UV-technologie wordt door velen beschouwd als de "opkomende" technologie voor het uitharden van industriële coatings. Hoewel het voor velen in de industriële en automobielcoatingindustrie nieuw is, wordt het in andere sectoren al meer dan dertig jaar gebruikt.
UV-technologie wordt door velen beschouwd als de "opkomende" technologie voor het uitharden van industriële coatings. Hoewel het voor velen in de industriële en automobielcoatingindustrie nieuw is, bestaat het al meer dan dertig jaar in andere sectoren. Mensen lopen dagelijks over vinylvloeren met een UV-coating en velen van ons hebben ze in huis. UV-uithardingstechnologie speelt ook een belangrijke rol in de consumentenelektronica. Zo wordt UV-technologie bij mobiele telefoons gebruikt voor het coaten van plastic behuizingen, coatings ter bescherming van interne elektronica, UV-lijmverbindingen en zelfs voor de kleurenschermen in sommige telefoons. Ook de glasvezel- en dvd/cd-industrie maken uitsluitend gebruik van UV-coatings en -lijmen en zouden niet bestaan zoals we ze nu kennen zonder de ontwikkeling van UV-technologie.
Wat is UV-uitharding precies? Simpel gezegd is het een proces waarbij coatings worden uitgehard door middel van een chemisch proces dat wordt geïnitieerd en in stand gehouden door UV-energie. In minder dan een minuut verandert de coating van vloeibaar naar vast. Er zijn fundamentele verschillen in sommige grondstoffen en de functionaliteit van de harsen in de coating, maar deze zijn voor de gebruiker van de coating niet merkbaar.
Conventionele applicatieapparatuur zoals luchtverstuivingsspuitpistolen, HVLP-systemen, roterende spuitkoppen, flowcoating, rolcoating en andere apparatuur worden gebruikt voor het aanbrengen van UV-coatings. In plaats van na het aanbrengen van de coating in een thermische oven te gaan en een oplosmiddel te laten uitharden, wordt de coating echter uitgehard met UV-energie die wordt opgewekt door UV-lampsystemen die zo zijn opgesteld dat de coating wordt belicht met de minimaal benodigde hoeveelheid energie om uitharding te bereiken.
Bedrijven en industrieën die de voordelen van UV-technologie benutten, hebben buitengewone waarde gecreëerd door superieure productie-efficiëntie en een superieur eindproduct te leveren, terwijl ze tegelijkertijd hun winst verhogen.
De eigenschappen van UV benutten
Wat zijn de belangrijkste voordelen die benut kunnen worden? Ten eerste, zoals eerder vermeld, is de uitharding zeer snel en kan deze bij kamertemperatuur plaatsvinden. Dit maakt een efficiënte uitharding van warmtegevoelige substraten mogelijk, en alle coatings kunnen zeer snel worden uitgehard. UV-uitharding is essentieel voor de productiviteit als een lange uithardingstijd de beperkende factor (het knelpunt) in uw proces is. Bovendien zorgt de snelheid voor een proces met een veel kleinere voetafdruk. Ter vergelijking: een conventionele coating die 30 minuten moet uitharden bij een lijnsnelheid van 15 voet per minuut vereist 450 voet transportband in de oven, terwijl een UV-uitgeharde coating slechts 25 voet (of minder) transportband nodig heeft.
De UV-crosslinkingreactie kan resulteren in een coating met een aanzienlijk hogere fysieke duurzaamheid. Hoewel coatings hard kunnen worden gemaakt voor toepassingen zoals vloeren, kunnen ze ook zeer flexibel zijn. Beide soorten coatings, hard en flexibel, worden gebruikt in de automobielindustrie.
Deze eigenschappen vormen de drijvende kracht achter de voortdurende ontwikkeling en toepassing van UV-technologie voor autolakken. Natuurlijk zijn er uitdagingen verbonden aan het uitharden van industriële coatings met UV-licht. De belangrijkste zorg voor de proceseigenaar is de mogelijkheid om alle delen van complexe onderdelen bloot te stellen aan UV-energie. Het volledige oppervlak van de coating moet worden blootgesteld aan de minimaal benodigde UV-energie voor het uitharden. Dit vereist een zorgvuldige analyse van het onderdeel, de juiste positionering van de onderdelen en de opstelling van de lampen om schaduwplekken te elimineren. Er zijn echter aanzienlijke verbeteringen in lampen, grondstoffen en geformuleerde producten die de meeste van deze beperkingen wegnemen.
Autoverlichting
UV-coating is de standaardtechnologie geworden in de automobielindustrie, met name voor koplampen. Daar worden al meer dan 15 jaar UV-coatings gebruikt en is het marktaandeel inmiddels 80%. Koplampen bestaan uit twee hoofdbestanddelen die gecoat moeten worden: de polycarbonaat lens en de reflectorbehuizing. De lens vereist een zeer harde, krasbestendige coating om het polycarbonaat te beschermen tegen weersinvloeden en fysieke beschadigingen. De reflectorbehuizing heeft een UV-grondlaag (primer) die het substraat afdicht en een ultraglad oppervlak creëert voor de metaalcoating. De markt voor reflectorgrondlagen is nu vrijwel volledig UV-uitgehard. De belangrijkste redenen voor deze toepassing zijn de verbeterde productiviteit, de kleinere procesomvang en de superieure coatingeigenschappen.
Hoewel de gebruikte coatings UV-uithardend zijn, bevatten ze wel oplosmiddelen. Het grootste deel van de overspray wordt echter teruggewonnen en hergebruikt in het proces, waardoor een overdrachtsefficiëntie van bijna 100% wordt bereikt. De focus voor toekomstige ontwikkeling ligt op het verhogen van het vaste-stofgehalte tot 100% en het elimineren van de noodzaak voor een oxidatiemiddel.
Kunststof onderdelen aan de buitenkant
Een van de minder bekende toepassingen is het gebruik van een UV-uithardende blanke lak op in de carrosseriekleur gegoten zijlijsten. Deze coating werd aanvankelijk ontwikkeld om vergeling van vinyl zijlijsten bij blootstelling aan de buitenlucht te verminderen. De coating moest zeer sterk en flexibel zijn om een goede hechting te garanderen zonder te barsten door stoten van objecten. De belangrijkste redenen voor het gebruik van UV-coatings in deze toepassing zijn de snelle uitharding (kleine procesomvang) en de superieure prestatie-eigenschappen.
SMC Carrosseriepanelen
Sheet molding compound (SMC) is een composietmateriaal dat al meer dan 30 jaar als alternatief voor staal wordt gebruikt. SMC bestaat uit een met glasvezel versterkte polyesterhars die tot platen is gegoten. Deze platen worden vervolgens in een compressiemal geplaatst en tot carrosseriepanelen gevormd. SMC kan worden gekozen omdat het de gereedschapskosten voor kleine productieseries verlaagt, het gewicht reduceert, deuk- en corrosiebestendigheid biedt en ontwerpers meer creatieve vrijheid geeft. Een van de uitdagingen bij het gebruik van SMC is echter de afwerking van het onderdeel in de assemblagefabriek. SMC is een poreus substraat. Wanneer het carrosseriepaneel, dat zich nu op een voertuig bevindt, door de lakoven gaat, kan een lakdefect ontstaan dat bekend staat als een "porositeitspiek". Dit vereist minimaal een plaatselijke reparatie, of, als er voldoende "porositeiten" zijn, een volledige overspuiting van de carrosserie.
Drie jaar geleden bracht BASF Coatings, in een poging dit defect te verhelpen, een hybride UV/thermische sealer op de markt. De reden voor het gebruik van een hybride uitharding is dat de overspray ook op niet-kritische oppervlakken uithardt. De cruciale stap om de "porositeitspiekjes" te elimineren, is blootstelling aan UV-energie, waardoor de crosslinkdichtheid van de blootgestelde coating op de kritische oppervlakken aanzienlijk toeneemt. Zelfs als de sealer niet de minimale UV-energie ontvangt, voldoet de coating nog steeds aan alle andere prestatie-eisen.
Het gebruik van dual-cure-technologie in dit geval zorgt voor nieuwe coatingeigenschappen door UV-uitharding te benutten en tegelijkertijd een veiligheidsfactor te bieden voor de coating in een hoogwaardige toepassing. Deze toepassing laat niet alleen zien hoe UV-technologie unieke coatingeigenschappen kan bieden, maar toont ook aan dat een UV-uitgehard coatingsysteem haalbaar is voor hoogwaardige, in grote volumes geproduceerde, grote en complexe auto-onderdelen. Deze coating is al op ongeveer een miljoen carrosseriepanelen aangebracht.
OEM blanke lak
Het marktsegment met de meeste zichtbaarheid op het gebied van UV-technologie is wellicht de categorie van klasse A-coatings voor carrosseriepanelen van auto's. Ford Motor Company presenteerde UV-technologie op een prototype, de Concept U, tijdens de North American International Auto Show in 2003. De getoonde coatingtechnologie was een UV-uitgeharde blanke lak, ontwikkeld en geleverd door Akzo Nobel Coatings. Deze coating werd aangebracht en uitgehard op afzonderlijke carrosseriepanelen van verschillende materialen.
Op Surcar, de belangrijkste internationale conferentie voor autolakken die om de twee jaar in Frankrijk wordt gehouden, gaven zowel DuPont Performance Coatings als BASF in 2001 en 2003 presentaties over UV-uithardingstechnologie voor blanke autolakken. De drijfveer achter deze ontwikkeling is het verbeteren van een belangrijk aspect van de klanttevredenheid met betrekking tot lak: kras- en slijtvastheid. Beide bedrijven hebben hybride (UV & thermisch) uithardende coatings ontwikkeld. Het doel van deze hybride technologie is om de complexiteit van het UV-uithardingssysteem te minimaliseren en tegelijkertijd de gewenste prestatie-eigenschappen te bereiken.
Zowel DuPont als BASF hebben proefinstallaties in hun fabrieken geïnstalleerd. De DuPont-lijn in Wuppertal kan volledige carrosserieën uitharden. De coatingbedrijven moeten niet alleen goede coatingprestaties laten zien, maar ook een laklijnoplossing demonstreren. Een ander voordeel van UV/thermische uitharding, genoemd door DuPont, is dat de lengte van het blanke-lakgedeelte van de afwerkingslijn met 50% kan worden verkort door simpelweg de lengte van de thermische oven te verkleinen.
Vanuit technisch oogpunt gaf Dürr System GmbH een presentatie over een assemblagefabriekconcept voor UV-uitharding. Een van de belangrijkste variabelen in deze concepten was de plaatsing van het UV-uithardingsproces in de afwerkingslijn. Technische oplossingen omvatten het plaatsen van UV-lampen vóór, in of na de thermische oven. Dürr is van mening dat er voor de meeste procesopties met de huidige formuleringen in ontwikkeling technische oplossingen beschikbaar zijn. Fusion UV Systems presenteerde ook een nieuwe tool: een computersimulatie van het UV-uithardingsproces voor autocarrosserieën. Deze ontwikkeling is bedoeld om de toepassing van UV-uithardingstechnologie in assemblagefabrieken te ondersteunen en te versnellen.
Overige toepassingen
De ontwikkeling van kunststofcoatings voor auto-interieurs, coatings voor lichtmetalen velgen en wieldoppen, blanke lakken voor grote, in kleur gegoten onderdelen en voor onderdelen onder de motorkap gaat door. Het UV-proces wordt steeds vaker gevalideerd als een stabiel uithardingsplatform. De belangrijkste verandering is dat UV-coatings steeds vaker worden toegepast op complexere, hoogwaardigere onderdelen. De stabiliteit en de levensvatbaarheid op lange termijn van het proces zijn aangetoond met de toepassing in koplampen. Het begon meer dan 20 jaar geleden en is nu de industriestandaard.
Hoewel UV-technologie door sommigen als "cool" wordt beschouwd, wil de industrie er vooral de beste oplossingen mee bieden voor de problemen van afwerkbedrijven. Niemand gebruikt een technologie omwille van de technologie zelf. Het moet waarde opleveren. Die waarde kan zich uiten in een verbeterde productiviteit dankzij de snellere uitharding. Of in verbeterde of nieuwe eigenschappen die met de huidige technologieën nog niet mogelijk waren. Het kan ook een hogere kwaliteit vanaf de eerste poging opleveren, omdat de coating minder lang aan vuil is blootgesteld. Het kan zelfs een manier zijn om de VOC-uitstoot in uw bedrijf te verminderen of te elimineren. De technologie kan waarde leveren. De UV-industrie en afwerkbedrijven moeten blijven samenwerken om oplossingen te ontwikkelen die de winstgevendheid van de bedrijven verbeteren.
Geplaatst op: 14 maart 2023
