Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

UV-Härtungsleitfaden für organische Beschichtungen

Wachstumstreiber für UV-härtende Lacke sind die „e6“. Die UV-Technologie ist hoch effizient, ökonomisch (economical), relativ einfach in der Applikation, ist umweltfreundlich (environmental friendly), energiesparend und führt zu exzellenten Oberflächeneigenschaften. Mit neuen UV-LEDs ergeben sich weitere neue industrielle Anwendungen, diese Technik stellt aber auch aufgrund ihrer fast monochromatischen Strahlung und geringen Wärmeentwicklung im Vergleich zu konventionellen breitbandigen Strahlern veränderte Anforderungen an die Lack- und Beschichtungstechnologie. Die Chancen zur Weiterentwicklung und für den Anwendungsausbau der UV- und vor allem der UV-LED-Technologie sind nur gegeben, wenn das fehlende Wissen über die Zusammenhänge zwischen der Wechselwirkung Strahler/Lack, spektraler Verteilung der UV-Strahlung und vor allem die Wechselwirkungen mit den Fotoinitiatoren beseitigt wird. Insgesamt soll in diesem Vorhaben geklärt werden, inwieweit man sich einer optimalen Härtung nähern kann und welche Auswirkungen der jeweilige Härtungszustand auf die Gebrauchseigenschaften und Alterungsbeständigkeit der Beschichtung hat. Dazu müssen die auf die Härtung wirkenden Einflussfaktoren wie Substrat, Temperatur, Schichtdicke, Sauerstoffinhibierung und die Lackzusammensetzung näher untersucht und vor allem quantifiziert werden. Der Nutzen für die mittelständische Industrie liegt dabei in der Betrachtung der gesamten Prozesskette der UV-Lacke und UV-Lackverarbeitung, angefangen bei den Strahlern, bestmöglicher Strahlerkonfiguration und Fahrweise in den Anlagen bei optimaler Lackzusammensetzung. Dabei wird gewährleistet, dass die Produkte vor allem auch langfristig den hohen Qualitätsansprüchen genügen, da nach wie vor Vergilbungen und Delamination durch Nachvernetzungsreaktionen ein Risiko von UV-Beschichtungen darstellen. Mit den Ergebnissen zu UV-LEDs ergeben sich darüber hinaus neue Anwendungsfelder im Leichtbau und für die Beschichtung von wärmeempfindlichen Substraten.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Vorhabens war die Charakterisierung von Anlagenparametern, von Rohstoffeigenschaften sowie von Eigenschaften der ausgehärteten Lackfilme, um eine Wissensbasis für das optimale Zusammenwirken dieser Parameter zu generieren und mit der noch relativ neuen UV-LED-Technologie zu guten Lackfilmeigenschaften zu kommen.

Zur Charakterisierung der Strahler ist ein spektral auflösendes Radiometer am besten geeignet. Mit Breitbandradiometern ist nur eine Überwachung der Stabilität bestehender Anlagen möglich.

Die Absorptionsspektren der Initiatoren werden in den Technischen Datenblättern der Hersteller gut wiedergegeben. Zerfallsprodukte der Initiatoren absorbieren in bestimmten Wellenlängenbereichen teilweise stärker als die Initiatoren selbst und führen teilweise zu Vergilbung, was in einem 2K-PUR-Klarlack mit geringer UV-Absorption gut untersucht werden konnte.

Bindemittel und Reaktivverdünner absorbieren unter 320 nm stark. Diese Wellenlängen tragen daher nicht zur Tiefenhärtung bei. Im Bereich der UV-LEDs sind Bindemittel und Reaktivverdünner transparent.

Die Dosis zur ausreichenden Härtung ist vom Strahlertyp und Initiatortyp abhängig. Wenig Initiator ergab unvollständige Härtung an der Oberfläche, unabhängig von der Strahlungsquelle (Sauerstoffinhibierung).

Die Tiefenhärtung ist vom Typ des Initiators und dessen Konzentration abhängig; höhere Konzentrationen ergeben tendenziell geringere Tiefenhärtung, was mit Abschattung durch die Initiatoren im oberflächennahen Bereich erklärt werden kann.

Bei einem Initiatortyp wurde bei niedrigen Dosen eine Erhöhung der Glasübergangstemperatur (Tg) mit steigender Dosis beobachtet, bei anderen hatte die Dosis keine Auswirkung auf die Tg. Verschiedene Initiatoren in sonst gleichen Formulierungen ergeben Unterschiede in der Tg, was darauf hindeutet, dass die Struktur der gebildeten Netzwerke auch vom Initiatortyp abhängt.

Künstliche Alterung im Labor verbraucht bei der Härtung nicht abreagierte Doppelbindungen schnell.