De afgelopen decennia is het doel geweest om de hoeveelheid oplosmiddelen die in de atmosfeer terechtkomen te verminderen. Deze worden VOC's (vluchtige organische stoffen) genoemd en omvatten in feite alle oplosmiddelen die we gebruiken, met uitzondering van aceton, dat een zeer lage fotochemische reactiviteit heeft en daarom is uitgezonderd als VOC-oplosmiddel.
Maar wat als we oplosmiddelen helemaal zouden kunnen elimineren en toch goede beschermende en decoratieve resultaten zouden kunnen bereiken met minimale inspanning?
Dat zou fantastisch zijn – en dat kunnen we. De technologie die dit mogelijk maakt, heet UV-uitharding. Deze techniek wordt al sinds de jaren 70 gebruikt voor allerlei materialen, waaronder metaal, plastic, glas, papier en, in toenemende mate, voor hout.
UV-uitgeharde coatings harden uit wanneer ze worden blootgesteld aan ultraviolet licht in het nanometerbereik, aan de onderkant van het zichtbare spectrum. De voordelen hiervan zijn onder andere een aanzienlijke vermindering of volledige eliminatie van VOS (vluchtige organische stoffen), minder afval, minder benodigde vloeroppervlakte, directe verwerking en stapeling (waardoor droogrekken overbodig zijn), lagere arbeidskosten en snellere productiesnelheden.
De twee belangrijkste nadelen zijn de hoge aanschafkosten van de apparatuur en de moeilijkheid om complexe 3D-objecten af te werken. Daarom is UV-uitharding meestal beperkt tot grotere bedrijven die relatief vlakke objecten produceren, zoals deuren, panelen, vloeren, sierlijsten en kant-en-klare onderdelen.
De eenvoudigste manier om UV-uitgeharde lakken te begrijpen, is door ze te vergelijken met de gangbare, gekatalyseerde lakken die u waarschijnlijk al kent. Net als gekatalyseerde lakken bevatten UV-uitgeharde lakken een hars voor de opbouw, een oplosmiddel of een substituut voor verdunning, een katalysator om de verknoping te initiëren en de uitharding te bewerkstelligen, en enkele additieven zoals matteringsmiddelen voor speciale eigenschappen.
Er worden diverse primaire harsen gebruikt, waaronder derivaten van epoxy, urethaan, acryl en polyester.
In alle gevallen harden deze harsen zeer hard uit en zijn ze bestand tegen oplosmiddelen en krassen, vergelijkbaar met gekatalyseerde (conversie)lakken. Dit maakt onzichtbare reparaties lastig als de uitgeharde laag beschadigd raakt.
UV-uitgeharde afwerkingen kunnen voor 100 procent uit vaste stoffen in vloeibare vorm bestaan. Dat wil zeggen dat de dikte van de afgezette laag op het hout gelijk is aan de dikte van de uitgeharde coating. Er is niets dat kan verdampen. Maar de primaire hars is te dik voor een gemakkelijke applicatie. Daarom voegen fabrikanten kleinere reactieve moleculen toe om de viscositeit te verlagen. In tegenstelling tot oplosmiddelen, die verdampen, vormen deze toegevoegde moleculen dwarsverbindingen met de grotere harsmoleculen om de film te vormen.
Oplosmiddelen of water kunnen ook als verdunner worden toegevoegd wanneer een dunnere laag gewenst is, bijvoorbeeld voor een afdichtingslaag. Maar ze zijn meestal niet nodig om de afwerking spuitbaar te maken. Wanneer oplosmiddelen of water worden toegevoegd, moeten deze verdampen (of in een oven worden aangebracht) voordat de UV-uitharding begint.
De katalysator
In tegenstelling tot katalysatorvernis, dat begint uit te harden zodra de katalysator wordt toegevoegd, doet de katalysator in een UV-uithardende afwerking, een zogenaamde "foto-initiator", pas iets wanneer deze wordt blootgesteld aan UV-licht. Dan start het een snelle kettingreactie die alle moleculen in de coating met elkaar verbindt om de film te vormen.
Dit proces maakt UV-uitgeharde afwerkingen zo uniek. De afwerking heeft vrijwel geen houdbaarheid of verwerkingstijd. Het blijft vloeibaar totdat het aan UV-licht wordt blootgesteld. Dan hardt het binnen enkele seconden volledig uit. Houd er rekening mee dat zonlicht het uithardingsproces kan versnellen, dus het is belangrijk om blootstelling hieraan te vermijden.
Het is wellicht makkelijker om de katalysator voor UV-coatings te zien als twee componenten in plaats van één. Er is de foto-initiator die al in de coating zit – ongeveer 5 procent van de vloeistof – en er is de energie van het UV-licht dat deze activeert. Zonder beide gebeurt er niets.
Deze unieke eigenschap maakt het mogelijk om spuitnevel buiten het bereik van het UV-licht terug te winnen en de afwerking opnieuw te gebruiken. Zo kan afval vrijwel volledig worden geëlimineerd.
De traditionele UV-lamp bestaat uit een kwikdamplamp in combinatie met een elliptische reflector om het licht op te vangen en op het onderdeel te richten. Het idee is om het licht te focussen voor een maximaal effect bij het activeren van de foto-initiator.
De afgelopen tien jaar hebben ledlampen (lichtgevende diodes) de traditionele gloeilampen steeds meer vervangen. Ledlampen verbruiken namelijk minder stroom, gaan veel langer mee, hoeven niet op te warmen en hebben een smal golflengtebereik, waardoor ze veel minder schadelijke warmte produceren. Deze warmte kan harsen in hout, zoals grenen, vloeibaar maken en moet daarom afgevoerd worden.
Het uithardingsproces is echter hetzelfde. Alles is gebaseerd op "zichtlijn". De afwerking hardt alleen uit als het UV-licht er vanaf een vaste afstand op valt. Gebieden in de schaduw of buiten het focuspunt van het licht harden niet uit. Dit is momenteel een belangrijke beperking van UV-uitharding.
Om de coating op een complex object, zelfs op iets dat bijna vlak is zoals een profiellijst, uit te harden, moeten de lichtbronnen zo worden geplaatst dat ze elk oppervlak op dezelfde vaste afstand raken, passend bij de samenstelling van de coating. Dit is de reden waarom vlakke objecten het overgrote deel uitmaken van projecten die worden voorzien van een UV-uithardende coating.
De twee meest voorkomende opstellingen voor het aanbrengen en uitharden van UV-coatings zijn de vlakke lijn en de kamer.
Bij het vlakke lijnproces bewegen de vlakke of bijna vlakke objecten over een transportband onder een sproeier of rol, of door een vacuümkamer, vervolgens indien nodig door een oven om oplosmiddelen of water te verwijderen en ten slotte onder een reeks UV-lampen om het uithardingsproces te voltooien. De objecten kunnen daarna direct worden gestapeld.
In spuitkamers worden de objecten meestal opgehangen en via een transportband door dezelfde stappen bewogen. Een spuitkamer maakt het mogelijk om alle zijden tegelijk af te werken en ook niet-complexe, driedimensionale objecten te bewerken.
Een andere mogelijkheid is om een robot te gebruiken om het object voor UV-lampen te laten draaien, of om een UV-lamp vast te houden en het object eromheen te bewegen.
Leveranciers spelen een cruciale rol.
Bij UV-uithardende coatings en apparatuur is samenwerking met de leveranciers nog belangrijker dan bij gekatalyseerde lakken. De belangrijkste reden hiervoor is het grote aantal variabelen dat op elkaar afgestemd moet worden. Denk hierbij aan de golflengte van de lampen of LED's en hun afstand tot de objecten, de samenstelling van de coating en de lijnsnelheid bij gebruik van een afwerkingslijn.
Geplaatst op: 23 april 2023
