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Polymere UV-Härtung

1970
UV-Härtungsgerät zur Aushärtung von Druckfarben in einem Labor, Anwendung in der Polymerchemie.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

UV-Härtung ist ein schneller photochemischer Prozess, bei dem hochintensives Licht ultraviolet light is used to instantly cure or dry inks, coatings, and adhesives. The UV energy triggers photoinitiators within the liquid formulation, which then start a polymerization reaction that cross-links the molecules, converting the liquid into a solid in a fraction of a second. Cross-linked acrylic polymers have many applications, among them the sodium polyacrylate uses in diapers and soil conditioners. Whether a sodium polyacrylate biodegradable version can be made without losing absorbency is still a research question.

Die UV-Härtung basiert auf einer speziell entwickelten Mischung aus Monomeren, Oligomeren und Photoinitiatoren. Monomere sind kleine, einfache Moleküle, Oligomere hingegen kurze Ketten dieser Moleküle. Diese Komponenten bilden das Grundgerüst des fertigen Polymers. Der Photoinitiator ist dabei der Schlüsselbestandteil. Bei Bestrahlung mit UV-Strahlung einer bestimmten Wellenlänge und Intensität absorbiert das Photoinitiatormolekül ein Photon und wird angeregt. Anschließend fragmentiert es und erzeugt hochreaktive Spezies, sogenannte freie Radikale. Diese freien Radikale greifen sofort die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen in den Monomeren und Oligomeren an und initiieren so eine Kettenreaktion. Dieser Prozess, die sogenannte radikalische Polymerisation, erzeugt rasch ein hochvernetztes, dreidimensionales Polymernetzwerk. Die gesamte Umwandlung von flüssig zu fest kann in weniger als einer Sekunde erfolgen. Die Hauptvorteile der UV-Härtung gegenüber der herkömmlichen thermischen Härtung sind die Schnelligkeit, der geringe Energieverbrauch (da keine großen Öfen benötigt werden) und das Fehlen flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs), da die Formulierungen typischerweise zu 100 % aus Feststoffen bestehen. Verschiedene Photoinitiatoren reagieren empfindlich auf unterschiedliche UV-Wellenlängen (UVA, UVB, oder UVV ‚UV-Visible‘), was eine präzise Steuerung des Aushärtungsprozesses ermöglicht, einschließlich der Aushärtungstiefe bei dickeren Beschichtungen.

UNESCO Nomenclature: 2303
- Chemie

Typ

Chemischer Prozess

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung der Polymerisation
  • Verständnis der Chemie freier Radikale
  • Entwicklung von UV-Hochintensitätslampen (z. B. Quecksilberdampflampen)
  • Synthese von Photoinitiatormolekülen

Anwendungen

  • Druckindustrie (schnelltrocknende Tinten)
  • Autolacke (kratzfeste Klarlacke)
  • Zahnmedizin (Aushärtung von Zahnfüllungen)
  • 3d-Druck (Stereolithographie)
  • electronics (conformal coatings for circuit boards)
  • Nagellack (Gel-Maniküre)

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • selbstheilende Beschichtungen, bei denen UV-Licht zur Reparatur von Kratzern durch erneute Polymerisation verwendet werden kann
  • UV-härtende Biotinten für den 3D-Druck lebender Gewebe und Organe
  • UV-härtende Klebstoffe für Unterwasserbau und -reparatur
  • flexible, UV-gehärtete elektronische Schaltkreise, gedruckt auf Stoff- oder Kunststoffsubstraten
  • UV-gehärtete Pulver zur Herstellung strukturierter oder funktionaler Oberflächen in einem einzigen Schritt
  • Lebensmittelverpackungen mit UV-gehärteten antimikrobiellen Beschichtungen
  • on-demand, uv-cured resins for schneller Prototypenbau of optical lenses
  • UV-Härtungssysteme zur sofortigen Reparatur von Rissen in Straßen oder Start- und Landebahnen
  • Luft- und Raumfahrtkomponenten aus leichten, UV-gehärteten Verbundwerkstoffen
  • UV-härtende Tinten mit eingebetteten Daten für Fälschungsschutzanwendungen
Verwandt mit: UV-Härtung, Polymerisation, Photoinitiator, freie Radikale, Beschichtungen, Klebstoffe, Druckfarben, Stereolithographie, Materialwissenschaft, Photochemie.

Historischer Kontext

1880
1897
1970
1890
1955
1980

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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