UV 경화 코팅의 프라이머

지난 수십 년 동안 대기 중으로 방출되는 용매의 양을 줄이는 것이 주요 과제였습니다. 이러한 용매를 VOC(휘발성 유기 화합물)라고 하며, 사실상 우리가 사용하는 모든 용매를 포함합니다. 단, 아세톤은 광화학 반응성이 매우 낮아 VOC 용매에서 제외되었습니다.

하지만 용매를 전혀 사용하지 않고도 최소한의 노력으로 좋은 보호 및 장식 효과를 얻을 수 있다면 어떨까요?
정말 좋을 것 같습니다. 그리고 우리는 할 수 있습니다. 이를 가능하게 하는 기술은 UV 경화입니다. 이 기술은 1970년대부터 금속, 플라스틱, 유리, 종이, 그리고 점점 더 목재를 포함한 모든 종류의 재료에 사용되어 왔습니다.

UV 경화 코팅은 가시광선 바로 아래 또는 나노미터 범위의 자외선에 노출되면 경화됩니다. UV 경화 코팅의 장점은 VOC의 현저한 감소 또는 완전 제거, 폐기물 감소, 필요한 바닥 공간 감소, 즉각적인 취급 및 적재(건조대 필요 없음), 인건비 절감, 생산 속도 향상입니다.
두 가지 중요한 단점은 장비 초기 비용이 높고 복잡한 3D 물체를 완성하기 어렵다는 것입니다. 따라서 UV 경화는 일반적으로 문, 패널, 바닥재, 트림, 조립식 부품 등 비교적 평평한 물체를 제작하는 대형 작업장에서만 가능합니다.

UV 경화 마감재를 이해하는 가장 쉬운 방법은 여러분이 잘 알고 있는 일반적인 촉매 처리 마감재와 비교해 보는 것입니다. 촉매 처리 마감재와 마찬가지로, UV 경화 마감재는 빌드업을 위한 수지, 희석을 위한 용매 또는 대체물, 가교를 개시하고 경화를 유도하는 촉매, 그리고 특수 특성을 부여하는 소광제와 같은 첨가제를 포함합니다.

에폭시, 우레탄, 아크릴, 폴리에스터의 파생물을 포함한 다양한 1차 수지가 사용됩니다.
모든 경우에서 이러한 수지는 매우 단단하게 경화되며, 촉매(변환) 바니시와 유사하게 용매 및 긁힘에 강합니다. 따라서 경화된 도막이 손상될 경우 눈에 보이지 않는 수리가 어렵습니다.

UV 경화 마감재는 액체 상태에서 100% 고형분일 수 있습니다. 즉, 목재에 도포되는 물질의 두께가 경화된 코팅의 두께와 동일합니다. 증발할 물질은 없습니다. 하지만 주 수지는 너무 두꺼워 도포하기 어렵습니다. 따라서 제조업체는 점도를 낮추기 위해 더 작은 반응성 분자를 첨가합니다. 증발하는 용매와 달리, 이렇게 첨가된 분자는 더 큰 수지 분자와 가교되어 필름을 형성합니다.

실러 코팅처럼 더 얇은 도막을 형성해야 할 경우, 용제나 물을 희석제로 첨가할 수도 있습니다. 하지만 일반적으로 마감재를 분사 가능하게 만드는 데는 필요하지 않습니다. 용제나 물을 첨가한 경우, UV 경화가 시작되기 전에 증발시키거나 (오븐에서) 증발시켜야 합니다.

촉매
촉매를 첨가하면 경화가 시작되는 촉매 바니시와 달리, 자외선 경화 마감재의 촉매인 "광개시제"는 자외선 에너지에 노출되기 전까지는 아무런 작용을 하지 않습니다. 이후 코팅의 모든 분자를 연결하여 필름을 형성하는 빠른 연쇄 반응을 시작합니다.

이 공정이 UV 경화 마감재를 매우 독특하게 만드는 요소입니다. 마감재에는 사실상 보관 기한이나 가사 시간이 없습니다. 자외선에 노출될 때까지 액체 상태를 유지합니다. 자외선에 노출되면 몇 초 안에 완전히 경화됩니다. 단, 햇빛은 경화를 촉진할 수 있으므로 이러한 노출을 피하는 것이 중요합니다.

UV 코팅 촉매를 하나가 아닌 두 부분으로 생각하는 것이 더 쉬울 수 있습니다. 마감재에 이미 광개시제가 존재하는데, 이는 액체의 약 5%를 차지합니다. 그리고 이를 활성화하는 UV 에너지가 있습니다. 이 두 가지가 없으면 아무 일도 일어나지 않습니다.

이러한 독특한 특성 덕분에 자외선 조사 범위 밖에서도 오버스프레이를 회수하여 마감재를 재사용할 수 있습니다. 따라서 폐기물을 거의 완전히 제거할 수 있습니다.
기존의 자외선은 수은등과 타원형 반사경을 사용하여 빛을 모아 부품으로 향하게 합니다. 광개시제를 최대로 활성화하기 위해 빛을 집중시키는 것이 핵심입니다.

지난 10여 년간 LED(발광 다이오드)가 기존 전구를 대체하기 시작했습니다. LED는 전력 소모량이 적고 수명이 훨씬 길며, 예열이 필요 없고 파장 범위가 좁아 문제를 일으키는 열을 거의 발생시키지 않기 때문입니다. 이 열은 소나무와 같은 목재의 수지를 액화시킬 수 있으며, 이 열은 배출되어야 합니다.
하지만 경화 과정은 동일합니다. 모든 것이 "시선"에 있습니다. 마감재는 자외선이 일정 거리에서 조사될 때만 경화됩니다. 그림자가 지거나 빛의 초점에서 벗어난 부분은 경화되지 않습니다. 이는 현재 자외선 경화의 중요한 한계입니다.

복잡한 물체, 심지어 프로파일 몰딩처럼 거의 평평한 물체의 코팅을 경화시키려면 코팅 조성에 맞춰 모든 표면에 동일한 고정된 간격으로 조명을 비추도록 배치해야 합니다. 이것이 UV 경화 마감으로 코팅된 대부분의 프로젝트가 평평한 물체에 적용되는 이유입니다.

UV 코팅을 적용하고 경화하는 데 일반적으로 사용되는 두 가지 방식은 플랫 라인 방식과 챔버 방식입니다.
플랫 라인(Flat Line)을 사용하면 평평하거나 거의 평평한 물체가 스프레이 또는 롤러 아래 컨베이어를 따라 이동하거나 진공 챔버를 통과한 후, 필요한 경우 용제나 수분을 제거하기 위해 오븐을 통과하고, 마지막으로 UV 램프 배열 아래에서 경화됩니다. 그런 다음 물체를 즉시 적재할 수 있습니다.

챔버에서는 물체가 일반적으로 매달리고 동일한 단계를 거쳐 컨베이어를 따라 이동합니다. 챔버를 사용하면 모든 면을 한 번에 마무리하고 복잡하지 않은 3차원 물체를 마무리할 수 있습니다.

또 다른 방법은 로봇을 이용해 UV 램프 앞에서 물체를 회전시키거나, UV 램프를 잡고 물체를 그 주위로 옮기는 것입니다.
공급업체가 핵심 역할을 합니다
UV 경화 코팅 및 장비의 경우, 촉매 바니시보다 공급업체와 협력하는 것이 훨씬 더 중요합니다. 주된 이유는 조정해야 할 변수가 많기 때문입니다. 여기에는 전구나 LED의 파장과 물체와의 거리, 코팅 조성, 마감 라인을 사용하는 경우 라인 속도 등이 포함됩니다.