UV-curable coatings – environment-friendly solution for sustainable protection of metal substrates

• Autorzy: Kopyciński Bartosz , Langer Ewa

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2023.6.1

Warianty tytułu

PL

Powłoki utwardzane promieniowaniem UV – przyjazne dla środowiska rozwiązanie w zakresie trwałej ochrony podłoży metalowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Providing adequate protection of metal materials is still a real challenge, which seems to be a twice as hard task, not only because of technical problems but also because of the requirements including the ecological aspect of the proposed solutions. Interesting alternatives to traditionally used paint coatings are undoubtedly UV-curable varnishes. Due to a number of advantages, among which the reduction of volatile organic compounds emissions or the renewable nature of the raw materials used for their production should be brought up, UV varnishes are relevant to classify them to so-called green chemistry. This article contains a brief description of the types and functions of individual components used in UV-curing formulas. The cross-linking mechanisms of such coatings were presented. A short review of the current state of the art in the field of obtaining new components for UV formulas and scientific reports on cross-linked protective coatings, including anti-corrosive ones, has been prepared. A tabular data presentation of UV-cured materials dedicated to application on metal substrates, which are currently commercially available was created. The synergic growth in the number of publications on the above matter and the constantly increasing register of UV raw materials suggest that in the coming years – due to its high attractiveness – this area will continue to gain in popularity.

PL

Zapewnienie należytej ochrony materiałom metalowym wciąż stanowi wyzwanie, i to nie tylko z powodu problemów technicznych, lecz także ze względu na wymagania dotyczące ekologiczności proponowanych rozwiązań. Interesującą alternatywą dla tradycyjnie stosowanych pokryć malarskich są lakiery utwardzane promieniowaniem UV. Z uwagi na to, że mają wiele zalet, wśród których należy przede wszystkim wymienić redukcję emisji lotnych związków organicznych oraz odnawialny charakter surowców używanych do ich produkcji, lakiery UV doskonale wpisują się w koncepcję tzw. zielonej chemii. W artykule opisano rodzaje i funkcje poszczególnych komponentów stosowanych w kompozycjach utwardzanych promieniowaniem UV. Przedstawiono mechanizmy sieciowania takich powłok. Dokonano krótkiego przeglądu aktualnego stanu wiedzy w zakresie otrzymywania nowych składników formuł UV oraz badań gotowych pokryć ochronnych, w tym antykorozyjnych. Wujęciu tabelarycznym przedstawiono informacje na temat obecnie dostępnych w sprzedaży komercyjnej materiałów utwardzanych promieniowaniem UV przeznaczonych do aplikacji na podłoża metalowe. Coraz większa liczba publikacji w tym zakresie oraz stale rozrastająca się baza surowców UV pozwalają sądzić, że w najbliższych latach tematyka ta będzie zyskiwać na popularności.

Słowa kluczowe

EN

protective coatings on metal; UV-curable varnishes; green chemistry

PL

powłoki ochronne na metal; lakiery utwardzane promieniowaniem UV; zielona chemia

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 6
• Strony: 160--169
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kopyciński Bartosz

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Centrum Farb i Tworzyw, Gliwice Szkoła Doktorów, Politechnika Śląska, Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-8317-0552

autor

Langer Ewa

• Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Centrum Farb i Tworzyw, Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-8193-1987

Bibliografia

• [1] J. Zhang, J. Huang, G. Zhu, X. Yu, J. Cheng, Z. Liu, Y. Hu, Q. Shang, C. Liu, L. Hu, Y. Zhou. 2021. “Self-Healing, Recyclable, and Removable UV-Curable Coatings Derived from Tung Oil and Malic Acid”. Green Chemistry 23: 5875–5886. DOI: 10.1039/d1gc01726h.
• [2] R.S. Rawat, N. Chouhan, M. Talwar, R. K. Diwan, A. K. Tyagi. 2019. “UV Coatings for Wooden Surfaces”. Progress in Organic Coatings 135: 490–495. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2019.06.051.
• [3] D. Todorova, K. Dimitrov, M. Herzog. 2021. “Solvent Free UV Curable Coating for Paper Protection”. Sustainable Chemistry and Pharmacy 24: 100543. DOI: 10.1016/j.scp.2021.100543.
• [4] K. Zhang, T. Li, T. Zhang, C. Wang, C. Wang, M. Wu. 2013. “Adhesion Improvement of UV-Curable Ink Using Silane Coupling Agent onto Glass Substrate”. Journal of Adhesion Science and Technology 27(13): 1499–1510. DOI: 10.1080/01694243.2012.746159.
• [5] L. Fertier, H. Koleilat, M. Stemmelen, O. Giani, C. Joly-Duhamel, V. Lapinte, J. J. Robin. 2013. “The Use of Renewable Feedstock in UV-Curable Materials – A New Age for Polymers and Green Chemistry”. Progress in Polymer Science 38(6): 932–962. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2012.12.002.
• [6] S. C. Ligon, B. Husár, H. Wutzel, R. Holman, R. Liska. 2014. “Strategies to Reduce Oxygen Inhibition in Photoinduced Polymerization”. Chemical Reviews 114(1): 557–589. DOI: 10.1021/cr3005197.
• [7] C. Mendes-Felipe, J. Oliveira, I. Etxebarria, J. L. Vilas-Vilela, S. Lanceros- -Mendez. 2019. “State-of-the-Art and Future Challenges of UV Curable Polymer-Based Smart Materials for Printing Technologies”. Advanced Materials Technologies 4(3): 1800618. DOI: 10.1002/admt.201800618.
• [8] L. Pezzana, E. Malmström, M. Johansson, M. Sangermano. 2021. „UV-Curable Bio-Based Polymers Derived from Industrial Pulp and Paper Processes”. Polymers 13(9):1530. DOI: 10.3390/polym13091530.
• [9] C. Schmitz, T. Poplata, A. Feilen, B. Strehmel. 2020. “Radiation Crosslinking of Pigmented Coating Material by UV LEDs Enabling Depth Curing and Preventing Oxygen Inhibition”. Progress in Organic Coatings 144: 105663. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2020.105663.
• [10] R. Schwalm. 2006. UV Coatings: Basics, Recent Developments and New Applications. Amsterdam: Elsevier Science.
• [11] M. Kaur, A. K. Srivastava. 2002. “Photopolymerization: A Review”. Journal of Macromolecular Science, Part C: Polymer Reviews 42(4): 481–512. DOI: 10.1081/MC-120015988.
• [12] V. Shukla, M. Bajpai, D. K. Singh, M. Singh, R. Shukla. 2004. “Review of Basic Chemistry of UV‐Curing Technology”. Pigment and Resin Technology 33(5): 272–279. DOI: 10.1108/03699420410560461.
• [13] A. Bagheri, J. Jin. 2019. “Photopolymerization in 3D Printing”. ACS Applied Polymer Materials 1(4): 593–611. DOI: 10.1021/acsapm.8b00165.
• [14] https://www.photoinitiators-platform.org/about-photoinitiators/ (access: 16.04.2023).
• [15] C. Noè, L. Iannucci, S. Malburet, A. Graillot, M. Sangermano, S. Grassini. 2021. “New UV-Curable Anticorrosion Coatings from Vegetable Oils”. Macromolecular Materials and Engineering 306(6): 2100029. DOI: 10.1002/mame.202100029.
• [16] C. W. Peng, K. C. Chang, C. J. Weng, M. C. Lai, C. H. Hsu, S. C. Hsu, S. Y. Li, Y. Wei, J. M. Yeh. 2013. “UV-Curable Nanocasting Technique to Prepare Bio-Mimetic Super-Hydrophobic Non-Fluorinated Polymeric Surfaces for Advanced Anticorrosive Coatings”. Polymer Chemistry 4: 926–932. DOI: 10.1039/C2PY20613G.
• [17] A. Z. Yu, J. M. Sahouani, D. C. Webster. 2018. “Highly Functional Methacrylated Bio-Based Resins for UV-Curable Coatings”. Progress in Organic Coatings 122: 219–228. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2018.05.035.
• [18] J. Tong, W. Pan, J. Ma, J. Luo, R. Liu. 2023. “Preparation of Photosensitive Phytic Acid Doped Polyaniline and Its Application in UV-Curable Anticorrosive Coatings”. Progress in Organic Coatings 175: 107366. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2022.107366.
• [19] S. Jafarzadeh, P. M. Claesson, P. E. Sundell, E. Tyrode, J. Pan. 2016. “Active Corrosion Protection by Conductive Composites of Polyaniline in a UV-Cured Polyester Acrylate Coating”. Progress in Organic Coatings 90: 154–162. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2015.10.008.
• [20] R. Liu, X. Zhang, J. Zhu, X. Liu, Z. Wang, J. Yan. 2015. “UV-Curable Coatings from Multiarmed Cardanol-Based Acrylate Oligomers”. ACS Sustainable Chemistry and Engineering 3(7): 1313–1320. DOI: 10.1021/acssuschemeng.5b00029.
• [21] W. C. Choi, W. K. Lee, C. S. Ha. 2018. “Synthesis and Properties of UV-Curable Polyurethane Acrylates Based on Different Polyols for Coating of Metal Sheets”. Molecular Crystals and Liquid Crystals 660(1): 104–109. DOI: 10.1080/15421406.2018.1456087.
• [22] X. Wang, J. Zhang, J. Liu, R. Liu, J. Luo. 2022. “Synthesis of Acrylated Tannic Acid as Bio-Based Adhesion Promoter in UV-Curable Coating with Improved Corrosion Resistance”. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 644: 128834. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2022.128834.
• [23] X. Wang, J. Zhang, J. Liu, J. Luo. 2022. “Phytic Acid-Based Adhesion Promoter for UV-Curable Coating: High Performance, Low Cost, and Eco-Friendliness”. Progress in Organic Coatings 167: 106834. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2022.106834.
• [24] F. Millet, R. Auvergne, S. Caillol, G. David, A. Manseri, N. Pébère. 2014. “Improvement of Corrosion Protection of Steel by Incorporation of a New Phosphonated Fatty Acid in a Phosphorus-Containing Polymer Coating Obtained by UV Curing”. Progress in Organic Coatings 77(2): 285–291. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2013.10.002.
• [25] G. Phalak, D. Patil, V. Vignesh, S. Mhaske. 2018. “Development of Tri-Functional Biobased Reactive Diluent from Ricinoleic Acid for UV Curable Coating Application”. 2018. Industrial Crops and Products 119: 9–21. DOI: 10.1016/j.indcrop.2018.04.001.
• [26] L. Fertier, M. Ibert, C. Buffe, R. Saint-Loup, C. Joly-Duhamel, J. J. Robin, O. Giani. 2016. “New Biosourced UV Curable Coatings Based on Isosorbide”. Progress in Organic Coatings 99: 393–399. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2016.07.001.
• [27] https://allnex.com/ (access: 13.04.2023).
• [28] https://www.rahn-group.com/ (access: 12.04.2023).
• [29] https://www.igmresins.com/ (access: 13.04.2023).
• [30] M. Zubielewicz, E. Langer, A. Królikowska, L. Komorowski, M. Wanner, K. Krawczyk, L. Aktas, M. Hilt. 2021. “Concepts of Steel Protection by Coatings with a Reduced Content of Zinc Pigments”. Progress in Organic Coatings 161: 106471. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2021.106471.
• [31] E. Armelin, R. Pla, F. Liesa, X. Ramis, J. I. Iribarren, C. Alemán. 2008. “Corrosion Protection with Polyaniline and Polypyrrole as Anticorrosive Additives for Epoxy Paint”. Corrosion Science 50(3): 721–728. DOI: 10.1016//j.corsci.2007.10.006.
• [32] H. Hu, Y. He, Z. Long, Y. Zhan. 2017. “Synergistic Effect of Functional Carbon Nanotubes and Graphene Oxide on the Anti-Corrosion Performance of Epoxy Coating”. Polymers for Advanced Technologies 28(6):754–762. DOI: 10.1002/pat.3977.
• [33] A. Duda, B. Kopyciński. 2022. “Application of Thermal Spray Technologies in Anticorrosive Coatings: A Short Review”. Ochrona przed Korozją 65(2): 37–42. DOI: 10.15199/40.2022.2.1.
• [34] B. Kopyciński, A. Duda. 2022. “Anthocyanins – Corrosion Inhibitors Straight from Nature”. Ochrona przed Korozją 65(7): 216–221. DOI: 10.15199/40.2022.7.2

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).