UV-curing, plasma en hotmelt lagere impact op het milieu? Myriam Vanneste
19.11.2013
Inhoud UV/LED-curing/E-beam) Plasma(coating) Hotmelt Techniek Voordelen Praktijkvoorbeeld
2
UV-CURING
3
UV-curing – het materiaal Twee types 100% systemen Watergebaseerde systemen Acrylaten polyesteracrylaat polyetheracrylaat urethaanacrylaat Epoxies 4
100% UV-systemen Oligomeer Verdunnen via monomeren Foto-initiator Additieven
5
Watergebaseerde UV-systemen Oligomeer Water Verdikker Foto-initiator Additieven
6
UV-curing – het proces Aanbrengen: via conventionele coating & finishing methodes Extra: UV-lamp voor uitharden coating in te schuiven in bestaande lijnen Watergebaseerde systemen ook drogen vooraleer uitharden: IR of oven 7
UV-curing – het mechanisme
8
UV-curing - voordelen Snel Energie efficiënt (100% systeem - geen verdamping) Lage VOC emissies Snelle start-stop (LED vs. UV) kleine productieruns Vereist weinig productieruimte
9
UV-curing - voordelen 1.000 m² weefsel - 2m breedte - 20m/min
UV-coating Solventgebaseerde (100 %) coating Energieverbruik Elektriciteit
10 kWh
Thermisch energie Productie-afval
0,30 kg
Watergebaseerde coating
41,67 kWh
41,67 kWh
630,23 MJ
773.94 MJ
1,50 kg
0,75 kg
10
UV vs. LED UV LED
UV klassiek
Spectrum
Smal band 365/375/385/395nm
Breed band 200-400 nm
Efficiëntie
5 - 25%
25 - 30%
Levensduur
Verwachting: HOGER
verwachting:lager
Invloed temp.
Geringer
Hoger
Formaat variabele lamp
Ja
Nee
Onmiddellijke opstarten
JA
Nee
Opwarmtijd
NEE
Ja (2 minuten)
Dim bereik
0 - 100%
20 - 100%
Energie verbruik
Chemie afhankelijk
Chemie afhankelijk
kwikzilver
NEE
Ja
Ozon productie
NEE
Ja / nee
Lucht afvoerleiding
Nee
Ja
Afmetingen
Kleiner
Groter
Chemische beschikbaarheid
GERINGER
Hoger
Afstand afhankelijk
HOGER
Geringer
Verandering spectrum
GECOMPLICEERD
Eenvoudig
[email protected]
11
UV vs. LED lampen LED: smallere bandbreedte
Hg
Iron doped Hg
Gallium doped Hg
12
LED & UV-curing @ Centexbel Kwiklamp
Kwiklamp Fe-gedopeerde kwiklamp
LED-lamp
13
UV-curing - aandachtspunten Foto-initiator vs. type UV-lamp (~golflengte) Functionaliteit (~reactie sites) UV-uithardende binder vs. flexibiliteit Invloed pigmenten op curing gedrag Dikke coatings moeilijk/niet haalbaar in 1 laag UV vs. LED vs. EB 14
UV vs. e-beam Stralingsuithardende technologieën: UV-curing, e-beam
Marktaandeel
uv eb
15
UV-curing - Conclusie Energie efficiënt - 100% Ecologisch: Geen/lage VOC (100%) Ruimtebesparend – nieuwe machines In lijn inzetbaar – bestaande machines “gelijktijdig” met conventionele coating werken Snel op te starten proces (LED > UV)
16
Hydrofobe UV-curable coatings Hydrofoob additief
%
Water repellency
Oil repellency
Rucostar EE6
2.5 5.0
9 9
4 5
Quecophob LE 4
2.5 5.0
7 8
6 6
PM 1680
2.5 5.0
10 10
7 7
Rucoguard USR
2.5 5.0
9 9
8 8
Quecophob LE 5
2.5 5.0
10 10
6 6
17
Abrasiebestendige UV-finish Polyester – ref.
1% add.
5% add.
90.000
100.000
80.000
90.000
80.000
100.000
Laromer
Bayhydrol-1 100.000
Bayhydrol-2
18
HOTMELT
19
Hotmelt – het materiaal 100% systemen conventionele polymeren biogebaseerde polymeren
Twee types Thermoplastische Reactieve
20
Thermoplastische hotmelts Bij opwarmen: polymeer wordt “vloeibaar” Bij afkoelen: polymeer wordt “vast” Coatinglaag of adhesieve laag Reversiebel recycleerbaar vb. PO, PES, PA, EVA, TPU….
21
Reactieve hotmelts Bij opwarmen: polymeer wordt “vloeibaar” Stimulus (vb. vocht, UV) noodzakelijk voor uitharding Coatinglaag of adhesieve laag Niet-reversiebel vochtuithardend: PU, APAO UV-uithardend: acrylaat
22
Smelten van het polymeer Geschikte smelter: thermoplastisch vs. reactief
23
Functionalisatie Gefunctionaliseerde hotmelts op de markt
MV9
Vlamvertragend antimicrobieel
Functionalisatie mogelijk via compounderen
24
Slide 24 MV9
Myriam Vanneste; 15/06/2013
Applicatiemethodes Multi-roller
Rotary screen
Gravure roll Spray
25
@ Centexbel Slot-die coater Werkbreedte: 45 cm Temperatuur: tot 200°C Snelheid: 0,5 – 30 m/min viscositeit: 100 mPa.s – 190.000 mPa.s
26
Hotmelt - voordelen Hotmelt coating: 100% systemen Economische voordelen: Geen verdamping water/solvent lagere E consumptie hogere productiesnelheid (lamineren vs. coating)
Ecologische voordelen: Geen emissie van solventen geen VOC’s Thermoplastische hotmelts kunnen gerecycleerd worden 27
Hotmelt - voordelen Parameter watergebaseerd Water/solvent 40-60% Emissie Ja oven
solventgebaseerd 50-70% Ja oven afzuiging dampen
hotmelt geen bij (te) hoge temperaturen
E verbruik
Hoog verdamping water
Relatief hoog verdamping solvent
Laag smelten hotmelt
Afval
Pasta
Solventgebaseerde pasta
Verwaarloosbaar Thermoplastische: herbruikbaar
28
Hotmelt - conclusie Hotmelts zijn een ecologisch coating alternatief Geen water of solvent Geen tot beperkte emissie Recyclage mogelijk - thermoplastische
Kunnen gefunctionaliseerd worden Vlamvertragend – Antimicrobieel - …
Ook biogebaseerde hotmelts komen op de markt
29
Katoen matrastijk
EN ISO 12952 Cigarette test Flame test
reference PA hotmelts, differing in viscosity, with 30% FR additive – 15 g/m²
30 g/m² 30
PLASMA(COATING)
31
Plasma – het proces Plasma = gas met ionen en elektronen = 4de aggregatietoestand van de materie Gas
atoom
Plasma
molecule
elektron (-)
positief ion 32
Plasma – het proces Deeltjes reageren verchillend met een oppervlak Elke soort heeft specifieke indringdiepte
33
Plasma – de effecten Verwijderen reinigen etsen steriliseren
34
Plasma – de effecten Toevoegen activatie: (tijdelijk) hydrofiel maken verbeteren hechting functionalisatie: (permanente) introductie chemische groepen depositie/coating
35
Introductie chemische groepen Zuurstofrijk proces Stikstofrijk proces
36
Plasmadepositie of coating Plasma source
Toevoegen chemicaliën (aerosol)
Plasmabron Plasma
Plasma
Substraat 37
Plasma - voordelen Dunne coating, enkele tientallen nm, add-on ~ 0.2g/m2 Geen invloed op flexibiliteit Geen invloed op de “touché”
Geen invloed op de bulkeigenschappen omwille van geringe penetratie
Efficiënt materiaalgebruik
38
Plasma – E verbruik Oleofoob maken van polyester Behandeling
GWP (kg CO2)
AP (g eq SO2)
POPC (g C2H4)
EU (g PO43-)
Plasma traditioneel
0.40 1.67
1.22 2.36
0.19 2.81
0.26 0.76
GWP: Global Warming Potential, CO2 emissie AP: Verzuring grond, lucht, water POPC: Fotochemische ozoncreatie, bijdrage tot ozonvorming EU: Eutrofiëring
LCA: Plasma = 1/3 of traditional process 39
Plasma - aandachtspunten Omwille van dunne laag: niet toepasbaar voor functionaliteiten die veel materiaal vereisten; vb. FR
Tijdseffect corona: tijdelijk effect (lucht) plasma: permanent effect (N2)
40
Plasma – types Atmosferische plasma Lagedruk plasma
41
Plasma - atmosferisch Electrodes
Plasmabron Textielsubstraat
Plasmazones
Plasma zone Geaarde electrode Textielsubstraat
beperking in dikte
42
Atmosferische plasma@ Centexbel Plasmabron
Plasma zones
Plasma Tegenelektrode 43
Plasma - lagedruk Vacuümkamer Uniforme plasmazone
Plasma coating: Waterafstotend Antimicrobieel
Batch of in lijn
Source: Acteco - Europlasma
44
Plasma - Conclusie Plasma en textiel: goede combinatie … Breed gamma aan oppervlakbehandelingen Verschillende substraten mogelijk Ecologisch: duurzame, droge technologie Economisch: efficiënt, unieke eigenschappen
…mits afstemming voor de specifieke toepassing. Plasmaproces i.f.v. de beoogde oppervlakbehandeling Plasmabron aangepast aan substraat
45
Poolhechting tapijt - plasma Verbetering met een factor 2 à 3 Plasma jet
Classical corona
Cleaned + Classical corona
Reference
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Afpelkracht (a.e.)
46
Alternatieve coatingtechnieken Wat houdt u tegen? Onbekend? geen kennis omtrent polymeerverwerking? geen kennis omtrent UV-formuleringen? betere staving energievoordelen gewenst? training gewenst omtrent hotmelt/UV/plasma kost apparatuur? …?
Centexbel werkt verder aan deze punten
47
digitaal printen – hotmelt – plasma – UV/LED/EB - poeder
Interesse? Laat het ons weten! 48
Contact Myriam Vanneste CENTEXBEL Technologiepark 7 9052 Zwijnaarde tel: 09/243 82 31 gsm: 0473/71 16 03 fax: 09/220 49 55 e-mail:
[email protected] url: www.centexbel.be 49
