UV-Härtung
Die UV-Härtung ist ein photochemischer Prozess bei dem hochenergetische UV-Strahlung zur Vernetzung von Lacken oder Klebstoffen eingesetzt wird. Zur Untersuchung von UV-reaktiven Systemen kommt im Fach CMP des Departments Chemie der Universität Paderborn das Gerät Light Hammer 6 der Firma Fusion UV Systems zum Einsatz.
Die UV-Härtung hat ihre Haupteinsatzgebiete im Holz- und Möbelbereich, sowie im Druckbereich. Daneben findet sie in weiteren Bereichen Verwendung, z.B. in der Automobilzulieferindustrie (Frontscheinwerfer) und in der CD-, DVD- und Blu-Ray-Herstellung. Dies liegt u.a. an der hohen Prozessgeschwindigkeit, die durch den schnellen Reaktionsmechanismus ermöglicht wird. So lassen sich direkt nach der kurzen Belichtungszeit die Lackierobjekte weiterverarbeiten, stapeln und verpacken. Durch den nur sehr kurzzeitigen Energieeintrag heizen sich die Objekte kaum auf. Diese geringe Temperaturbelastung ist für wärmeempfindliche Untergründe wie z.B. Kunststoff(folien) oder Holz besonders vorteilhaft. Durch Auswahl der richtigen Rohstoffe können UV-Lacke völlig ohne Lösemittel auskommen. Dies ermöglicht das Erfüllen von Umweltauflagen (VOC) und spart Energie ein, die sonst zum Verdunsten von Lösemitteln und dem damit verbundenen Aufheizen der Objekte benötigt wird. Wodurch auch großräumige Trocknerflächen entfallen können.
Neben den positiven verfahrenstechnischen Aspekten besitzen aber auch die daraus resultierenden Beschichtungen positive Eigenschaften: Sie besitzen eine ausgesprochen hohe Kratzfestigkeit (Scheuerfestigkeit) und Chemikalienbeständigkeit. Zusätzlich können hohe Glanzgrade erreicht werden.
Neben allen erzielbaren Verbesserungen gibt es jedoch auch einige negative Aspekte, die es bei der UV-Härtung zu berücksichtigen gilt: Für das gezielte Aufbrechen von Bindungen im Initiatormolekül wird Strahlung mit einem speziellen Wellenlängenbereich benötigt. So muss bei der Formulierung der Lacksysteme darauf geachtet werden, dass die betreffende Strahlung nicht von anderen Substanzen (Pigmente, UV-Absorbern) eliminiert wird. Für optimale Härtungsbedingungen müssen Initiatoren und eingesetzte UV-Lampen aufeinander abgestimmt werden. Bei der Konstruktion der Lackierobjekte dürfen keine Schattenzonen entstehen. Wo die Strahlung nicht in ausreichendem Maße hinkommt, findet keine physikalische (Nach)Trocknung statt. Durch den Verzicht von Lösemittel kommen niedermolekulare Stoffe zum Einsatz, die in das Netzwerk eingebaut werden. Jedoch besitzen auch diese Monomere, Oligo- oder Präpolymere zumeist gesundheits- und arbeitstechnische Aspekte, die es zu berücksichtigen gilt. Wie bei jedem Systemwechsel gilt es auch bei der Umstellung auf UV-Lacke die bereits gewohnten Eigenschaften (z.B. Anfeuerung bei Holz, Haftung auf Metall) wiederzufinden.
An der Universität Paderborn werden mit Hilfe des UV-Kanals neue Ideen im Bereich der UV-Lacke entwickelt. Zudem findet das Gerät auch Einsatz als grundlegendes Werkzeug – z.B. zum „Einfrieren“ von Flüssigkristallen zur Analyse von anisotropem Verhalten in Lacken. Zusätzlich dazu bietet die Apparatur unseren Studenten die Möglichkeit, die UV-Härtung praktisch kennen zu lernen.