigment oxidu titaničitého, který absorbuje velké množství UV záření až do 400 nm.
Dánský dodavatel tyto problémy vyřešil společně s dodavatelem NH definováním optimální vlnové délky LED na každé stanici, čímž zajistil perfektní shodu s chemií pro optimální vytvrzení. Konečné nastavení také používá výškově nastavitelné LED lampy k úpravě úrovně lesku vrchní vrstvy. Díky nízké teplotě procesu vytvrzování v kombinaci s plným řízením stejnoměrného ozařování běží proces s velmi vysokou stabilitou lesku. Navíc nízká provozní teplota zabraňuje problémům s tavením lepidla na olepených bočních plochách (hranách) dílců.
Energetická účinnost je jedním z hlavních požadavků každé moderní instalace. Níže uvedený výpočet ukazuje, že výběrem systémů UV LED místo konvenčních Hg a Ga systémů bylo možné dosáhnout zhruba 55% úspory energie. Kromě toho dlouhá životnost a snížená údržba vyžadovaná u systémů UV LED pomáhají maximalizovat dobu provozu výrobní linky. Nižší je i spotřeba energie v pohotovostním režimu (ve výpočtech nebyla zohledněna), což dále zvyšuje skutečnou účinnost.
Spotřeba energie
• Před: 6 Hg + 9 Ga x 18 kW = 270 kW
• Po: 7 UV LED x 7 kW + 4 Hg x 18 kW = 121 kW
Výměna UV lamp (250 dní/rok při 3směnném provozu)
• Před: 60 UV lamp/rok
• Po: 16 UV lamp/rok
Důvodem, bránícím většímu rozšíření UV LED vytvrzovací technologie v praxi, jsou pravděpodobně přirozené negativní vlastnosti LED. Ozařovací tělesa (lampy) jsou složena z tisíců jednotlivých LED diod a každá z nich se mírně liší. Během životnosti LED dochází k odchylkám, jako je vadný segment, poškozená optika nebo nečistoty na čočce. Tím, jak LED stárnou, ztrácejí výkon. Stárnutí se ale může lišit čip od čipu, což má za následek, že odchylky v systému UV LED se v průběhu života zvětšují. Kromě toho by jakékoli náhradní moduly LED měly vyšší výstupní výkon ve srovnání se zbývajícími moduly. To vše má samozřejmě negativní dopad na výstup, a tím i na kvalitu vytvrzování.
Dánská firma vyřešila tento problém se stabilitou procesu pomocí vlastního patentovaného řízení. Jedná se o integrovaný ovladač, který nepřetržitě měří UV výstup lamp přes celou šířku linky. Rozpoznává odchylky emitované UV energie a automaticky nastavuje jednotlivá pole UV LED tak, aby poskytovala homogenní distribuci UV záření v celé šířce systému UV LED. Pomocí této technologie, která je schopna měřit parametry kontinuálně během výroby, lze dosáhnout odchylek <5 %.
(Za pomoc při zpracování tohoto tématu děkuji firmě Sherwin-Williams.)
Autor: Radomír Čapka
Kontakt: radomir.capka@gmail.com
Foto: archiv autora
Excimerový vytvrzovací tunel 
Ukázka super matné transparentní PÚ plošných dílců pomocí excimerové technologie 
Princip excimerové vytvrzovací technologie 
Původní konvenční uspořádání linky PÚ ve firmě SC Freda 
Uspořádání nové linky PÚ s UV LED technologií 
Nová linka PÚ s UV LED technologií ve firmě SC Freda 
UV LED jednotka s integrovaným ovladačem měření úrovně výkonu lampy 
Výsledek měření UV LED jednotek před nastavením úrovně výkonu 
Výsledek měření UV LED jednotek po nastavení úrovně výkonu
