Directe UV-vernetting biedt de mogelijkheid om geschikte lak-, verf- en coatingsystemen uit te harden zonder foto-initiatoren of met een lager gehalte aan foto-initiatoren. Doorslaggevend hiervoor is het gerichte gebruik van kortgolvige, energierijke UV-straling.
In combinatie met een daarop afgestemde formulering kan de straling fotochemische verknopingsreacties direct ondersteunen. Of een volledig foto-initiatorvrije uitharding mogelijk is, hangt af van de gebruikte formulering, het substraat en de betreffende procesomstandigheden.
Bij de klassieke radicalaire UV-uitharding absorberen foto-initiatoren UV-straling en vormen ze radicalen. Deze zetten de polymerisatie van de reactieve bestanddelen in gang en daarmee de verknoping van de coating.
Bij directe UV-vernetting wordt een andere aanpak gevolgd: kortgolvig, energierijk UV-licht kan bij geschikte formuleringen direct fotochemische reacties op gang brengen en zo vernetting mogelijk maken zonder foto-initiatoren of met een gereduceerd aandeel foto-initiatoren.
Of en in hoeverre dit mogelijk is, hangt af van de betreffende formulering en de procesomstandigheden. Het stralingsspectrum, de UV-dosis en andere procesparameters moeten daarom doelgericht op de toepassing worden afgestemd.
Het effect van UV-straling op een coating hangt in belangrijke mate af van de golflengte. Langgolvige UVA-straling heeft een relatief grote penetratiediepte en speelt daarom met name een belangrijke rol bij de verknoping van diepere lagen.
Kortgolvige UV-straling wordt daarentegen sterker geabsorbeerd in het gebied dicht bij het oppervlak. Tegelijkertijd hebben de fotonen bij kortere golflengten een hogere energie. Deze eigenschappen maken het UVC-spectrum bijzonder interessant voor bepaalde fotochemische verknopingsprocessen.
Welke spectrale verdeling geschikt is voor een toepassing, hangt echter in belangrijke mate af van de betreffende samenstelling en de gewenste eigenschappen van de coating.
Foto-initiatoren spelen een centrale rol bij de klassieke radicaal-UV-uitharding: ze absorberen UV-straling en vormen radicalen die de polymerisatie van de reactieve componenten op gang brengen.
Aan het oppervlak kan zuurstof uit de omgevingslucht met deze radicalen reageren en daardoor de polymerisatie remmen. Deze zogenaamde zuurstofremming kan leiden tot onvoldoende uitharding van het oppervlak en de gewenste eigenschappen van de coating aantasten.
Voor een betrouwbare UV-uitharding moeten daarom de samenstelling, het gebruikte UV-spectrum en de procesomstandigheden op elkaar worden afgestemd. Dit geldt met name voor systemen zonder of met een beperkte hoeveelheid foto-initiatoren, waarbij de samenstelling en de reactiviteit van de formulering een doorslaggevende rol spelen.
Niet elke UV-uithardende formulering kan zonder foto-initiatoren worden verwerkt. Voor een succesvolle directe UV-vernetting moeten de stralingsbron, de formulering en het productieproces als één geheel worden beschouwd.
Belangrijke factoren zijn onder andere:
Bij watergedragen UV-systemen komt daar nog de fysische droging, oftewel het verwijderen van het watergehalte, aan vooraf, voordat de daadwerkelijke UV-vernetting plaatsvindt.
Met de juiste samenstellingen en procesomstandigheden kan directe UV-vernetting diverse technologische en economische voordelen bieden:
Welke van deze potentiële voordelen in een specifieke toepassing kunnen worden gerealiseerd, moet worden beoordeeld op basis van de betreffende formulering en procesomstandigheden.
Ook in de LED-UV-technologie komt steeds meer aandacht voor kortere golflengten. Terwijl industriële UV-LED-systemen momenteel voornamelijk in het UVA-bereik werken, zouden UVC-LED’s in de toekomst extra mogelijkheden kunnen bieden voor gerichte uitharding van oppervlakken.
UVA-straling kan relatief diep in coatings doordringen, terwijl UVC-straling sterker aan het oppervlak wordt geabsorbeerd. Op de lange termijn zou de combinatie van verschillende golflengten daarom van bijzonder belang kunnen zijn om de uitharding in de diepte en aan het oppervlak specifiek op elkaar af te stemmen.
UVC-LED’s hebben echter nog niet het niveau van technologische rijpheid en prestaties bereikt van gevestigde UVA-LED-systemen. Bovendien hangt het sterk af van de specifieke samenstelling en toepassing welke golflengten en combinaties geschikt zijn.
Met FREEcure biedt IST METZ een UV-systeemoplossing voor de foto-initiatorvrije of foto-initiatorarme UV-uitharding van geschikte formuleringen.
FREEcure maakt gebruik van een speciaal ontworpen UV-lamp voor middendruk met een verhoogd aandeel kortgolvige UV-straling. Het stralingsspectrum is zo ontworpen dat het de fotochemische processen ondersteunt die relevant zijn voor directe vernettering.
Daardoor kan FREEcure zowel worden gebruikt voor speciaal samengestelde 100%-UV-systemen als voor watergedragen UV-systemen. Of er volledig kan worden afgezien van foto-initiatoren of dat het aandeel ervan kan worden verminderd, hangt af van de betreffende toepassing en samenstelling.
