Die UV-Härtung von Farben und Lacken ist ein Schlüssel in der umweltfreundlichen Holzbearbeitung. Doch die nötigen Photoinitiatoren haben so ihre Tücken. Ein neues System verzichtet nahezu ganz auf sie – und spart neben Kosten auch Energie.
FreeCure wurde in Kooperation von IST Metz und BASF SE entwickelt. Das Aggregat setzt auf UV-Härtung und erreicht im UVC-Bereich eine um mehr als 70 Prozent gesteigerte Leistung. – Bild: IST Metz GmbH & Co. KG
An umweltfreundlichen Härtungsverfahren führt auch in der industriellen Holzbearbeitung kein Weg vorbei. Eine wichtige Rolle spielt dabei die UV-Härtung von Farben und Lacken. Üblich enthalten sie Photoinitiatoren. Sie absorbieren das UV-Licht, erzeugen Radikale und starten die chemische Vernetzung über die C=C-Doppelbindung. Wie effizient diese Methode ist, hängt von der Sauerstoff-inhibierung ab: Sauerstoff unterbricht die Kettenbildung an der Oberfläche, was die Härtung verlangsamt und die Qualität der Beschichtung beeinträchtigt. Bisherige Lösungen setzen auf die Inertisierung der Atmosphäre oder die übermäßige Zugabe von Photoinitiatoren. Beide Ansätze bringen Probleme mit: Vergilbung, Geruch und Migration der Stoffe. Insbesondere in sensiblen Bereichen wie Küchenoberflächen ist das unerwünscht.
UV-Härtung mit 70 Prozent mehr Leistung
Die Suche nach Alternativen gestaltet sich durch Lieferengpässe und verschärfte Gesetze für Photoinitiatoren schwierig. Ziel: Die UV-Polymerisation ohne oder mit wenigen Photoinitiatoren umsetzen – und das ohne Schutzgasumgebung. In diesem Rahmen hat IST Metz gemeinsam mit BASF das System FreeCure entwickelt. Die C=C-Doppelbindungen im Bindemittel werden dabei direkt gespalten. Dafür ist eine höhere Lichtenergie erforderlich als sie klassische UV-Anlagen erzeugen. Das Spektrum haben die Partner deshalb in den kurzwelligen UVC-Bereich verschoben und dort verstärkt. Nach umfangreichen Tests erwies sich eine UV-Mitteldruck-Dampflampe als besonders geeignet. Auf Grundlage des IST-UV-Systems BLK entstand ein Aggregat, das im UVC-Bereich über 70 Prozent mehr Leistung liefert und Wellenlängen unterhalb von 220 Nanometern deutlich anhebt.
Das Ergebnis fußt auf mehreren Maßnahmen: einer angepassten Plasmatechnologie in der Lampe, dem Einsatz spezieller Materialien für Lampen, Reflektoren und Filter sowie einer optimierten elektronischen Ansteuerung. Die Versuchsreihen zeigten, dass sich FreeCure sowohl für 100-Prozent-UV-Systeme als auch für wasserbasierte UV-Systeme eignet. Entscheidend sind dabei die Eigenschaften des Bindemittels, etwa chemische Zusammensetzung, Funktionalität und Aminmodifizierung. Das BASF-Team ist überzeugt, dass sich wasserbasierte und 100-Prozent-UV-Bindemittel mit FreeCure effizient härten lassen. Photoinitiatoren sind bei wässrigen Klarlacken nicht nötig. Bei 100-Prozent-UV-Systemen können sie auf unter 0,5 Prozent reduziert werden. Dabei werden Doppelbindungsumsätze von über 80 Prozent erreicht – mit chemischer Beständigkeit, die klassischen Systemen entspricht.
Drei Aggregate für die Möbelindustrie
Je nach Anwendung kann der Schwerpunkt variieren: Wo Migration zählt, ermöglicht FreeCure eine photoinitiatorfreie Härtung. Dabei lassen sich UV-Wasserlacke in verschiedenen Farben sowie UV-Primer auf Melaminfolien vollständig härten, ohne die Eigenschaften zu beeinträchtigen. Für schnelllaufende Anlagen in der Möbelindustrie kann eine kleine Zugabe von Photoinitiatoren sinnvoll sein, um bei hohen Bandgeschwindigkeiten mit wenig UV-Aggregaten auszukommen. Geschwindigkeiten im Bereich von 30 bis 50 Metern pro Minute pro FreeCure-Aggregat sind hier denkbar. Selbst bei schnellaufenden Walzstraßen sind somit höchstens zwei bis drei FreeCure-Aggregate notwendig. Auch Kombinationen mit LED-UV-Systemen sind möglich, um dickere Schichten gleichmäßig auszuhärten. Erfahrungen aus dem Druckbereich bestätigen die Ergebnisse: Offset- und Flexofarben für Lebensmittelverpackungen lassen sich ohne Photoinitiatoren bei Geschwindigkeiten bis zu 200 Metern pro Minute härten.
In zwei Jahren zur Amortisation
FreeCure ist ein neuer Ansatz in der UV-Technologie. Durch den hohen Anteil an UVC-Licht werden Photoinitiatoren stark reduziert oder ganz vermieden. Besonders bei migrationssensiblen Beschichtungen bietet das Vorteile. Zudem spart die Technologie Energie – in Einzelfällen bis zu 75 Prozent. Das verringert die CO2-Emissionen und führt zu Amortisationszeiten von ungefähr zwei Jahren. Langfristig sind auch geringere Betriebskosten zu erwarten. In Kombination mit LED-UV-Technologie kann FreeCure den Ausgleich zwischen Nachhaltigkeit und Leistung in der Holzbeschichtung bringen.
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