LED-Härtungstechnologie für Beschichtungen

LED-Aushärtungsprozess

LED-Härtungslösungen werden in der Beschichtungen Industrie, weil sie eine hochzuverlässige UV-Härtung bieten, da sie ein Festkörpergerät sind. Sie bieten eine tiefe Durchhärtung und ermöglichen niedrige Oberflächentemperaturen, die kostengünstigere Roheingaben ermöglichen. 

UV-Härtungstechnologie mit Leuchtdioden (LEDs) ist im Vergleich zu herkömmlichen Technologien wesentlich umweltfreundlicher und ressourcenschonender. Die Entsorgung von Schwermetalllampen aus Gallium und Quecksilber ist nicht mehr erforderlich. Die Arbeitsbedingungen für die Linienbetreiber werden verbessert, da keine Ozonbildung auftritt und daher keine Abgasanlage erforderlich ist, was zu höheren Geräuschpegeln führen könnte. Der geringere Energieverbrauch von LED-Lichtquellen trägt zum Ressourcenschutz bei. 

Traditionelle UV-Lampen erzeugen UV-Energie durch Erzeugen eines Lichtbogens in einer Kammer aus ionisiertem Gas (typischerweise Quecksilber), um Atome anzuregen, die dann zerfallen und Photonen emittieren. Die emittierten Photonen decken einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ab, einschließlich etwas Infrarot und sogar sichtbarem Licht. Nur etwa 20% ist typischerweise für die UV-Härtung nützlich.

„Es ist jetzt möglich, LED-Lampen in jedem Schritt des Aushärtungsprozesses zu verwenden, sodass herkömmliche UV-Lampen nicht mehr erforderlich sind.“

Lars Sandqvist, Senior Technischer Anwendungsmanager, Sherwin-Williams

Eine UV-LED erzeugt auf ganz andere Weise UV-Energie. Wenn sich ein elektrischer Strom (Elektronen) durch eine Halbleitervorrichtung bewegt, die als Diode bezeichnet wird, emittiert er Energie in Form von Photonen. Die spezifischen Materialien in der Diode bestimmen die Photonenwellenlängen und im Fall von UV-LEDs liegt die Ausgabe typischerweise in einem sehr schmalen Band +/- 10 nm. In Abbildung 2 wird die Leistung einer 395-nm-LED-Lichtquelle mit einer typischen herkömmlichen UV-Lampe verglichen. Es ist wichtig, den Unterschied in Intensität und Wellenlänge des Ausgangs zu beachten. Beides ist der Schlüssel zum Verständnis eines UV-Härtungsprozesses.

Für eine effiziente und effektive UV-Härtung einer Beschichtung versucht der Formulierer, die Ausgabe der UV-Lichtquelle mit der spektralen Absorption des Photoinitiators (PI) zu überlappen. Die Menge an PI in einer typischen UV-Formulierung ist normalerweise sehr gering und beträgt weniger als 5%. PIs absorbieren typischerweise über einen Wellenlängenbereich, nicht über ein schmales Band. Viele vorhandene UV-Formulierungen, die zum Aushärten mit einer typischen UV-Lampe entwickelt wurden, verwenden ein Breitband-PI. Während innerhalb des LED-Ausgangsbereichs häufig eine gewisse Absorption auftritt, ist klar, dass ein Großteil des PI-Absorptionsbereichs verschwendet wird. Eine effizientere Aushärtung ist mit einer Formulierung möglich, die speziell für die LED-Aushärtung unter Verwendung eines PI mit konzentrierterer Absorption im UV-A-Bereich entwickelt wurde.

Im vergangenen Jahr kündigte Sherwin-Williams eine neue LED-Innovation an, die sich an Hersteller in der Holzveredelungsbranche richtet - Full Curing LED. Diese bahnbrechende Technologie ermöglicht die Implementierung von LED in der gesamten Aushärtungslinie und ermöglicht so noch mehr Energieeinsparungen und Qualitätsverbesserungen als zuvor.  

„Wir haben seit der Einführung der LED-Aushärtung im Jahr 2012 an einer solchen Lösung gearbeitet. Es gab jedoch immer ein Problem mit unerwünschten Vergilbungseffekten aufgrund von Schwierigkeiten mit der Deckschicht. Für eine Weile schien eine Kombination aus LED- und UV-Lampen der einzige Weg zu sein, aber wir haben uns weiterentwickelt und die Forschungs- und Entwicklungsabteilung hat endlich die richtige Formel gefunden, damit es funktioniert. Es ist jetzt möglich zu verwenden LED Lampen In jedem Schritt des Aushärtungsprozesses werden herkömmliche UV-Lampen nicht mehr benötigt. Dies ermöglicht eine viel effektivere Produktion “, sagt Lars Sandqvist, Senior Technical Application Manager bei Sherwin-Williams.

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