ไพรเมอร์สำหรับเคลือบด้วยสารยูวี

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา มีการลดปริมาณตัวทำละลายที่ปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งเรียกว่า VOCs (สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย) และโดยพื้นฐานแล้ว ตัวทำละลายเหล่านี้ครอบคลุมตัวทำละลายทุกชนิดที่เราใช้ ยกเว้นอะซิโตน ซึ่งมีปฏิกิริยาทางเคมีแสงต่ำมาก และได้รับการยกเว้นไม่ให้เป็นตัวทำละลาย VOC

แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราสามารถกำจัดตัวทำละลายออกไปได้ทั้งหมดและยังคงได้รับผลลัพธ์การปกป้องและการตกแต่งที่ดีด้วยความพยายามที่น้อยที่สุด?
นั่นคงจะดีมาก — และเราก็ทำได้ เทคโนโลยีที่ทำให้สิ่งนี้เป็นไปได้นี้เรียกว่าการบ่มด้วยแสงยูวี (UV curing) ซึ่งถูกนำมาใช้ตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1970 สำหรับวัสดุทุกประเภท ทั้งโลหะ พลาสติก แก้ว กระดาษ และที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ คือ ไม้

สารเคลือบที่บ่มด้วยรังสียูวีจะบ่มตัวเมื่อได้รับแสงอัลตราไวโอเลตในระดับนาโนเมตรที่ระดับต่ำสุดหรือต่ำกว่าระดับแสงที่มองเห็นได้เล็กน้อย ข้อดีของสารเคลือบชนิดนี้ ได้แก่ การลดปริมาณสารอินทรีย์ระเหย (VOC) ลงอย่างมากหรือการกำจัดได้หมดจด ลดของเสีย ใช้พื้นที่น้อยลง จัดการและจัดเก็บได้ทันที (จึงไม่จำเป็นต้องใช้ราวตากผ้า) ลดต้นทุนแรงงาน และผลิตได้เร็วขึ้น
ข้อเสียสำคัญสองประการคือต้นทุนอุปกรณ์เริ่มต้นที่สูงและความยากในการตกแต่งวัตถุสามมิติที่ซับซ้อน ดังนั้น การอบด้วยแสงยูวีจึงมักจำกัดอยู่แค่โรงงานขนาดใหญ่ที่ผลิตวัตถุที่ค่อนข้างแบน เช่น ประตู แผงไม้ พื้น บัว และชิ้นส่วนพร้อมประกอบ

วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจกับสารเคลือบผิวที่บ่มด้วยแสงยูวีคือการเปรียบเทียบกับสารเคลือบผิวที่เร่งปฏิกิริยาทั่วไปที่คุณอาจคุ้นเคย เช่นเดียวกับสารเคลือบผิวที่เร่งปฏิกิริยา สารเคลือบผิวที่บ่มด้วยแสงยูวีประกอบด้วยเรซินเพื่อให้เกิดการยึดเกาะ ตัวทำละลายหรือสารทดแทนการทำให้บางลง ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเริ่มต้นการเชื่อมขวางและทำให้เกิดการบ่ม และสารเติมแต่งบางชนิด เช่น สารทำให้เรียบ เพื่อเพิ่มคุณสมบัติพิเศษ

มีการใช้เรซินหลักหลายชนิด รวมถึงอนุพันธ์ของอีพอกซี ยูรีเทน อะคริลิก และโพลีเอสเตอร์
ในทุกกรณี เรซินเหล่านี้จะแข็งตัวและทนต่อตัวทำละลายและรอยขีดข่วน คล้ายกับวานิชที่ผ่านการเร่งปฏิกิริยา (แปลงสภาพ) ซึ่งทำให้การซ่อมแซมที่มองไม่เห็นทำได้ยากหากฟิล์มที่แข็งตัวแล้วเกิดความเสียหาย

สารเคลือบที่บ่มด้วยแสงยูวีสามารถมีสภาพเป็นของแข็งได้ 100 เปอร์เซ็นต์ในรูปของเหลว กล่าวคือ ความหนาของสารเคลือบที่เคลือบบนไม้จะเท่ากับความหนาของสารเคลือบที่บ่มแล้ว ไม่มีอะไรระเหยออกมา แต่เรซินหลักมีความหนาเกินไปสำหรับการนำไปใช้งานได้ง่าย ดังนั้นผู้ผลิตจึงเติมโมเลกุลขนาดเล็กที่ทำปฏิกิริยาได้เพื่อลดความหนืด ต่างจากตัวทำละลายที่ระเหยได้ โมเลกุลที่เติมเข้าไปเหล่านี้จะเชื่อมขวางกับโมเลกุลเรซินขนาดใหญ่เพื่อสร้างฟิล์ม

สามารถเติมตัวทำละลายหรือน้ำลงในทินเนอร์ได้หากต้องการฟิล์มที่บางลง เช่น สำหรับเคลือบซีลเลอร์ แต่โดยทั่วไปแล้วไม่จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลายหรือน้ำในการพ่นเคลือบ เมื่อเติมตัวทำละลายหรือน้ำ จะต้องปล่อยให้ระเหย หรืออบในเตาอบก่อนเริ่มการอบด้วยแสงยูวี

ตัวเร่งปฏิกิริยา
ต่างจากวานิชแบบเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะเริ่มแข็งตัวเมื่อเติมตัวเร่งปฏิกิริยาลงไป ตัวเร่งปฏิกิริยาในสารเคลือบผิวที่ผ่านการบ่มด้วยรังสี UV หรือที่เรียกว่า “โฟโตอินิเตเตอร์” จะไม่ทำงานใดๆ จนกว่าจะได้รับพลังงานจากแสง UV จากนั้นจึงจะเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่อย่างรวดเร็วที่เชื่อมโมเลกุลทั้งหมดในสารเคลือบเข้าด้วยกันเพื่อสร้างฟิล์ม

กระบวนการนี้เองที่ทำให้ผลิตภัณฑ์เคลือบผิวที่บ่มด้วยแสงยูวีมีความโดดเด่นไม่เหมือนใคร แทบจะไม่มีอายุการใช้งานหรืออายุการใช้งานของสารเคลือบผิวนี้เลย สารเคลือบผิวจะคงอยู่ในรูปของเหลวจนกว่าจะถูกฉายแสงยูวี จากนั้นจะแห้งสนิทภายในไม่กี่วินาที โปรดทราบว่าแสงแดดสามารถกระตุ้นให้เกิดการบ่มได้ ดังนั้นจึงควรหลีกเลี่ยงการสัมผัสแสงประเภทนี้

อาจง่ายกว่าที่จะคิดว่าตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเคลือบ UV เป็นสองส่วนแทนที่จะเป็นหนึ่งส่วน มีตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตอินิเตเตอร์อยู่ในสารเคลือบแล้ว — ประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์ของของเหลว — และยังมีพลังงานจากแสง UV ที่ทำให้มันเริ่มทำงาน หากไม่มีทั้งสองส่วน ก็จะไม่มีอะไรเกิดขึ้น

คุณสมบัติพิเศษนี้ทำให้สามารถนำสีที่พ่นเกินกลับมาใช้ใหม่ได้นอกช่วงแสงยูวี และนำสีเดิมกลับมาใช้ใหม่ได้ ดังนั้นจึงสามารถกำจัดของเสียได้เกือบหมด
แสงยูวีแบบดั้งเดิมคือหลอดไอปรอทพร้อมแผ่นสะท้อนแสงทรงรีเพื่อรวบรวมและนำแสงไปยังชิ้นงาน แนวคิดคือการโฟกัสแสงเพื่อให้ได้ผลสูงสุดในการจุดประกายแสง

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา หลอดไฟ LED (ไดโอดเปล่งแสง) ได้เริ่มเข้ามาแทนที่หลอดไฟแบบเดิม เนื่องจากหลอดไฟ LED กินไฟน้อยกว่า อายุการใช้งานยาวนานกว่ามาก ไม่ต้องให้ความร้อน และมีช่วงความยาวคลื่นแคบ จึงไม่ก่อให้เกิดความร้อนที่ก่อให้เกิดปัญหามากนัก ความร้อนนี้สามารถทำให้เรซินในไม้ เช่น ไม้สน ละลายเป็นของเหลว และจำเป็นต้องระบายความร้อนออกไป
อย่างไรก็ตาม กระบวนการบ่มนั้นเหมือนกัน ทุกอย่างอยู่ใน "แนวสายตา" การเคลือบจะบ่มก็ต่อเมื่อแสงยูวีตกกระทบจากระยะที่กำหนดเท่านั้น พื้นที่ที่อยู่ในเงามืดหรืออยู่นอกระยะโฟกัสของแสงจะไม่สามารถบ่มได้ นี่เป็นข้อจำกัดสำคัญของการบ่มด้วยแสงยูวีในปัจจุบัน

ในการอบเคลือบบนวัตถุที่มีความซับซ้อนใดๆ แม้แต่วัตถุที่เกือบจะแบนราบอย่างแม่พิมพ์ขึ้นรูป จำเป็นต้องจัดวางแสงให้ส่องกระทบพื้นผิวทุกจุดด้วยระยะห่างคงที่เท่ากันเพื่อให้สอดคล้องกับสูตรของสารเคลือบ นี่คือเหตุผลที่วัตถุแบนราบมักถูกนำไปใช้เป็นวัสดุส่วนใหญ่ที่เคลือบด้วยสารเคลือบยูวี

การจัดเตรียมสองแบบทั่วไปสำหรับการเคลือบ UV และการบ่มคือแบบเส้นแบนและแบบห้อง
เมื่อใช้เส้นแบน วัตถุที่แบนราบหรือเกือบแบนราบจะเคลื่อนตัวไปตามสายพานลำเลียงใต้เครื่องพ่นหรือลูกกลิ้ง หรือผ่านห้องสุญญากาศ จากนั้นจึงผ่านเตาอบหากจำเป็นเพื่อกำจัดตัวทำละลายหรือน้ำ และสุดท้ายผ่านหลอด UV เพื่อบ่ม จากนั้นจึงนำวัตถุเหล่านั้นมาเรียงซ้อนกันได้ทันที

ในห้องทดลอง วัตถุมักจะถูกแขวนและเคลื่อนย้ายไปตามสายพานลำเลียงด้วยขั้นตอนเดียวกัน ห้องทดลองทำให้สามารถตกแต่งทุกด้านได้ในคราวเดียว และสามารถตกแต่งวัตถุสามมิติที่ไม่ซับซ้อนได้

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือการใช้หุ่นยนต์หมุนวัตถุด้านหน้าหลอด UV หรือถือหลอด UV แล้วเคลื่อนย้ายวัตถุไปรอบๆ
ซัพพลายเออร์มีบทบาทสำคัญ
สำหรับสารเคลือบและอุปกรณ์ที่บ่มด้วยแสงยูวี การทำงานร่วมกับซัพพลายเออร์มีความสำคัญยิ่งกว่าการใช้สารเคลือบเงาแบบเร่งปฏิกิริยา เหตุผลหลักคือจำนวนตัวแปรที่ต้องประสานงาน ซึ่งรวมถึงความยาวคลื่นของหลอดไฟหรือหลอด LED และระยะห่างจากวัตถุ การกำหนดสูตรของสารเคลือบ และความเร็วของเส้นหากคุณใช้เส้นเคลือบ