Strahlenhärtung

Strahlenhärtung bezeichnet einen Prozess, bei dem mit Hilfe von energiereicher Strahlung (Elektronenstrahlen, Gammastrahlung, Ultraviolett) reaktive Materialien von einem niedermolekularen in einen hochmolekularen Zustand überführt werden.

Siehe auch Strahlenchemie (Strahlenvernetzung).

Verfahrensablauf

Meist handelt es sich um zunächst flüssige Beschichtungswerkstoffe (z. B. Lacke, Druckfarben, Klebstoffe etc.), die über eine chemische Reaktion innerhalb von wenigen Sekunden in einen festen Zustand übergehen. Bei Lacken wird ein fester und trockener Film ausgebildet. Als Hilfsstoffe sind Fotosensibilisatoren beigemischt.

Als Strahlungsquellen dienen Ultraviolett-Lampen, zum Beispiel Quecksilberdampflampen oder auch Blitzröhren.

Es werden auch Ultraviolett-Leuchtdioden[1] für diesen Zweck eingesetzt; sie sind teurer, besitzen aber eine lange Lebensdauer und sind für kleine Leistungen verfügbar (Zahnmedizin).

Elektronenstrahlen werden beispielsweise eingesetzt, um bereits teilpolymerisierte Schichten weiter zu vernetzen (Strahlenvernetzung). So entstehen beispielsweise Isolierstoffe, die das Ausgangsprodukt hinsichtlich Festigkeit, Einsatztemperatur und chemischer Resistenz weit übertreffen.[2]

Reaktionsmechanismen

UV-härtende Lacke verwenden reaktive Acrylate,[3] Epoxide,[4] Enolether[5] und als Spezialfall auch cyclische Amine (z. B. Aziridin)[6] als Bindemittel. Früher wurden häufig auch ungesättigte Polyesterharze verwendet. Dazu kommen Fotoinitiatoren und Hilfsmittel wie Vernetzer, Verlaufsmittel, Antioxidantien und Pigmente. Fotoinitiatoren bilden bei Belichtung Radikale oder reaktive Kationen (Supersäuren) und induzieren eine Polymerisation oder Vernetzungsreaktion längerkettiger Moleküle.

Die kationisch härtenden Systeme weisen komplexe und bislang nicht bis ins letzte Detail geklärte Reaktionsmechanismen, Kombinationen aus Kettenübertragungs-, Start- und Abbruchreaktionen, auf.

Einzelnachweise
  1. panacol.de: Innovation: UV-LED auch für Flächenbestrahlung (PDF; 274 kB).
  2. Mitelung der Firma Raytronics AG zur Strahlenvernetzung, abgerufen am 5. Mai 2023
  3. Patent EP0619347B1: (Meth-)Acrylat-Beschichtungsmassen. Angemeldet am 7. April 1993, veröffentlicht am 4. September 1996, Anmelder: PCB Augsburg GmbH, Erfinder: Manfred Huber et al.
  4. Patent EP0584570B1: Epoxidharzzusammensetzung mit Sulfoniumsalzen. Angemeldet am 28. Juli 1993, veröffentlicht am 30. September 1998, Anmelder: Siemens AG, Erfinder: Bernhard Stapp et al.
  5. Eignung von Arendiazoniumsalzen als Fotoinitiatoren für die kationische Fotopolymerisation, Dissertation Universität Halle 1999.
  6. Cationic Polymerization of Cyclic Amines, E. J. Goethals, E.H. Schacht, P. Bruggeman, Institute of organic chemistry Rijksuniversiteit Gent, B-9000 Gent, Belgium.

Quellen
  • Cationic Polymerization of Cyclic Amines, E. J. Goethals, E.H. Schacht, P. Bruggeman, Institute of organic chemistry Rijksuniversiteit Gent, B-9000 Gent, Belgium
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