Bezpośrednie sieciowanie UV umożliwia utwardzanie odpowiednich systemów lakierniczych, farbowych i powłokowych bez fotoinicjatorów lub przy zmniejszonej zawartości fotoinicjatorów. Kluczowe znaczenie ma tu celowe wykorzystanie promieniowania UV o krótkiej fali i wysokiej energii.
W połączeniu z odpowiednio dostosowaną recepturą promieniowanie to może bezpośrednio wspomagać fotochemiczne reakcje sieciowania. To, czy możliwe jest utwardzanie całkowicie bez użycia fotoinicjatorów, zależy od zastosowanej receptury, podłoża oraz konkretnych warunków procesowych.
W przypadku klasycznego utwardzania promieniowaniem UV z udziałem rodników fotoinicjatory pochłaniają promieniowanie UV i tworzą rodniki. Rodniki te inicjują polimeryzację składników reaktywnych, a tym samym sieciowanie powłoki.
Bezpośrednie sieciowanie promieniowaniem UV opiera się na innym podejściu: światło UV o krótkiej fali i wysokiej energii może, przy odpowiednich recepturach, bezpośrednio wywoływać reakcje fotochemiczne, umożliwiając w ten sposób sieciowanie bez fotoinicjatorów lub przy zmniejszonej zawartości fotoinicjatorów.
To, czy i w jakim zakresie jest to możliwe, zależy od konkretnej receptury i warunków procesowych. Spektrum promieniowania, dawka promieniowania UV oraz inne parametry procesowe muszą zatem być precyzyjnie dostosowane do danego zastosowania.
Wpływ promieniowania UV na powłokę zależy w znacznym stopniu od jego długości fali. Promieniowanie UVA o dłuższej fali charakteryzuje się stosunkowo dużą głębokością penetracji i dlatego odgrywa ważną rolę zwłaszcza w sieciowaniu głębszych warstw.
Natomiast promieniowanie UV o krótszej długości fali jest silniej pochłaniane w obszarze przy powierzchni. Jednocześnie fotony o krótszych długościach fal mają wyższą energię. Te właściwości sprawiają, że zakres spektralny UVC jest szczególnie interesujący dla określonych fotochemicznych procesów sieciowania.
To, jaki rozkład spektralny jest odpowiedni dla danego zastosowania, zależy jednak w znacznym stopniu od konkretnej receptury i pożądanych właściwości powłoki.
Fotoinicjatory odgrywają kluczową rolę w klasycznym utwardzaniu rodnikowym pod wpływem promieniowania UV: pochłaniają promieniowanie UV i tworzą rodniki, które inicjują polimeryzację składników reaktywnych.
Na powierzchni tlen z otaczającego powietrza może reagować z tymi rodnikami, hamując w ten sposób polimeryzację. To tzw. hamowanie tlenowe może prowadzić do niewystarczającego utwardzenia powierzchni i negatywnie wpływać na pożądane właściwości powłoki.
Aby zapewnić niezawodne utwardzanie promieniowaniem UV, należy zatem odpowiednio dopasować skład preparatu, zastosowane widmo promieniowania UV oraz warunki procesowe. Dotyczy to w szczególności systemów bez fotoinicjatorów lub o zmniejszonej zawartości fotoinicjatorów, w których skład i reaktywność preparatu odgrywają decydującą rolę.
Nie każda formuła utwardzana promieniowaniem UV nadaje się do stosowania bez fotoinicjatorów. Aby zapewnić skuteczne bezpośrednie sieciowanie promieniowaniem UV, źródło promieniowania, formuła i proces produkcyjny muszą być traktowane jako jeden system.
Do ważnych czynników wpływających na ten proces należą między innymi:
W przypadku wodnych systemów UV dochodzi dodatkowo fizyczne suszenie, czyli usunięcie zawartości wody przed właściwym sieciowaniem promieniowaniem UV.
Przy zastosowaniu odpowiednich receptur i warunków procesowych bezpośrednie sieciowanie promieniowaniem UV może przynieść szereg korzyści technologicznych i ekonomicznych:
To, które z tych potencjalnych korzyści można osiągnąć w konkretnym zastosowaniu, należy ocenić na podstawie danej receptury i warunków procesowych.
W technologii LED UV coraz większą uwagę poświęca się również krótszym długościom fal. Chociaż przemysłowe systemy LED UV działają obecnie głównie w zakresie promieniowania UVA, diody LED UVC mogą w przyszłości otworzyć dodatkowe możliwości w zakresie ukierunkowanego utwardzania powierzchni.
Promieniowanie UVA może wnikać stosunkowo głęboko w powłoki, podczas gdy promieniowanie UVC jest silniej pochłaniane w pobliżu powierzchni. W dłuższej perspektywie połączenie różnych długości fal mogłoby zatem stanowić przedmiot szczególnego zainteresowania, pozwalając precyzyjnie dostosować do siebie głębokość utwardzania i utwardzanie powierzchniowe.
Diody LED UVC nie osiągnęły jednak jeszcze takiego poziomu dojrzałości technologicznej i wydajności, jaki charakteryzuje sprawdzone systemy LED UVA. Ponadto to, które długości fal i ich kombinacje są odpowiednie, zależy w dużym stopniu od konkretnego składu i zastosowania.
Wraz z FREEcure firma IST METZ oferuje system UV przeznaczony do utwardzania promieniowaniem UV odpowiednich preparatów bez użycia fotoinicjatorów lub przy ich ograniczonym zastosowaniu.
FREEcure wykorzystuje specjalnie zaprojektowaną lampę UV średniego ciśnienia o zwiększonej zawartości promieniowania UV o krótkiej fali. Widmo promieniowania jest dostosowane tak, aby wspomagać procesy fotochemiczne istotne dla bezpośredniego utwardzania.
Dzięki temu FREEcure może być stosowany zarówno w odpowiednio skomponowanych systemach w 100% opartych na promieniowaniu UV, jak i w wodnych systemach UV. To, czy można całkowicie zrezygnować z fotoinicjatorów, czy też jedynie zmniejszyć ich zawartość, zależy od konkretnego zastosowania i składu preparatu.
