FREEcure – een nieuwe manier om UV-licht te gebruiken
Milieuvriendelijke uithardingsoplossingen zijn essentieel bij industriële houtverwerking. UV-uitharding van inkten en vernissen is een beproefde, snelle en energiezuinige methode.
Traditioneel worden fotoinitiatoren toegevoegd aan UV-vernissen en UV-inkten om het UV-licht te absorberen, radicalen te genereren en zo het uithardingsproces te starten door de C=C dubbele binding om te zetten.
De efficiëntie van het UV-uithardingsproces wordt aan het oppervlak aanzienlijk aangetast door zuurstofinhibitie (de beëindigingsreactie van ketenvorming via zuurstof), wat op zijn beurt kan leiden tot een vermindering van de productiesnelheid en zelfs beperkte oppervlakte-eigenschappen. De bekende technische oplossingen voor deze problemen zijn de inertisering van de bestralingsruimte of de overmatige toevoeging van fotoinitiatoren. Dit leidt echter tot verdere technische uitdagingen met betrekking tot vergeling, geur en migratie, die het gebruik in gevoelige toepassingsgebieden, zoals keukenoppervlakken, bemoeilijken.
Als gevolg van knelpunten in de toelevering, toegenomen regelmatige eisen en het wegvallen van sommige fotoinitiatoren, rees de vraag of het mogelijk zou zijn om het UV-polymerisatieproces uit te voeren zonder of met een aanzienlijk verlaagd gehalte aan fotoinitiatoren en tegelijkertijd zuurstofinhibitie te voorkomen. Een inerte omgeving moet bewust worden vermeden.
Zelfs vóór de discussies over duurzaamheid, stijgende energieprijzen en het verminderen van de CO2-voetafdruk, hebben onze UV-experts gewerkt aan het minimaliseren van de milieu-impact van IST UV-uithardingssystemen en onderzoek gedaan naar innovatieve benaderingen om te voldoen aan de toegenomen vraag van klanten naar duurzame trends. Samen met UV-experts van BASF hebben onze UV-specialisten het FREEcure-systeem ontwikkeld, dat een steeds belangrijkere rol zal spelen in de houtverwerkingstechnologie en dat alles in huis heeft om het energieverbruik te verlagen.
Dit wordt mogelijk gemaakt door een UV-uithardingsproces dat wordt bereikt door directe cross-linking van de C=C dubbele binding.
Om dergelijke verbindingen direct te kunnen splitsen, is echter een bepaalde hoeveelheid lichtenergie nodig die boven de bindingsenergie van de dubbele C=C-binding ligt.
Omdat UV-licht des te energieker is naarmate de golflengte korter is, moest het lichtspectrum van het UV-systeem worden verschoven naar het UVC-bereik met korte golflengte en moest dit bereik extra worden versterkt.
Na zorgvuldige overweging en onderzoek van verschillende UV-lichtbronnen werd het duidelijk dat de UV middendruk kwiklamp de beste omstandigheden biedt voor dit proces. Daarom werd op basis van ons beproefde IST-UV-systeem BLK en in combinatie met een UV-middeldruk kwiklamp een systeem ontwikkeld dat een vermogenstoename van meer dan 70% in het UVC-spectrumbereik kan genereren en ook golflengten onder 220 nm onevenredig vergroot.
De belangrijkste maatregelen in dit verband waren:
- Aanpassing en optimalisatie van de plasmatechnologie in de UV-lamp
- Gebruik van speciale materialen op het gebied van UV-lampen, reflectoren en doorlaatfilters
- Optimalisatie van de elektronische besturing
Uitgebreide binderscreenings hebben aangetoond dat FREEcure geschikt is voor zowel 100% systemen als waterige systemen. Er kan nu gebruik worden gemaakt van uitgebreide expertise. De volgende aspecten spelen hierbij een rol:
- Geen fotoinitiator
- Chemische samenstelling/functionaliteit van het bindmiddel
- Aminemodificatie voor effectieve onderdrukking van zuurstofinhibitie
- Fysieke oppervlaktedroging van waterige UV-dispersies.
Samenvattend kan volgens BASF-experts worden bevestigd dat
- Watergedragen en 100% UV-bindmiddelen efficiënt kunnen worden uitgehard met FREEcure.
- Bijkomend gebruik van fotoinitiatoren in watergedragen blanke laksystemen is niet nodig, terwijl ze in 100% systemen tot een minimum kunnen worden beperkt (<<0,5%).
- Hoge dubbele binding conversies (>80%) zijn mogelijk in coatings
- Hoge chemische bestendigheid kan worden bereikt, vergelijkbaar met klassieke systemen die gebruik maken van industriestandaard hoeveelheden fotoinitiator
- Er worden speciale eisen gesteld aan het bindmiddel om optimale prestaties van de coating te garanderen.
Dit helpt de samensteller om hindernissen te overwinnen die het gevolg zijn van verschillende wettelijke vereisten voor de samenstelling en verwerking van hun producten.
De toepassing beslist
Bij sommige toepassingen staat het verminderen/elimineren van fotoinitiatoren centraal.
Het was mogelijk om verspuitbare UV-coatings op waterbasis in verschillende kleuren (blauw, geel, zwart, rood, wit) en UV-primers op melaminefilm zonder fotoinitiators uit te harden met behoud van het volledige eigenschappenprofiel.
Bij 100% UV-systemen die worden gebruikt op hogesnelheidsrolcoatinglijnen in de meubelindustrie, kan het zinvol zijn om een bepaald aandeel fotoinitiatoren toe te voegen (ongeveer 1/4 tot 1/3 van de oorspronkelijke hoeveelheid) om de gewenste productiesnelheid te bereiken met zo weinig mogelijk UV-eenheden. Het argument van de energie-efficiëntie staat hier centraal. Snelheden per FREEcure eenheid tussen 30-50 m/min zijn hier denkbaar. Dit betekent dat er maximaal 2-3 FREEcure eenheden nodig zijn, zelfs voor hogesnelheidsrolcoatlijnen. Afhankelijk van de toepassing is het denkbaar om de FREEcure eenheden te combineren met UV LED systemen om grote laagdiktes uit te harden, zelfs in de diepte.
De bovenstaande verklaringen worden ook bevestigd in de druksector. Dit is met name het geval bij het bedrukken en coaten van voedselverpakkingen. Hier hebben we ervaring met offset- en flexo-inkten die fotoinitiatorvrij kunnen worden uitgehard tot 200 m/min.
Les avantages en un coup d'œil :
- Efficacité énergétique : Le rendement élevé du système FREEcure permet des temps de durcissement extrêmement courts et des économies d'énergie significatives, qui réduisent également l'empreinte CO2.
- Respect de l'environnement : En éliminant ou en réduisant l'utilisation de photo-initiateurs, le potentiel d'odeur et de migration des revêtements est réduit.
- Rentabilité : La réduction des coûts d'exploitation grâce à la diminution du nombre d'unités UV, de l'encombrement et du coût des pièces de rechange, ainsi que de la consommation d'énergie, se traduit par un processus de production rentable.
Samenvatting
Het FREEcure-proces biedt daarom een compleet nieuwe benadering van het gebruik van UV-licht, omdat het het gebruik van fotoinitiatoren minimaliseert of zelfs helemaal elimineert dankzij een extreem hoog aandeel UVC-licht. Dit is vooral belangrijk en van groot voordeel bij de productie van gevoelige producten die gebruik maken van inkt en coatings met een lage migratie. Het extreem krachtige systeem bevordert energiebesparingen - omdat door het gebruik van FREEcure het aantal UV-drogers in veel gevallen kan worden verminderd en ruimtebesparend potentieel kan worden gegenereerd. Concreet betekent dit mogelijke energiebesparingen tot 75% en dus in de 6-cijferige eurozone, enkele honderden tonnen CO2-besparing afhankelijk van de productielocatie, een aanzienlijk kleinere voetafdruk en terugverdientijden van 1,5 tot 2,5 jaar. Op de lange termijn kunnen ook lagere kosten voor reserveonderdelen worden verwacht. Op de lange termijn is de combinatie van UV LED voor alle onderlagen en FREEcure voor de toplaag in de houtzone een stap in de goede richting om de evenwichtsoefening tussen de grootst mogelijke milieuvriendelijkheid en tegelijkertijd hoogwaardige coatings te realiseren.
