Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Anlass des Vorhabens ist das in der EU ab 2027 drohende Verbot von Quecksilberstrahlern, die bisher zur industriellen UV-H\u00e4rtung von Beschichtungen und Druckfarben eingesetzt werden.
\n Ziel dieses Vorhabens ist es, alternative UV-H\u00e4rtungsanlagen zu entwickeln, die kein Quecksilber enthalten aber Quecksilberstrahler bzgl. Bestrahlungsleistung, Anwendungsvielfalt und Qualit\u00e4t der geh\u00e4rten Beschichtung oder Druckfarbe nicht nachstehen. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Projektes wurden UV-Bestrahlungsanlagen entwickelt, die aus einer Kombination von leistungsstarken Edelgas-Halogen Excimerstrahlern und LED bestehen. Edelgas-Halogen-Excimerstrahler mit Wellenl\u00e4ngen von 222, 253 und 308 nm sind besonders f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenh\u00e4rtung geeignet, w\u00e4hrend LEDStrahler mit Wellenl\u00e4ngen im Bereich von 365 bis 405 nm die Tiefenh\u00e4rtung erm\u00f6glichen. Auf diese Weise k\u00f6nnen durch die Kombination beider Strahlenquellen wesentliche Emissionsbereiche der polychromatischen Mitteldruck-Quecksilberstrahler nachgebildet werden. Der Schwerpunkt der Entwicklung lag auf der Bereitstellung leistungsstarker Edelgas-Halogen-Strahler. Verwendet wurden koaxial aufgebaute Excimerlampen der Fa. Heraeus Noblelight, deren Wirkungsgrad durch eine ausgew\u00e4hlte F\u00fcllung (Heraeus Noblelight) und die Ansteuerung der Plasmaentladung mittels 500 kHz Hochspannungsgeneratoren (IOT) optimiert wurde. Neu entwickelt wurden entsprechende Excimer-Strahlenquellen f\u00fcr den industriellen Einsatz, die aus einem Al-Strangguss-Geh\u00e4use mit hochspannungsfestem Strahlerkopf, der Excimerlampe, einer Wasserk\u00fchlung auf Deionatbasis und einer l\u00e4ngs des Strahlers gef\u00fchrten D\u00fcse zur Inertisierung des Strahlers mit Stickstoff bestehen. Auf einer Laboranlage der IOT wurden diese Strahler eingebaut und getestet. Hier konnten Bestrahlungsst\u00e4rken gemessen und die H\u00e4rtung von Beschichtungen und Druckfarben unter industrienahen Bedingungen durchgef\u00fchrt werden. Da in-line mit den Excimerstahlern auf der Laboranlage auch Mitteldruck-Quecksilberstrahler zur Verf\u00fcgung standen, konnte die Leistungsf\u00e4higkeit beider Strahlenquellen direkt verglichen werden. F\u00fcr vergleichende Versuche wurden industrie\u00fcbliche acrylatbasierende Lacke und Druckfarben verwendet. Mittels FTIR-ATR wurde der Umsatz der Acrylat.Doppelbindungen eines Lackes bzw. einer Druckfarbe nach alternativer H\u00e4rtung durch EdelgasHalogen Excimerstrahler gemessen und mit der H\u00e4rtung durch Quecksilber-UV-Strahler verglichen. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Entwickelt wurden leistungsstarke Excimerstrahler mit monochromatischer Emission bei 222, 253 und 308 nm. In Kombination mit bereits verf\u00fcgbaren LED-Strahlern mit Emissionen von 365, 395 und 405 nm stehen damit Strahlenquellen f\u00fcr die UV-H\u00e4rtung zur Verf\u00fcgung, die wesentliche Parameter des polychromatischen Spektrums von Quecksilber-Mitteldruckstrahlern nachbilden. Edelgas-Halogen-Excimerstrahler emittieren bei 222 (KrCl*), 253 (XeJ*) und 308 nm (XeCl*).Damit wird der Teil des Spektrums zur Verf\u00fcgung gestellt, der f\u00fcr die Oberfl\u00e4chenh\u00e4rtung verantwortlich ist. Mit nachgeschalteten leistungsstarken LED wird Tiefen- und Endh\u00e4rtung erreicht.
\nVergleicht man die Emission einer Kombination Edelgas-Halogen Excimerstrahler und LED-Strahler mit der eines Hg-Mitteldruckstrahlers, dann ist ersichtlich, dass nahezu alle intensiven Emissionslinien des HgMitteldruckstrahlers durch Excimerstrahler und LED erzeugt werden k\u00f6nnen. Auch die Lebensdauern von Excimerlampen sind vergleichbar mit denen von Quecksilberstrahlern. F\u00fcr LED liegen die Lebensdauern deutlich h\u00f6her. Au\u00dferdem l\u00e4sst sich auch die Energieeffizienz der UV-H\u00e4rtung verbessern \u0096 vor allem wenn unter Stickstoff geh\u00e4rtet wird. Weitere technische und \u00f6kologische Vorteile einer kombinierten
\nBestrahlungsquelle Edelgas-Halogen-Excimerstrahler \/LED im Vergleich zu Quecksilber-Mitteldruckstrahlern sind: wesentlich geringerer W\u00e4rmeeintrag in das Substrat, keine Aufw\u00e4rmzeit, Ein – und Ausschaltzeit im Sekundenbereich, kein mechanischer Shutter erforderlich,keine Verwendung von Quecksilber. <\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Vorstellung von Ergebnissen bei Vortr\u00e4gen: Surface in Motion 2023.
\nVorstellung der Ergebnisse durch IOT als Aussteller auf den internationalen Messen: Label Expo Br\u00fcssel und LIGNA Hannover.
\nPublikation der Ergebnisse in der Fachzeitschrift \u0084Farbe und Lack\u0093 (Vincentz-Verlag Hannover).
\nNutzung der Demonstratoreinheit der IOT zur Pr\u00e4sentation der quecksilberfreien UV-H\u00e4rtung bei potentiellen. Kunden und Multiplikatoren. Gegenw\u00e4rtig liegen vier Bestellungen der von Excimer\/LED H\u00e4rtungsanlagen von Lackherstellern vor. <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
\u0095\tAls Alternative zur UV-H\u00e4rtung mit Quecksilber-Mitteldruckstrahlern wird die Anwendung von Edelgas-Halogen-Excimerstrahlern in Kombination mit LED als Strahlenquellen vorgeschlagen.
\n\u0095\tMit monochromatischen Emissionen bei 222, 253, 308, 365, 395 und 405 nm wird das
\nEmissionsspektrum von Quecksilberstrahlern durch diese Kombination weitgehend nachgebildet.
\n\u0095\tDie Bestrahlung bei Wellenl\u00e4ngen von 222, 253 und 308 nm bewirkt vor allem eine ausreichende Oberfl\u00e4chenh\u00e4rtung. Die LED-Bestrahlung bei Wellenl\u00e4ngen von 365 bis 405nm erzeugt Tiefen- und Endh\u00e4rtung.
\n\u0095\tDie Bestrahlung unter inerter Atmosph\u00e4re erweist sich als vorteilhaft. F\u00fcr viele Anwendungsf\u00e4lle k\u00f6nnen Sauerstoffkonzentrationen bis 1,5% im Inertgas Stickstoff toleriert werden.
\n\u0095\tUV-H\u00e4rtung mit der Kombination Excimerstrahler\/LED unter Stickstoff ist eine energieeffiziente und damit wirtschaftliche Alternative zur UV-H\u00e4rtung mit Quecksilberstrahlern an Luft.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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