Phát triển công nghệ lớp phủ trong Phòng thí nghiệm 4.0 tại BASF

Tìm kiếm những sáng tạo

Lớp phủ là hệ thống vật liệu cực kỳ phức tạp, thực hiện đồng thời nhiều chức năng vật liệu và tất nhiên, cũng tăng cường hoặc thậm chí xác định hiệu ứng thẩm mỹ của các sản phẩm được phủ. Phát triển công nghệ lớp phủ là một quy trình khó khăn – và thường là một nhiệm vụ bất khả thi, vì các thành phần công thức chức năng thường không hoạt động hài hòa với nhau mà ảnh hưởng lẫn nhau và do đó thay đổi các đặc tính như độ cứng hoặc giá trị màu. Đối với phòng thí nghiệm phát triển lớp phủ, điều này tương đương với một loạt các thử nghiệm và một lượng dữ liệu lớn, gần như không thể quản lý để đánh giá. Và nếu một công thức được tối ưu hóa được điều chỉnh cho một sắc thái màu khác hoặc một nguyên liệu thô được thay thế bằng một nguyên liệu bền vững hơn, thì công việc lại bắt đầu lại từ đầu.

Khi BASF được thành lập vào năm 1865, anilin, một trong những vật liệu cơ bản đầu tiên được sản xuất công nghiệp để làm thuốc nhuộm, là sản phẩm quan trọng nhất của công ty. Ngày nay, BASF SE là một công ty toàn cầu với vô số bộ phận sản phẩm, nhưng chuyên môn về sơn và chất phủ vẫn nằm trong DNA của công ty. Do đó, BASF đang áp dụng một cách tiếp cận sáng tạo để thử thách nghiên cứu phát triển cho lớp phủ với Phòng thí nghiệm định hình vật liệu kỹ thuật số ED của họ: Dữ liệu định hình mẫu được phân phối trên toàn công ty trên toàn thế giới và cho phép phát triển nhanh chóng và có mục tiêu cho các yêu cầu cụ thể của khách hàng.

Phòng thí nghiệm sơn phủ đưa vào hoạt động

“Số hóa là tương lai!” Priya Anand, Trưởng phòng Phát triển Sản phẩm (Phòng thí nghiệm Định hình Vật liệu Kỹ thuật số) tại BASF cho biết. Tiến sĩ Anand đứng đầu Phòng thí nghiệm và đang thực hiện sứ mệnh thúc đẩy hơn nữa quá trình chuyển đổi kỹ thuật số và sử dụng kết quả cho mô hình hóa dựa trên dữ liệu. Máy phủ tự động hóa phòng thí nghiệm được thiết kế và phát triển với sự hợp tác chặt chẽ với ORONTEC có trụ sở tại Dortmund. ORONTEC là một chuyên gia về tự động hóa và số hóa cho ngành công nghiệp sơn phủ; tại BASF SE, họ đã có thể triển khai dự án lớn nhất của mình cho đến nay.

Phòng thí nghiệm tự động hóa tại trụ sở Ludwigshafen bao gồm toàn bộ quy trình phân tích mẫu sơn. Ở bước đầu tiên, một cơ sở sàng lọc công thức thông lượng cao chuẩn bị các công thức, thay đổi từng công thức theo các thông số được xác định trước. Ở bước tiếp theo, các chất nền khác nhau được phủ đồng đều bằng các mẫu sơn và được xử lý. Điều này không chỉ cực kỳ nhanh mà còn đảm bảo việc chuẩn bị mẫu được chuẩn hóa và không phụ thuộc vào người dùng, điều này rất quan trọng đối với khả năng so sánh và khả năng tái tạo dữ liệu. Bước cuối cùng, được ORONTEC triển khai, bao gồm việc mô tả các mẫu bằng Máy phủ bề mặt Q-Chain®. Hệ thống này xác định các thông số vật liệu như giá trị màu, độ bóng, độ mờ, DOI, độ dày màng khô cũng như khả năng thấm ướt dựa trên góc tiếp xúc. Cuối cùng, dữ liệu mẫu được hợp nhất tự động của tất cả các phép đo này được liên kết với thành phần của công thức tương ứng.

Độ thấm ướt – một thông số tiêu chuẩn mới trong đặc tính lớp phủ tự động

Máy phủ bề mặt dạng mô-đun của ORONTEC tích hợp các thiết bị đo theo các tiêu chuẩn và quy chuẩn của ngành công nghiệp sơn phủ. Khi các yêu cầu riêng lẻ vượt quá mức này, như trường hợp của BASF, ORONTEC phát triển khái niệm tự động hóa cùng với khách hàng. Tại BASF SE, ORONTEC đã tích hợp phép đo góc tiếp xúc vào hệ thống Máy phủ bề mặt lần đầu tiên theo các yêu cầu. Biến số đo lường này tương quan với các đặc tính chống thấm nước và bụi bẩn cũng như chống ăn mòn của các bề mặt được phủ và do đó cuối cùng là với tuổi thọ và tính bền vững của sản phẩm.

Máy phân tích bề mặt di động KRÜSS – MSA được triển khai cho góc tiếp xúc đã được sử dụng tại BASF SE trong hoạt động phòng thí nghiệm thông thường. Ngoài tính di động và phân tích tự động đáng tin cậy, tốc độ đo và kết quả đầu ra đặc biệt nhanh cũng dẫn đến quyết định đưa thiết bị này vào. ORONTEC có thể dễ dàng tích hợp phần mềm ADVANCE liên quan vào quá trình tự động hóa và xử lý dữ liệu phức tạp thông qua giao diện (API).

Đối với KRÜSS, đây không phải là lần đầu tiên tích hợp vào hệ thống tự động hóa – tuy nhiên, lần đầu tiên, không chỉ góc tiếp xúc của nước mà cả góc tiếp xúc của diiodomethane được đo để xác định sức căng bề mặt (SFE). Thông tin này cung cấp hồ sơ về khả năng thấm ướt bề mặt của các chất phân cực và không phân cực. Việc tích hợp kỹ thuật số của quy trình đo lường này chỉ có thể thực hiện được thông qua sự phát triển của phương pháp One-Click SFE nhanh chóng.

Có một tiềm năng trong ngành sơn phủ – đối với ORONTEC, các cơ hội phát triển và sử dụng sức mạnh tổng hợp thông qua số hóa chỉ mới bắt đầu. Dự án được triển khai tại BASF SE chứng minh một cách ấn tượng cách phát triển sơn phủ hiệu quả có thể trở nên như thế nào thông qua tự động hóa và trí thông minh hệ thống.