Ein wichtiger Faktor, der die Wirksamkeit der UV-Aushärtung beeinträchtigen kann, ist die Sauerstoffhemmung. In diesem Artikel werden wir die Bedeutung der Sauerstoffhemmung in der UV-Aushärtung und die Verfahren zur Vermeidung dieses Problems darlegen.

 

Was ist Sauerstoffhemmung?

Die Sauerstoffhemmung bei der UV-Aushärtung bezieht sich auf das Problem, dass Sauerstoffmoleküle den Aushärtungsprozess von Polymeren stören. UV-Klebstoffe härten aus, wenn ihre Lichtquellen verschiedener Wellenlängen ausgesetzt werden und sich dabei in freie Moleküle aufspalten. Diese freie Moleküle lassen sich dann mit den in der Zusammensetzung enthaltenen Monomer- und Oligomeren zu langen Ketten mit vielen Vernetzungen verbinden und bilden schließlich somit einen ausgehärteten Klebstoff.

 

Allerdings können auch Sauerstoffmoleküle, die bei dieser chemischen Reaktion entnehmen, den Aushärtungsprozess verlangsamen oder sogar stoppen. Dadurch bleiben teilweise gelöste Monomere und Oligomere zurück. Die Sauerstoffhemmung macht sich häufig an der Oberfläche durch eine klebrige und dünne Schicht des ausgehärteten Produkts bemerkbar.

Wie kann man eine Sauerstoffhemmung vermeiden?

Die Sauerstoffhemmung hängt von mehreren Faktoren ab:

• Die im UV-Bereich (280-390 nm) erzeugte Stärke
• Die Zeit, die das Produkt dem UV-Licht ausgesetzt ist
• Die vom UV-Härtungssystem erzeugte Wärme
• Die Zusammensetzung des Klebstoffes

 

Durch die Verwendung von hochintensivem Licht (>1 W/cm2 / 1.000 mW/cm²) in einem breiten Bereich vom 280-450 nm steht in der Regel so viel Energie zur Verfügung, dass die Klebstoffe extrem schnell aushärten. Je höher die Strahlung des UV-Lichts ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit einer Sauerstoffhemmung.

 

Einige Monomere und Oligomere, die die Grundlage für UV-härtbare Klebstoffe sind, reagieren empfindlich auf die Sauerstoffhemmung. Der Anteil der Oberflächenklebrigkeit hängt von der Zusammensetzung des Produktes ab. In der Regel sorgt kurz- und mittelwelliges UV-Licht (380-320 nm), das vom Quecksilberdampflampen erzeugt wird, für eine wirkungsvollere Oberflächenaushärtung, wobei die Aushärtung ein Problem von dickeren Schichten darstellt.
 

Ein UV-Licht mit einer längeren Wellenlänge (400-500 nm) sorgt in der Regel für eine bessere Aushärtung in der Tiefe. Das UV/sichtbare Lichtspektrum im Bereich von 320-450 nm bietet die beste Zusammensetzung: gute Aushärtung an der Oberfläche und in der Tiefe. Durch Anpassung des Aushärtungsprozesses mit einer höheren Lichtstärke, einer längeren Aushärtungszeit oder einer geringfügigen Anpassung der Wellenlänge, kann eine Oberflächenklebrigkeit vermieden werden.

 

Einige UV-Klebstoffe werden allerdings nie klebfrei aushärten. Das liegt daran, dass diese Klebstoffe für Anwendungen ohne Luftzufuhr hergestellt werden, so z. B. für Klebstoffanwendungen zwischen zwei Oberflächen. Die Zeit, die ein UV-Klebstoff zum Aushärten braucht, ist nicht mit der Zeit, die zur vollständigen Aushärtung braucht, zu verwechseln. Sie gibt lediglich an, inwieweit das entsprechende Klebmaterial in der Lage ist, die Sauerstoffhemmung an der Oberfläche zu vermeiden, nachdem es eine bestimmte Zeit lang einer bestimmten Lichtstärke ausgesetzt war.
 

Was bei der Benutzung von UV-Lampen zu beachten ist

Einige UV-Lampen können eine sehr hohe Leistung, gemessen in W/cm², erzeugen. Einige Spotlampen strahlen zum Beispiel bis zu 15-20 Watt/cm² (gemessen bei 365 nm) aus. Dadurch ist es ziemlich einfach, die meisten Klebstoffe klebfrei aushärten zu lassen. Ebenso lässt sich daraus ableiten, dass die meisten Klebstoffe eine Mindeststärke haben, bei der sie innerhalb einer bestimmte Zeit nicht mehr kleben, und eine Mindestgesamtenergie, um eine vollständige Aushärtung zu erreichen.

 

Sehen Sie sich die Formel „Watt/cm² x Sekunden = Joule/cm²“ an. Die Stärke in Watt kann im Verhältnis zur Bestrahlungszeit in Sekunden variieren, um die gleiche Menge an Joule/cm² zu erhalten.

2 Joule/cm² = 2 Watt/cm² x 1 Sekunde oder

2 Joule/cm² = 0,02 Watt/cm² x 100 Sekunden.

 

In beiden Situationen (hohe Lichtstärke für eine kurze Zeit oder niedrige Lichtstärke für eine längere Zeit) enthält man die gleiche Gesamtstärke, aber die Mindestlichtstärke von 0,02 W/cm² kann unterschritten werden, so dass man nie eine klebfreie Oberfläche erhält.

 

Es gibt jedoch eine andere Möglichkeit das Problem der Sauerstoffhemmung zu lösen, besteht darin, den Aushärtungsbereich während der Aushärtung mit Stickstoff oder Argon (Inertgas) zu befluten. Das Inertgas unterdrückt den Sauerstoff auf der Oberfläche und sorgt für eine klebfreie Oberfläche, selbst unter Lichtquellen mit geringerer Stärke.

 

Schlussfolgerung:

Die Verringerung der Sauerstoffhemmung von UV-aushärtenden Produkten ist möglich durch:

 

• Auswahl des richtigen Klebstoffs
• Optimierung des Prozesses
• Auswahl des richtigen UV/VIS-Bereichs
• Verwendung der richtigen Hochleistungslampe
• Optimierung der Belichtungszeiten