Ihr Ansprechpartner
UV-LEDs haben die industrielle Härtung in den vergangenen Jahren grundlegend verändert. Vor allem UVA-LED-Systeme sind heute in zahlreichen Anwendungen eine etablierte Alternative zur klassischen Quecksilbermitteldruckdampflampe. Die Gründe dafür liegen auf der Hand: UVA-LEDs können sehr energieeffizient arbeiten, sind sofort einsatzbereit, lassen sich bedarfsgerecht ein- und ausschalten und besitzen eine hohe Lebensdauer. Gleichzeitig verursachen sie weniger Wärmeeintrag in das Substrat und kommen ohne Quecksilber aus. Trotzdem besitzt die klassische UV-Lampe bei besonders anspruchsvollen Beschichtungen noch Vorteile. Ein Grund dafür liegt tief in der Photochemie des Härtungsprozesses.
Bei der radikalischen UV-Härtung entstehen durch Photoinitiatoren reaktive Radikale, welche die Polymerisation der Beschichtung starten. Direkt an der Oberfläche konkurrieren diese Radikale jedoch mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Diese sogenannte Sauerstoffinhibierung kann dazu führen, dass die Oberfläche schlechter aushärtet als die darunterliegenden Schichten. Die möglichen Folgen reichen von einer reduzierten chemischen und mechanischen Beständigkeit bis hin zu geringeren Produktionsgeschwindigkeiten. Genau an diesem Punkt wird die Wellenlänge des eingesetzten UV-Lichts interessant.
Die heute verbreiteten UV-LED-Systeme arbeiten überwiegend im UVA-Bereich zwischen etwa 365 und 415 nm. Diese vergleichsweise langwellige Strahlung kann tief in eine Beschichtung eindringen und eignet sich damit gut für die Tiefenhärtung. Kurzwelliges UVC-Licht wird dagegen wesentlich stärker im oberflächennahen Bereich absorbiert. Für die UV-Härtung eröffnet das eine interessante Perspektive: Werden geeignete Photoinitiatoren mit UVC aktiviert, kann unmittelbar an der Oberfläche eine hohe Konzentration reaktiver Spezies entstehen. Damit könnte UVC dazu beitragen, eine der zentralen Herausforderungen der LED-Härtung besser zu beherrschen – die Sauerstoffinhibierung.
So vielversprechend die Technologie ist: UVC-LEDs befinden sich noch deutlich früher in ihrer Entwicklung als UVA-LEDs. Die Herstellung sehr kurzwelliger UV-LEDs ist materialtechnisch anspruchsvoll. Während UVA-LEDs heute hohe Wirkungsgrade und lange Lebensdauern erreichen, liegen Effizienz und verfügbare Leistung bei UVC-Systemen weiterhin deutlich darunter. Auch die Kosten sind aktuell noch signifikant höher.
Die Entwicklung schreitet jedoch voran – unter anderem getrieben durch einen zweiten großen Markt: die UVC-Entkeimung von Luft, Wasser und Oberflächen. Die gleichen kurzen UV-Wellenlängen, die für bestimmte Photoinitiatoren interessant sind, können auch DNA und RNA von Mikroorganismen photochemisch beeinflussen und werden deshalb seit Langem für Entkeimungsanwendungen genutzt. LEDs bieten dabei perspektivisch die Möglichkeit, die emittierte Wellenlänge wesentlich gezielter auf die jeweilige Anwendung abzustimmen.
Für die industrielle UV-Härtung könnte deshalb insbesondere die Kombination mehrerer Wellenlängen interessant werden. UVA kann dabei für die Tiefenhärtung sorgen, während kürzere UV-Wellenlängen gezielt die Oberfläche adressieren. Statt das breite Spektrum einer klassischen UV-Lampe lediglich zu ersetzen, könnte die LED-Technologie damit zukünftig ein exakt auf Lack, Photoinitiator und Prozess abgestimmtes Spektrum bereitstellen. Welche Wellenlängen tatsächlich sinnvoll sind, hängt allerdings stark von der jeweiligen Lack- oder Farbformulierung ab. Genau deshalb sind Versuche entscheidend.
Ob UVC-LEDs für eine konkrete Beschichtung geeignet sind, lässt sich am besten im praktischen Versuch beurteilen. In unserem UV Technology Campus in Nürtingen stehen dafür unterschiedliche UV-, LED-UV- und Excimer-Technologien sowie umfangreiche Analysemöglichkeiten zur Verfügung. Für gezielte UVC-Versuche kann unter anderem ein 280-nm-UVC-LED-Strahler mit 480 mm Arbeitsbreite eingesetzt werden. So lassen sich Beschichtungen, Photoinitiatoren und Prozessparameter unter praxisnahen Bedingungen untersuchen und die Ergebnisse anschließend analytisch bewerten.
Sie möchten das Potenzial von UVC für Ihre Anwendung prüfen? Sprechen Sie uns gerne an und nutzen Sie unseren IST Campus für Ihre Versuche.
Welche Wirkungsgrade werden aktuell erreicht? Wie groß ist der Preisunterschied zwischen UVA- und UVC-Chips? Warum sind AlGaN-basierte LEDs technologisch anspruchsvoller? Welche Rolle spielen Temperatur und Glasübergang bei der Härtung? Und für welche Anwendungen könnten sich UVC-LEDs zuerst wirtschaftlich rechnen?
Diese und weitere Fragen beantworten wir ausführlich in unserem demnächst erscheinenden Whitepaper „UVC-LEDs in der industriellen UV-Härtung – Technologischer Stand, Potenziale und Perspektiven für moderne Beschichtungsprozesse“.
Whitepaper demnächst verfügbar