Nové trendy v povrchových úpravách (2. část)

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