UV-härtbare Holzbeschichtungen: Antworten auf die Fragen der Branche

Von Lawrence (Larry) Van Iseghem ist Präsident/CEO von Van Technologies, Inc.

Im Rahmen unserer internationalen Geschäftsbeziehungen zu Industriekunden haben wir unglaublich viele Fragen beantwortet und viele Lösungen rund um UV-härtende Beschichtungen bereitgestellt. Im Folgenden finden Sie einige der häufiger gestellten Fragen. Die begleitenden Antworten können hilfreiche Einblicke bieten.

1. Was sind UV-härtende Beschichtungen?

In der Holzveredelungsindustrie gibt es drei Haupttypen von UV-härtenden Beschichtungen.

100 % aktive (manchmal auch als 100 % Feststoffe bezeichnete) UV-härtbare Beschichtungen sind flüssige chemische Zusammensetzungen, die weder Lösungsmittel noch Wasser enthalten. Beim Auftragen wird die Beschichtung sofort UV-Energie ausgesetzt, ohne dass sie vor dem Aushärten trocknen oder verdampfen muss. Die aufgetragene Beschichtungszusammensetzung reagiert über den beschriebenen reaktiven Prozess, der entsprechend als Photopolymerisation bezeichnet wird, zu einer festen Oberflächenschicht. Da vor dem Aushärten keine Verdunstung erforderlich ist, sind der Auftragungs- und Aushärtungsprozess bemerkenswert effizient und kostengünstig.

Wasserbasierte oder lösungsmittelbasierte Hybrid-UV-härtende Beschichtungen enthalten offensichtlich entweder Wasser oder Lösungsmittel, um den aktiven (oder festen) Gehalt zu reduzieren. Diese Reduzierung des Feststoffgehalts ermöglicht eine einfachere Steuerung der aufgetragenen Nassfilmdicke und/oder die Steuerung der Viskosität der Beschichtung. Im Einsatz werden diese UV-Beschichtungen mit verschiedenen Methoden auf Holzoberflächen aufgetragen und müssen vor der UV-Härtung vollständig getrocknet sein.

UV-härtbare Pulverbeschichtungen bestehen ebenfalls zu 100 % aus Feststoffen und werden typischerweise durch elektrostatische Anziehung auf leitfähige Substrate aufgetragen. Nach dem Auftragen wird das Substrat erhitzt, um das Pulver zu schmelzen, das herausfließt und einen Oberflächenfilm bildet. Das beschichtete Substrat kann dann sofort UV-Energie ausgesetzt werden, um die Aushärtung zu erleichtern. Der resultierende Oberflächenfilm ist nicht mehr wärmeverformbar oder empfindlich.

Es sind Varianten dieser UV-härtbaren Beschichtungen erhältlich, die über einen sekundären Härtungsmechanismus (wärmeaktiviert, feuchtigkeitsreaktiv usw.) verfügen, der eine Härtung in Oberflächenbereichen ermöglichen kann, die keiner UV-Energie ausgesetzt sind. Diese Beschichtungen werden üblicherweise als Dual-Cure-Beschichtungen bezeichnet.

Unabhängig von der Art der verwendeten UV-härtenden Beschichtung bietet die endgültige Oberflächenveredelung oder -schicht außergewöhnliche Qualität, Haltbarkeit und Widerstandseigenschaften.

2. Wie gut haften UV-härtende Lacke auf verschiedenen Holzarten, auch auf öligen Holzarten?

UV-härtende Beschichtungen weisen eine hervorragende Haftung auf den meisten Holzarten auf. Es ist wichtig sicherzustellen, dass ausreichende Aushärtungsbedingungen vorliegen, um eine Durchhärtung und eine entsprechende Haftung auf dem Untergrund zu gewährleisten.

Es gibt bestimmte Arten, die von Natur aus sehr ölig sind und möglicherweise die Anwendung einer haftvermittelnden Grundierung oder „Tiecoat“ erfordern. Van Technologies hat umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Haftung von UV-härtbaren Beschichtungen auf diesen Holzarten durchgeführt. Zu den jüngsten Entwicklungen gehört eine einzige UV-härtbare Versiegelung, die verhindert, dass Öle, Harze und Pech die Haftung der UV-härtbaren Deckschicht beeinträchtigen.

Alternativ kann das auf der Holzoberfläche vorhandene Öl unmittelbar vor dem Auftragen der Beschichtung durch Abwischen mit Aceton oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel entfernt werden. Ein fusselfreies, saugfähiges Tuch wird zunächst mit dem Lösungsmittel benetzt und dann über die Holzoberfläche gewischt. Die Oberfläche lässt man trocknen und anschließend kann der UV-härtende Lack aufgetragen werden. Die Entfernung von Oberflächenöl und anderen Verunreinigungen fördert die spätere Haftung der aufgetragenen Beschichtung auf der Holzoberfläche.

3. Welche Beizen sind mit UV-Lacken kompatibel?

Alle hier beschriebenen Flecken können mit 100 % UV-härtenden, lösungsmittelreduzierten UV-härtenden, wasserbasierten UV-härtenden oder UV-härtenden Pulversystemen effektiv versiegelt und überlackiert werden. Daher gibt es eine Reihe praktikabler Kombinationen, sodass fast alle auf dem Markt erhältlichen Beize für jede UV-härtbare Beschichtung geeignet sind. Es gibt jedoch bestimmte Überlegungen, die wichtig sind, um sicherzustellen, dass die Kompatibilität für eine hochwertige Holzoberfläche gewährleistet ist.

Beizen auf Wasserbasis und UV-härtbare Beizen auf Wasserbasis:Beim Auftragen von 100 % UV-härtbaren, lösungsmittelreduzierten UV-härtbaren oder UV-härtbaren Pulverversiegelungen/Decklacken auf Flecken auf Wasserbasis ist es wichtig, dass der Fleck vollständig trocken ist, um Mängel in der Gleichmäßigkeit der Beschichtung, einschließlich Orangenhaut, Fischaugen und Kraterbildung, zu vermeiden , Pfützenbildung und Pfützenbildung. Solche Defekte entstehen aufgrund der geringen Oberflächenspannung der aufgetragenen Beschichtungen im Verhältnis zur hohen Restwasseroberflächenspannung der aufgetragenen Beize.

Der Auftrag einer UV-härtenden Beschichtung auf Wasserbasis ist jedoch im Allgemeinen verträglicher. Bei Verwendung bestimmter wasserbasierter, UV-härtbarer Versiegelungen/Decklacke kann die aufgetragene Beize ohne negative Auswirkungen Feuchtigkeit aufweisen. Restfeuchtigkeit oder Wasser aus der Beize-Anwendung diffundieren während des Trocknungsprozesses leicht durch die aufgetragene UV-Versiegelung/Deckschicht auf Wasserbasis. Es wird jedoch dringend empfohlen, jede Kombination aus Beize und Versiegelung/Decklack an einem repräsentativen Probestück zu testen, bevor Sie sich an die eigentliche Oberfläche machen, die bearbeitet werden soll.

Öl- und lösungsmittelhaltige Flecken:Obwohl es möglicherweise ein System gibt, das auf unzureichend getrocknete Flecken auf Öl- oder Lösungsmittelbasis angewendet werden kann, ist es in der Regel notwendig und wird dringend empfohlen, diese Flecken vor dem Auftragen einer Versiegelung/Deckschicht vollständig zu trocknen. Bei langsam trocknenden Flecken dieser Art kann es bis zu 24 bis 48 Stunden (oder länger) dauern, bis sie vollständig trocken sind. Auch hier wird empfohlen, das System auf einer repräsentativen Holzoberfläche zu testen.

100 % UV-härtbare Beizen:Im Allgemeinen weisen 100 % UV-härtbare Beschichtungen bei vollständiger Aushärtung eine hohe Chemikalien- und Wasserbeständigkeit auf. Dieser Widerstand macht es für nachfolgend aufgetragene Beschichtungen schwierig, gut zu haften, es sei denn, die darunter liegende UV-gehärtete Oberfläche wird ausreichend abgeschliffen, um eine mechanische Bindung zu ermöglichen. Obwohl 100 % UV-härtbare Beizen angeboten werden, die für nachfolgend aufgetragene Beschichtungen geeignet sind, müssen die meisten 100 % UV-härtbaren Beizen abgeschliffen oder teilweise ausgehärtet werden (sogenannte „B“-Stufe oder Bump-Härtung), um die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern. Die „B“-Stufe führt zu verbleibenden reaktiven Stellen in der Beizschicht, die mit der aufgetragenen UV-härtbaren Beschichtung reagieren, wenn diese den Bedingungen der vollständigen Aushärtung ausgesetzt wird. Die „B“-Stufe ermöglicht auch ein leichtes Abschleifen, um etwaige Maserungserscheinungen, die durch das Auftragen der Beize entstehen können, zu entfernen oder zu reduzieren. Das Ergebnis ist ein glatter Versiegelungs- oder Decklackauftrag mit ausgezeichneter Zwischenschichthaftung.

Ein weiteres Problem bei 100 % UV-härtbaren Flecken betrifft dunklere Farben. Stark pigmentierte Flecken (und pigmentierte Beschichtungen im Allgemeinen) erzielen eine bessere Leistung, wenn UV-Lampen verwendet werden, deren Energie näher am sichtbaren Lichtspektrum liegt. Herkömmliche, mit Gallium dotierte UV-Lampen in Kombination mit Standard-Quecksilberlampen sind eine ausgezeichnete Wahl. UV-LED-Lampen, die 395 nm und/oder 405 nm emittieren, schneiden mit pigmentierten Systemen besser ab als Arrays mit 365 nm und 385 nm. Darüber hinaus gibt es UV-Lampensysteme, die eine höhere UV-Leistung (mW/cm) liefern²) und Energiedichte (mJ/cm).²) fördern eine bessere Aushärtung der aufgetragenen Beize oder pigmentierten Beschichtungsschicht.

Schließlich wird, wie bei den anderen oben genannten Beizsystemen, empfohlen, vor der Arbeit mit der eigentlichen Oberfläche, die gebeizt und bearbeitet werden soll, Tests durchzuführen. Seien Sie vor der Heilung sicher!

4. Was ist die maximale/minimale Filmbildung für 100 % UV-Lacke?

UV-härtbare Pulverlacke sind technisch gesehen zu 100 % UV-härtbare Beschichtungen, und ihre Auftragsdicke wird durch die elektrostatischen Anziehungskräfte begrenzt, die das Pulver an die zu veredelnde Oberfläche binden. Lassen Sie sich am besten vom UV-Pulverlack-Hersteller beraten.

Bei flüssigen, zu 100 % UV-härtbaren Beschichtungen führt die aufgetragene Nassfilmdicke nach der UV-Härtung zu etwa der gleichen Trockenfilmdicke. Eine gewisse Schrumpfung ist unvermeidlich, hat aber in der Regel nur minimale Auswirkungen. Es gibt jedoch hochtechnische Anwendungen, die sehr enge oder enge Toleranzen für die Foliendicke erfordern. Unter diesen Umständen kann eine direkte Messung des ausgehärteten Films durchgeführt werden, um die Nass- und Trockenfilmdicke zu korrelieren.

Die letztendlich erreichbare ausgehärtete Dicke hängt von der Chemie der UV-härtbaren Beschichtung und ihrer Formulierung ab. Es gibt Systeme, die für sehr dünne Filmabscheidungen zwischen 5 µ und 15 µ ausgelegt sind, und andere, die eine Dicke von über 12 mm (0,5 Zoll) ermöglichen. Typischerweise sind UV-gehärtete Beschichtungen mit einer hohen Vernetzungsdichte, wie etwa einige Urethan-Acrylat-Formulierungen, nicht in der Lage, eine hohe Filmdicke in einer einzigen aufgetragenen Schicht zu erreichen. Das Ausmaß der Schrumpfung beim Aushärten führt zu starken Rissen in der dick aufgetragenen Beschichtung. Mit UV-härtbaren Beschichtungen mit hoher Vernetzungsdichte kann immer noch eine hohe Schicht- oder Deckschichtdicke erreicht werden, indem mehrere dünne Schichten aufgetragen und zwischen jeder Schicht entweder geschliffen und/oder „B“-Stufen aufgetragen werden, um die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern.

Der reaktive Härtungsmechanismus der meisten UV-härtbaren Beschichtungen wird als „durch freie Radikale initiiert“ bezeichnet. Dieser reaktive Härtungsmechanismus ist anfällig für Sauerstoff in der Luft, der die Härtungsgeschwindigkeit verlangsamt oder hemmt. Diese Verlangsamung wird oft als Sauerstoffhemmung bezeichnet und ist besonders wichtig, wenn sehr dünne Filmdicken erzielt werden sollen. Bei dünnen Filmen ist die Oberfläche im Verhältnis zum Gesamtvolumen der aufgetragenen Beschichtung im Vergleich zu dicken Filmdicken relativ groß. Daher sind dünne Filmdicken viel anfälliger für Sauerstoffhemmung und härten sehr langsam aus. Oft bleibt die Oberfläche der Lackierung unzureichend ausgehärtet und fühlt sich ölig/fettig an. Um der Hemmung durch Sauerstoff entgegenzuwirken, können während der Aushärtung Inertgase wie Stickstoff und Kohlendioxid über die Oberfläche geleitet werden, um die Sauerstoffkonzentration zu entfernen und so eine vollständige und schnelle Aushärtung zu ermöglichen.

5. Wie klar ist eine klare UV-Beschichtung?

100 % UV-härtbare Lacke können eine hervorragende Klarheit aufweisen und können mit den besten Klarlacken der Branche mithalten. Darüber hinaus bringen sie beim Auftragen auf Holz maximale Schönheit und Bildtiefe zur Geltung. Von besonderem Interesse sind verschiedene aliphatische Urethan-Acrylat-Systeme, die beim Auftragen auf eine Vielzahl von Oberflächen, einschließlich Holz, bemerkenswert klar und farblos sind. Darüber hinaus sind aliphatische Polyurethan-Acrylat-Beschichtungen sehr stabil und alterungsbeständig. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass Beschichtungen mit geringem Glanz das Licht viel stärker streuen als Beschichtungen mit Glanz und daher eine geringere Klarheit aufweisen. Im Vergleich zu anderen Beschichtungschemien sind 100 % UV-härtbare Beschichtungen jedoch gleichwertig, wenn nicht sogar überlegen.

Derzeit erhältliche UV-härtbare Beschichtungen auf Wasserbasis können so formuliert werden, dass sie außergewöhnliche Klarheit, Holzwärme und Ansprechverhalten bieten und mit den besten herkömmlichen Beschichtungssystemen mithalten können. Klarheit, Glanz, Holzansprache und andere funktionelle Eigenschaften der heute auf dem Markt erhältlichen UV-härtenden Beschichtungen sind ausgezeichnet, wenn sie von Qualitätsherstellern bezogen werden.

6. Gibt es farbige oder pigmentierte UV-härtende Beschichtungen?

Ja, farbige oder pigmentierte Beschichtungen sind in allen Arten von UV-härtbaren Beschichtungen leicht erhältlich, es gibt jedoch Faktoren, die für optimale Ergebnisse berücksichtigt werden müssen. Der erste und wichtigste Faktor ist die Tatsache, dass bestimmte Farben die Fähigkeit der UV-Energie beeinträchtigen, in die aufgetragene UV-härtbare Beschichtung einzudringen oder diese zu durchdringen. Das elektromagnetische Spektrum ist in Bild 1 dargestellt, und es ist zu erkennen, dass das Spektrum des sichtbaren Lichts unmittelbar an das UV-Spektrum angrenzt. Das Spektrum ist ein Kontinuum ohne klare Grenzlinien (Wellenlängen). Daher geht eine Region allmählich in eine benachbarte Region über. In Bezug auf den Bereich des sichtbaren Lichts gibt es einige wissenschaftliche Behauptungen, dass er von 400 nm bis 780 nm reicht, während andere Behauptungen besagen, dass er sich von 350 nm bis 800 nm erstreckt. Für diese Diskussion ist es nur wichtig, dass wir erkennen, dass bestimmte Farben die Übertragung bestimmter Wellenlängen von UV-Strahlung oder Strahlung effektiv blockieren können.

Da der Schwerpunkt auf der UV-Wellenlänge oder dem Strahlungsbereich liegt, wollen wir diesen Bereich genauer untersuchen. Bild 2 zeigt die Beziehung zwischen der Wellenlänge des sichtbaren Lichts und der entsprechenden Farbe, die es wirksam blockiert. Es ist auch wichtig zu wissen, dass Farbstoffe typischerweise einen Wellenlängenbereich abdecken, so dass ein roter Farbstoff einen beträchtlichen Bereich abdecken kann, sodass er teilweise in den UVA-Bereich absorbieren kann. Daher liegen die am meisten besorgniserregenden Farben im Bereich von Gelb über Orange bis Rot und können eine wirksame Heilung beeinträchtigen.

Farbstoffe beeinträchtigen nicht nur die UV-Härtung, sie sind auch bei der Verwendung von weißpigmentierten Beschichtungen wie UV-härtbaren Grundierungen und Decklacken von Bedeutung. Betrachten Sie das Absorptionsspektrum des weißen Pigments Titandioxid (TiO2), wie in Bild 3 dargestellt. TiO2 weist im gesamten UV-Bereich eine sehr starke Absorption auf und dennoch werden weiße, UV-härtbare Beschichtungen effektiv ausgehärtet. Wie? Die Antwort liegt in einer sorgfältigen Formulierung durch den Beschichtungsentwickler und -hersteller in Verbindung mit der Verwendung der richtigen UV-Lampen zur Aushärtung. Die gängigen, herkömmlichen UV-Lampen geben Energie ab, wie in Bild 4 dargestellt.

Jede abgebildete Lampe basiert auf Quecksilber, aber durch die Dotierung des Quecksilbers mit einem anderen metallischen Element kann sich die Emission in andere Wellenlängenbereiche verschieben. Bei TiO2-basierten, weißen, UV-härtbaren Beschichtungen wird die von einer Standard-Quecksilberlampe abgegebene Energie wirksam blockiert. Einige der abgegebenen höheren Wellenlängen können eine Aushärtung bewirken, die für eine vollständige Aushärtung erforderliche Zeitspanne ist jedoch möglicherweise nicht praktikabel. Durch die Dotierung einer Quecksilberlampe mit Gallium entsteht jedoch eine Fülle an Energie, die in einem Bereich nützlich ist, der nicht effektiv durch TiO2 blockiert wird. Mit einer Kombination beider Lampentypen kann sowohl eine Durchhärtung (mit Gallium als Dotierung) als auch eine Oberflächenhärtung (mit Standard-Quecksilber) erreicht werden (Bild 5).

Schließlich müssen farbige oder pigmentierte UV-härtbare Beschichtungen mit den optimalen Photoinitiatoren formuliert werden, damit die UV-Energie – der von den Lampen gelieferte Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts – für eine effektive Aushärtung richtig genutzt wird.

Weitere Fragen?

Zögern Sie nicht, sich bei Fragen jederzeit an den aktuellen oder zukünftigen Lieferanten des Unternehmens für Beschichtungen, Geräte und Prozessleitsysteme zu wenden. Es stehen gute Antworten zur Verfügung, die dabei helfen, effektive, sichere und gewinnbringende Entscheidungen zu treffen. u

Lawrence (Larry) Van Iseghem ist Präsident/CEO von Van Technologies, Inc. Van Technologies verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung mit UV-härtbaren Beschichtungen, angefangen als Forschungs- und Entwicklungsunternehmen, das sich jedoch schnell zu einem Hersteller von Application Specific Advanced Coatings™ für industrielle Beschichtungen entwickelte Einrichtungen weltweit. UV-härtbare Beschichtungen standen neben anderen „grünen“ Beschichtungstechnologien schon immer im Vordergrund, wobei der Schwerpunkt auf einer Leistung lag, die der Leistung herkömmlicher Technologien entspricht oder diese übertrifft. Van Technologies stellt Industriebeschichtungen der Marke GreenLight Coatings™ nach einem nach ISO-9001:2015 zertifizierten Qualitätsmanagementsystem her. Weitere Informationen finden Sie unterwww.greenlightcoatings.com.