Von Lawrence (Larry) Van Iseghem, Präsident/CEO von Van Technologies, Inc.
Im Rahmen unserer internationalen Geschäftsbeziehungen mit Industriekunden haben wir unzählige Fragen zu UV-härtenden Beschichtungen beantwortet und zahlreiche Lösungen entwickelt. Im Folgenden finden Sie einige der häufigsten Fragen und Antworten, die Ihnen hoffentlich weiterhelfen.
1. Was sind UV-härtende Beschichtungen?
In der Holzveredelungsindustrie gibt es drei Haupttypen von UV-härtenden Beschichtungen.
100 % aktive (manchmal auch als 100 % Feststoff-) UV-härtende Beschichtungen sind flüssige chemische Zusammensetzungen, die weder Lösungsmittel noch Wasser enthalten. Nach dem Auftragen wird die Beschichtung sofort UV-Strahlung ausgesetzt, ohne dass sie vor der Aushärtung trocknen oder verdunsten muss. Die aufgetragene Beschichtungszusammensetzung reagiert und bildet durch den beschriebenen und treffend als Photopolymerisation bezeichneten Reaktionsprozess eine feste Oberflächenschicht. Da vor der Aushärtung keine Verdunstung erforderlich ist, ist der Auftrag und die Aushärtung äußerst effizient und kostengünstig.
Wasser- oder lösemittelbasierte Hybrid-UV-härtende Beschichtungen enthalten Wasser bzw. Lösemittel, um den Wirkstoff- (oder Feststoff-)Gehalt zu reduzieren. Durch diese Reduzierung des Feststoffgehalts lässt sich die Nassfilmdicke und/oder die Viskosität der Beschichtung besser steuern. Diese UV-Beschichtungen werden mit verschiedenen Methoden auf Holzoberflächen aufgetragen und müssen vor der UV-Härtung vollständig getrocknet sein.
UV-härtende Pulverbeschichtungen bestehen ebenfalls zu 100 % aus Feststoffen und werden typischerweise durch elektrostatische Anziehung auf leitfähige Substrate aufgebracht. Nach dem Auftragen wird das Substrat erhitzt, um das Pulver zu schmelzen, das dann als Oberflächenfilm austritt. Das beschichtete Substrat kann anschließend sofort UV-Licht ausgesetzt werden, um die Aushärtung zu beschleunigen. Der so entstandene Oberflächenfilm ist nicht mehr hitzeempfindlich und verformt sich nicht mehr.
Es gibt Varianten dieser UV-härtenden Beschichtungen, die einen sekundären Härtungsmechanismus (z. B. wärmeaktiviert, feuchtigkeitsreaktiv) aufweisen und so auch in Bereichen aushärten, die nicht der UV-Strahlung ausgesetzt sind. Diese Beschichtungen werden üblicherweise als dualhärtende Beschichtungen bezeichnet.
Unabhängig von der Art der verwendeten UV-härtenden Beschichtung bietet die endgültige Oberflächenbeschaffenheit bzw. Schicht außergewöhnliche Qualität, Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit.
2. Wie gut haften UV-härtende Beschichtungen auf verschiedenen Holzarten, einschließlich ölhaltiger Holzarten?
UV-härtende Beschichtungen weisen eine ausgezeichnete Haftung auf den meisten Holzarten auf. Es ist wichtig sicherzustellen, dass ausreichende Aushärtungsbedingungen vorhanden sind, um eine vollständige Aushärtung und entsprechende Haftung auf dem Untergrund zu gewährleisten.
Bestimmte Holzarten sind von Natur aus sehr ölig und benötigen daher unter Umständen eine Haftvermittlergrundierung. Van Technologies hat umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich der Haftung von UV-härtenden Beschichtungen auf diesen Holzarten geleistet. Zu den jüngsten Entwicklungen zählt ein UV-härtender Versiegler, der verhindert, dass Öle, Harz und Pech die Haftung des UV-härtenden Decklacks beeinträchtigen.
Alternativ kann das auf der Holzoberfläche vorhandene Öl unmittelbar vor dem Auftragen der Beschichtung mit Aceton oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel entfernt werden. Ein fusselfreies, saugfähiges Tuch wird zunächst mit dem Lösungsmittel befeuchtet und anschließend über die Holzoberfläche gewischt. Nach dem Trocknen kann die UV-härtende Beschichtung aufgetragen werden. Die Entfernung von Oberflächenöl und anderen Verunreinigungen fördert die Haftung der Beschichtung auf der Holzoberfläche.
3. Welche Arten von Flecken sind mit UV-Beschichtungen kompatibel?
Alle hier beschriebenen Beizen lassen sich effektiv mit 100 % UV-härtenden, lösemittelreduzierten UV-härtenden, wasserbasierten UV-härtenden oder UV-härtenden Pulverlacken versiegeln und überlackieren. Daher ergeben sich zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten, sodass nahezu jede handelsübliche Beize für jede UV-härtende Beschichtung geeignet ist. Um jedoch eine hochwertige Holzoberflächenveredelung zu gewährleisten, sind einige Punkte zu beachten.
Wasserbasierte Flecken und wasserbasierte, UV-härtbare Flecken:Beim Auftragen von 100 % UV-härtenden, lösemittelreduzierten UV-härtenden oder UV-härtenden Pulverversiegelungen/Decklacken auf wasserbasierte Beizen ist es unerlässlich, dass die Beize vollständig getrocknet ist, um Unregelmäßigkeiten in der Beschichtung zu vermeiden. Dazu gehören Orangenhaut, Kraterbildung, Kraterbildung, Ansammlungen und Pfützenbildung. Diese Unregelmäßigkeiten entstehen durch die geringe Oberflächenspannung der aufgetragenen Beschichtung im Vergleich zur hohen Restwasser-Oberflächenspannung der Beize.
Die Anwendung einer wasserbasierten, UV-härtenden Beschichtung ist im Allgemeinen unkomplizierter. Die aufgetragene Beize kann Feuchtigkeit aufweisen, ohne dass dies negative Auswirkungen hat, wenn bestimmte wasserbasierte, UV-härtende Versiegelungen/Decklacke verwendet werden. Restfeuchtigkeit oder Wasser aus dem Beizeauftrag diffundiert während des Trocknungsprozesses problemlos durch die aufgetragene wasserbasierte UV-Versiegelung/den Decklack. Es wird jedoch dringend empfohlen, jede Kombination aus Beize und Versiegelung/Decklack an einem repräsentativen Testmuster zu prüfen, bevor die eigentliche zu bearbeitende Oberfläche damit behandelt wird.
Ölbasierte und lösungsmittelbasierte Beizen:Auch wenn es Systeme gibt, die sich auf unzureichend getrocknete öl- oder lösemittelbasierte Beizen anwenden lassen, ist es in der Regel notwendig und dringend zu empfehlen, diese Beizen vor dem Auftragen von Versiegelung/Decklack vollständig trocknen zu lassen. Langsam trocknende Beizen dieser Art benötigen unter Umständen 24 bis 48 Stunden (oder länger) bis zur vollständigen Trocknung. Auch hier empfiehlt es sich, das System an einer repräsentativen Holzoberfläche zu testen.
100 % UV-härtende Beizen:Im Allgemeinen weisen 100% UV-härtende Beschichtungen nach vollständiger Aushärtung eine hohe Chemikalien- und Wasserbeständigkeit auf. Diese Beständigkeit erschwert die Haftung nachfolgender Beschichtungen, sofern die darunterliegende UV-gehärtete Oberfläche nicht ausreichend angeraut wird, um eine mechanische Verbindung zu ermöglichen. Obwohl 100% UV-härtende Beizen angeboten werden, die speziell für die Aufnahme nachfolgender Beschichtungen entwickelt wurden, müssen die meisten dieser Beizen angeraut oder teilweise ausgehärtet werden (sogenannte „B“-Phase oder Bump-Härtung), um die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern. Die „B“-Phase führt zu reaktiven Reststellen in der Beizschicht, die mit der aufgetragenen UV-härtenden Beschichtung unter vollständigen Aushärtungsbedingungen reagieren. Die „B“-Phase ermöglicht zudem ein leichtes Anrauen, um eventuell durch den Beizauftrag entstandene Porenvertiefungen zu beseitigen. Ein glattes Auftragen der Versiegelung oder des Decklacks führt zu einer ausgezeichneten Haftung zwischen den Schichten.
Ein weiteres Problem bei 100% UV-härtbaren Beizen betrifft dunklere Farben. Stark pigmentierte Beizen (und pigmentierte Beschichtungen im Allgemeinen) erzielen bessere Ergebnisse mit UV-Lampen, deren Energie dem sichtbaren Lichtspektrum näher kommt. Herkömmliche, mit Gallium dotierte UV-Lampen in Kombination mit Standard-Quecksilberdampflampen sind hierfür eine ausgezeichnete Wahl. UV-LED-Lampen mit einer Emissionswellenlänge von 395 nm und/oder 405 nm eignen sich besser für pigmentierte Systeme als solche mit 365 nm und 385 nm. Darüber hinaus sind UV-Lampensysteme mit höherer UV-Leistung (mW/cm²) vorteilhafter.2und Energiedichte (mJ/cm²)2) fördern eine bessere Aushärtung durch die aufgetragene Beize oder pigmentierte Beschichtungsschicht.
Abschließend sei noch erwähnt, dass – wie bei den anderen oben genannten Beizsystemen – ein Test vor der eigentlichen Bearbeitung der zu beizenden und zu veredelnden Oberfläche empfohlen wird. Vor dem Aushärten unbedingt prüfen!
4. Was ist die maximale/minimale Schichtdicke für 100% UV-Beschichtungen?
UV-härtende Pulverbeschichtungen sind technisch gesehen 100% UV-härtende Beschichtungen. Ihre Schichtdicke wird durch die elektrostatischen Anziehungskräfte begrenzt, die das Pulver an die zu beschichtende Oberfläche binden. Es empfiehlt sich, den Rat des Herstellers der UV-Pulverbeschichtung einzuholen.
Bei flüssigen, 100% UV-härtenden Beschichtungen entspricht die aufgetragene Nassfilmdicke nach UV-Härtung annähernd der Trockenfilmdicke. Eine gewisse Schrumpfung ist unvermeidbar, hat aber in der Regel nur geringe Auswirkungen. Es gibt jedoch hochtechnische Anwendungen, die sehr enge Toleranzen der Filmdicke erfordern. In diesen Fällen kann die direkte Messung des ausgehärteten Films durchgeführt werden, um die Nass- mit der Trockenfilmdicke zu korrelieren.
Die erzielbare Enddicke hängt von der chemischen Zusammensetzung und Formulierung der UV-härtenden Beschichtung ab. Es gibt Systeme, die sehr dünne Schichtdicken zwischen 0,2 mil und 0,5 mil (5 µm bis 15 µm) ermöglichen, und andere, die Schichtdicken von über 0,5 Zoll (12 mm) erzielen. Typischerweise erreichen UV-härtende Beschichtungen mit hoher Vernetzungsdichte, wie beispielsweise einige Urethanacrylat-Formulierungen, keine hohen Schichtdicken in einer einzigen Schicht. Die Schrumpfung beim Aushärten führt zu starker Rissbildung in der dick aufgetragenen Beschichtung. Eine hohe Schichtdicke lässt sich dennoch mit UV-härtenden Beschichtungen hoher Vernetzungsdichte erzielen, indem mehrere dünne Schichten aufgetragen und zwischen den einzelnen Schichten geschliffen und/oder ein Zwischenschliff (B-Stufe) durchgeführt wird, um die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern.
Der reaktive Aushärtungsmechanismus der meisten UV-härtenden Beschichtungen wird als „radikalinitiiert“ bezeichnet. Dieser Mechanismus reagiert empfindlich auf Sauerstoff in der Luft, der die Aushärtungsgeschwindigkeit verlangsamt oder hemmt. Diese Verlangsamung wird oft als Sauerstoffinhibierung bezeichnet und ist besonders relevant bei der Erzielung sehr dünner Schichtdicken. Bei dünnen Schichten ist die Oberfläche im Verhältnis zum Gesamtvolumen der aufgetragenen Beschichtung im Vergleich zu dicken Schichten relativ groß. Daher sind dünne Schichten viel anfälliger für Sauerstoffinhibierung und härten sehr langsam aus. Oft bleibt die Oberfläche der Beschichtung unvollständig ausgehärtet und fühlt sich ölig/fettig an. Um der Sauerstoffinhibierung entgegenzuwirken, können während der Aushärtung Inertgase wie Stickstoff und Kohlendioxid über die Oberfläche geleitet werden, um die Sauerstoffkonzentration zu reduzieren und so eine vollständige und schnelle Aushärtung zu ermöglichen.
5. Wie transparent ist eine transparente UV-Beschichtung?
100 % UV-härtende Lacke zeichnen sich durch hervorragende Transparenz aus und können mit den besten Klarlacken der Branche mithalten. Auf Holz aufgetragen, entfalten sie zudem maximale Schönheit und Bildtiefe. Besonders interessant sind verschiedene aliphatische Urethanacrylat-Systeme, die auf einer Vielzahl von Oberflächen, einschließlich Holz, bemerkenswert klar und farblos sind. Darüber hinaus sind aliphatische Polyurethanacrylat-Lacke sehr stabil und alterungsbeständig. Es ist wichtig zu erwähnen, dass matte Lacke das Licht deutlich stärker streuen als glänzende Lacke und daher eine geringere Transparenz aufweisen. Im Vergleich zu anderen Lackarten sind 100 % UV-härtende Lacke jedoch gleichwertig, wenn nicht sogar überlegen.
Die derzeit erhältlichen wasserbasierten, UV-härtenden Lacke lassen sich so formulieren, dass sie eine außergewöhnliche Klarheit, warme Holzoptik und ein Ansprechverhalten bieten, das mit den besten konventionellen Lacksystemen mithalten kann. Klarheit, Glanz, Ansprechverhalten und andere funktionelle Eigenschaften der heute auf dem Markt erhältlichen UV-härtenden Lacke sind hervorragend, sofern sie von Qualitätsherstellern bezogen werden.
6. Gibt es farbige oder pigmentierte UV-härtende Beschichtungen?
Ja, farbige oder pigmentierte Beschichtungen sind für alle Arten von UV-härtenden Beschichtungen erhältlich, jedoch sind für optimale Ergebnisse einige Faktoren zu beachten. Der erste und wichtigste Faktor ist, dass bestimmte Farben die Fähigkeit von UV-Strahlung beeinträchtigen, in die aufgetragene UV-härtende Beschichtung einzudringen. Das elektromagnetische Spektrum ist in Abbildung 1 dargestellt. Man erkennt, dass das sichtbare Lichtspektrum unmittelbar an das UV-Spektrum angrenzt. Das Spektrum ist ein Kontinuum ohne klare Abgrenzungen (Wellenlängen). Daher gehen die Bereiche fließend ineinander über. Bezüglich des sichtbaren Lichts gibt es wissenschaftliche Angaben, die den Bereich von 400 nm bis 780 nm angeben, während andere Quellen von 350 nm bis 800 nm sprechen. Für diese Betrachtung ist es lediglich wichtig zu wissen, dass bestimmte Farben die Transmission bestimmter Wellenlängen der UV-Strahlung effektiv blockieren können.
Da der Fokus auf dem UV-Wellenlängenbereich bzw. der UV-Strahlung liegt, wollen wir diesen Bereich genauer betrachten. Abbildung 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Wellenlänge des sichtbaren Lichts und der entsprechenden Farbe, die es effektiv blockiert. Es ist außerdem wichtig zu wissen, dass Farbstoffe typischerweise einen Wellenlängenbereich abdecken, sodass ein roter Farbstoff einen beträchtlichen Bereich abdecken und teilweise im UVA-Bereich absorbieren kann. Daher sind Farben im gelb-orange-roten Bereich besonders relevant, da diese die Aushärtung beeinträchtigen können.
Farbmittel beeinträchtigen nicht nur die UV-Härtung, sondern spielen auch bei der Verwendung weißer, pigmentierter Beschichtungen wie UV-härtender Grundierungen und Decklacke eine Rolle. Betrachten wir das Absorptionsspektrum des weißen Pigments Titandioxid (TiO₂), wie in Abbildung 3 dargestellt. TiO₂ weist im gesamten UV-Bereich eine sehr starke Absorption auf, dennoch härten weiße, UV-härtende Beschichtungen effektiv aus. Wie ist das möglich? Die Antwort liegt in der sorgfältigen Formulierung durch den Beschichtungsentwickler und -hersteller in Verbindung mit der Verwendung geeigneter UV-Lampen für die Aushärtung. Die gängigen, herkömmlichen UV-Lampen emittieren Energie, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Die abgebildeten Lampen basieren auf Quecksilber. Durch Dotierung des Quecksilbers mit einem anderen Metallelement lässt sich die Emission in andere Wellenlängenbereiche verschieben. Bei TiO₂-basierten, weißen, UV-härtbaren Beschichtungen wird die von einer Standard-Quecksilberlampe abgegebene Energie effektiv blockiert. Zwar kann ein Teil der abgegebenen höheren Wellenlängen zur Aushärtung beitragen, die für eine vollständige Aushärtung benötigte Zeit ist jedoch unter Umständen nicht praktikabel. Durch Dotierung einer Quecksilberlampe mit Gallium steht hingegen ein Überschuss an Energie zur Verfügung, der in einem von TiO₂ nicht effektiv blockierten Bereich nutzbar ist. Die Kombination beider Lampentypen ermöglicht sowohl eine Durchhärtung (mit galliumdotierten Lampen) als auch eine Oberflächenhärtung (mit Standard-Quecksilberlampen) (Abbildung 5).
Schließlich müssen farbige oder pigmentierte UV-härtende Beschichtungen unter Verwendung optimaler Photoinitiatoren formuliert werden, damit die UV-Energie – der von den Lampen abgegebene sichtbare Lichtwellenlängenbereich – für eine effektive Aushärtung optimal genutzt wird.
Weitere Fragen?
Bei allen auftretenden Fragen sollten Sie sich jederzeit an den aktuellen oder zukünftigen Lieferanten von Beschichtungen, Ausrüstung und Prozessleitsystemen wenden. Dort erhalten Sie hilfreiche Antworten für effektive, sichere und profitable Entscheidungen.
Lawrence (Larry) Van Iseghem ist Präsident und CEO von Van Technologies, Inc. Van Technologies verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung mit UV-härtenden Beschichtungen. Das Unternehmen begann als Forschungs- und Entwicklungsbetrieb und entwickelte sich schnell zu einem Hersteller von anwendungsspezifischen Hochleistungsbeschichtungen™ für industrielle Beschichtungsanlagen weltweit. UV-härtende Beschichtungen standen neben anderen umweltfreundlichen Beschichtungstechnologien stets im Mittelpunkt, wobei besonderer Wert auf eine Leistungsfähigkeit gelegt wurde, die konventionellen Technologien entspricht oder diese sogar übertrifft. Van Technologies produziert die Industriebeschichtungen der Marke GreenLight Coatings™ gemäß einem nach ISO 9001:2015 zertifizierten Qualitätsmanagementsystem. Weitere Informationen finden Sie unter [Link einfügen].www.greenlightcoatings.com.
Veröffentlichungsdatum: 22. Juli 2023
