In den letzten Jahrzehnten lag der Fokus darauf, die Menge der in die Atmosphäre freigesetzten Lösungsmittel zu reduzieren. Diese werden als VOCs (flüchtige organische Verbindungen) bezeichnet und umfassen praktisch alle von uns verwendeten Lösungsmittel mit Ausnahme von Aceton, das eine sehr geringe photochemische Reaktivität aufweist und daher nicht als VOC-Lösungsmittel gilt.
Was aber, wenn wir Lösungsmittel komplett eliminieren und trotzdem mit minimalem Aufwand gute Schutz- und Dekorationsergebnisse erzielen könnten?
Das wäre großartig – und das können wir. Die Technologie, die dies ermöglicht, heißt UV-Härtung. Sie wird seit den 1970er-Jahren für verschiedenste Materialien eingesetzt, darunter Metall, Kunststoff, Glas, Papier und zunehmend auch Holz.
UV-härtende Beschichtungen härten unter Einwirkung von ultraviolettem Licht im Nanometerbereich, also knapp unterhalb des sichtbaren Lichts. Zu ihren Vorteilen zählen die deutliche Reduzierung oder vollständige Vermeidung von VOCs, weniger Abfall, geringerer Platzbedarf, sofortige Handhabung und Stapelbarkeit (Trockengestelle sind daher nicht erforderlich), geringere Arbeitskosten und höhere Produktionsgeschwindigkeiten.
Die beiden wichtigsten Nachteile sind die hohen Anschaffungskosten für die Ausrüstung und die Schwierigkeit, komplexe 3D-Objekte zu bearbeiten. Daher beschränkt sich der Einsatz der UV-Härtung in der Regel auf größere Betriebe, die relativ flache Objekte wie Türen, Wandverkleidungen, Fußböden, Zierleisten und montagefertige Teile herstellen.
UV-härtende Lacke lassen sich am einfachsten verstehen, indem man sie mit den Ihnen wahrscheinlich bekannten, katalysierten Lacken vergleicht. Wie diese enthalten auch UV-härtende Lacke ein Harz für den Schichtaufbau, ein Lösungsmittel oder einen Verdünner, einen Katalysator zur Einleitung der Vernetzung und Aushärtung sowie Additive wie Mattierungsmittel für besondere Eigenschaften.
Es werden verschiedene Primärharze verwendet, darunter Derivate von Epoxid-, Urethan-, Acryl- und Polyesterharzen.
In allen Fällen härten diese Harze sehr hart aus und sind lösungsmittel- und kratzfest, ähnlich wie katalysierte (Konversions-)Lacke. Dies erschwert unsichtbare Reparaturen, falls der ausgehärtete Film beschädigt werden sollte.
UV-härtende Lacke können in flüssiger Form zu 100 % aus Feststoffen bestehen. Das heißt, die Dicke der auf das Holz aufgetragenen Schicht entspricht der Dicke der ausgehärteten Beschichtung. Es kann nichts verdunsten. Das primäre Harz ist jedoch für eine einfache Anwendung zu dickflüssig. Daher fügen Hersteller kleinere reaktive Moleküle hinzu, um die Viskosität zu reduzieren. Im Gegensatz zu Lösungsmitteln, die verdunsten, vernetzen sich diese zusätzlichen Moleküle mit den größeren Harzmolekülen und bilden so den Film.
Lösungsmittel oder Wasser können als Verdünner hinzugefügt werden, wenn ein dünnerer Schichtaufbau gewünscht ist, beispielsweise für eine Versiegelungsschicht. Normalerweise sind sie jedoch nicht erforderlich, um die Oberfläche spritzfähig zu machen. Werden Lösungsmittel oder Wasser hinzugefügt, müssen diese vor Beginn der UV-Härtung verdunsten können (entweder durch Verdunstung im Ofen oder durch Trocknung im Ofen).
Der Katalysator
Anders als bei katalysierten Lacken, deren Aushärtung mit der Zugabe des Katalysators beginnt, reagiert der Katalysator in einer UV-härtenden Beschichtung, der sogenannte „Photoinitiator“, erst nach der Bestrahlung mit UV-Licht. Dann setzt er eine schnelle Kettenreaktion in Gang, die alle Moleküle der Beschichtung miteinander verbindet und so den Film bildet.
Dieser Prozess macht UV-gehärtete Lacke so einzigartig. Der Lack hat praktisch keine Lager- oder Verarbeitungszeit. Er bleibt flüssig, bis er UV-Licht ausgesetzt wird. Dann härtet er innerhalb weniger Sekunden vollständig aus. Beachten Sie, dass Sonnenlicht die Aushärtung beschleunigen kann. Vermeiden Sie daher direkte Sonneneinstrahlung.
Es ist vielleicht einfacher, den Katalysator für UV-Beschichtungen als zwei Komponenten statt als eine zu betrachten. Da ist der bereits in der Beschichtung enthaltene Fotoinitiator – etwa 5 Prozent der Flüssigkeit – und die Energie des UV-Lichts, die ihn aktiviert. Ohne beides passiert nichts.
Diese einzigartige Eigenschaft ermöglicht es, Sprühnebel außerhalb des UV-Lichtbereichs aufzufangen und die Lackierung erneut zu verwenden. So lässt sich Abfall nahezu vollständig vermeiden.
Die herkömmliche UV-Lampe besteht aus einer Quecksilberdampflampe und einem elliptischen Reflektor, der das Licht bündelt und auf das zu untersuchende Bauteil lenkt. Ziel ist es, das Licht so zu bündeln, dass die Aktivierung des Fotoinitiators maximal wirksam ist.
In den letzten zehn Jahren haben LEDs (Leuchtdioden) die herkömmlichen Glühbirnen zunehmend ersetzt, da sie weniger Strom verbrauchen, eine deutlich längere Lebensdauer haben, sich nicht erwärmen müssen und aufgrund ihres schmalen Wellenlängenbereichs deutlich weniger problematische Wärme erzeugen. Diese Wärme kann Harze im Holz, beispielsweise in Kiefernholz, verflüssigen und muss daher abgeführt werden.
Der Aushärtungsprozess ist jedoch derselbe. Alles basiert auf direkter UV-Bestrahlung. Die Beschichtung härtet nur aus, wenn das UV-Licht aus einem bestimmten Abstand darauf trifft. Bereiche im Schatten oder außerhalb des Fokusbereichs des Lichts härten nicht aus. Dies ist derzeit eine wichtige Einschränkung der UV-Härtung.
Um die Beschichtung auf komplexen Objekten, selbst auf nahezu flachen Profilleisten, auszuhärten, müssen die Lampen so angeordnet sein, dass sie jede Oberfläche im gleichen, festen Abstand treffen, um der Zusammensetzung der Beschichtung gerecht zu werden. Aus diesem Grund werden flache Objekte in der überwiegenden Mehrheit der Projekte mit UV-gehärteter Beschichtung versehen.
Die beiden gebräuchlichsten Anordnungen für das Auftragen und Aushärten von UV-Beschichtungen sind die Flachlinien- und die Kammerbeschichtung.
Bei der Flachlinien-Aushärtung werden die flachen oder nahezu flachen Objekte auf einem Förderband unter einer Sprüh- oder Walzenanlage oder durch eine Vakuumkammer transportiert, anschließend gegebenenfalls durch einen Ofen zur Entfernung von Lösungsmitteln oder Wasser und schließlich unter UV-Lampen ausgehärtet. Die Objekte können dann sofort gestapelt werden.
In Bearbeitungskammern werden die Objekte üblicherweise aufgehängt und entlang eines Förderbandes durch dieselben Arbeitsschritte transportiert. Eine solche Kammer ermöglicht die gleichzeitige Bearbeitung aller Seiten sowie die Bearbeitung einfacher, dreidimensionaler Objekte.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Roboter zu verwenden, der das Objekt vor UV-Lampen dreht, oder eine UV-Lampe zu halten und das Objekt um sie herum zu bewegen.
Lieferanten spielen eine Schlüsselrolle
Bei UV-härtenden Lacken und Anlagen ist die Zusammenarbeit mit den Lieferanten noch wichtiger als bei katalysierten Lacken. Hauptgrund dafür ist die Vielzahl der zu koordinierenden Variablen. Dazu gehören die Wellenlänge der Lampen oder LEDs und deren Abstand zu den Objekten, die Zusammensetzung des Lacks sowie die Liniengeschwindigkeit bei Verwendung einer Lackieranlage.
Veröffentlichungsdatum: 23. April 2023
