UV- und EB-Härtung beschreibt typischerweise die Polymerisation einer Mischung aus Monomeren und Oligomeren auf einem Substrat mithilfe von Elektronenstrahlen (EB), ultraviolettem Licht (UV) oder sichtbarem Licht. Das UV- und EB-Material kann zu Tinte, Beschichtung, Klebstoff oder anderen Produkten verarbeitet werden. Das Verfahren wird auch als Strahlungshärtung oder Radcure bezeichnet, da UV und EB Strahlungsenergiequellen sind. Als Energiequellen für die UV- oder sichtbare Lichthärtung werden typischerweise Mitteldruck-Quecksilberdampflampen, gepulste Xenonlampen, LEDs oder Laser eingesetzt. Im Gegensatz zu Lichtphotonen, die hauptsächlich an der Materialoberfläche absorbiert werden, kann EB Materie durchdringen.
Drei überzeugende Gründe für den Umstieg auf UV- und EB-Technologie
Energieeinsparung und gesteigerte Produktivität: Da die meisten Systeme lösungsmittelfrei sind und weniger als eine Sekunde Einwirkzeit benötigen, sind die Produktivitätssteigerungen im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungsverfahren enorm. Bahngeschwindigkeiten von 305 m/min sind üblich, und das Produkt ist sofort bereit für Tests und den Versand.
Geeignet für empfindliche Untergründe: Die meisten Systeme enthalten weder Wasser noch Lösungsmittel. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren die vollständige Kontrolle der Aushärtungstemperatur und ist somit ideal für die Anwendung auf wärmeempfindlichen Untergründen.
Umwelt- und anwenderfreundlich: Die Zusammensetzungen sind in der Regel lösungsmittelfrei, sodass Emissionen und Entflammbarkeit kein Problem darstellen. Lichthärtungssysteme sind mit nahezu allen Applikationstechniken kompatibel und benötigen nur minimalen Platz. UV-Lampen lassen sich üblicherweise in bestehende Produktionslinien integrieren.
UV- und EB-härtbare Zusammensetzungen
Monomere sind die einfachsten Bausteine, aus denen synthetische organische Materialien hergestellt werden. Ein einfaches Monomer, das aus Erdöl gewonnen wird, ist Ethylen. Es wird durch die Formel H₂C=CH₂ dargestellt. Das Symbol „=“ zwischen den beiden Kohlenstoffatomen kennzeichnet eine reaktive Stelle, die in der Chemie als Doppelbindung oder Ungesättigtheit bezeichnet wird. Solche Stellen können miteinander reagieren und größere chemische Verbindungen, sogenannte Oligomere und Polymere, bilden.
Ein Polymer ist ein Verbund aus vielen (Poly-) Wiederholungseinheiten desselben Monomers. Der Begriff Oligomer bezeichnet Polymere, die häufig zu einer Vielzahl von Polymeren weiterreagieren können. Die ungesättigten Stellen von Oligomeren und Monomeren allein reagieren nicht und bilden keine Vernetzungen.
Bei der Elektronenstrahlhärtung interagieren die hochenergetischen Elektronen direkt mit den Atomen der ungesättigten Stellen und erzeugen so ein hochreaktives Molekül. Wird UV- oder sichtbares Licht als Energiequelle verwendet, wird der Mischung ein Photoinitiator zugesetzt. Dieser Photoinitiator erzeugt bei Lichteinwirkung freie Radikale oder Reaktionen, die die Vernetzung zwischen den ungesättigten Stellen initiieren.
Oligomere: Die Gesamteigenschaften von Beschichtungen, Tinten, Klebstoffen oder Bindemitteln, die durch Strahlungsenergie vernetzt werden, werden primär durch die in der Formulierung verwendeten Oligomere bestimmt. Oligomere sind Polymere mit mäßig niedrigem Molekulargewicht, die zumeist auf der Acrylierung verschiedener Strukturen basieren. Durch die Acrylierung werden ungesättigte Bindungen oder „C=C“-Doppelbindungen an den Enden des Oligomers eingeführt.
Monomere: Monomere werden hauptsächlich als Verdünnungsmittel eingesetzt, um die Viskosität des ungehärteten Materials zu senken und so die Applikation zu erleichtern. Sie können monofunktionell sein und nur eine reaktive Gruppe oder ungesättigte Stelle enthalten oder multifunktionell. Durch diese Ungesättigtheit können sie reagieren und in das ausgehärtete oder fertige Material eingebaut werden, anstatt wie bei herkömmlichen Beschichtungen in die Atmosphäre zu verdunsten. Multifunktionelle Monomere, die zwei oder mehr reaktive Stellen aufweisen, bilden Verbindungen zwischen Oligomermolekülen und anderen Monomeren in der Formulierung.
Photoinitiatoren: Dieser Inhaltsstoff absorbiert Licht und erzeugt freie Radikale. Freie Radikale sind energiereiche Spezies, die die Vernetzung zwischen den ungesättigten Stellen von Monomeren, Oligomeren und Polymeren induzieren. Bei elektronenstrahlgehärteten Systemen sind Photoinitiatoren nicht erforderlich, da die Elektronen die Vernetzung initiieren können.
Zusatzstoffe: Am häufigsten werden Stabilisatoren eingesetzt, die eine Gelierung während der Lagerung und vorzeitige Aushärtung durch geringe Lichteinwirkung verhindern. Farbpigmente, Farbstoffe, Entschäumer, Haftvermittler, Mattierungsmittel, Netzmittel und Gleitmittel sind Beispiele für weitere Zusatzstoffe.
Veröffentlichungsdatum: 01.01.2025
