EP1800327A2 - Gasentladungslampe, system und verfahren zum härten von durch uv-licht härtbare materialien sowie durch uv-licht gehärtetes material - Google Patents

Gasentladungslampe, system und verfahren zum härten von durch uv-licht härtbare materialien sowie durch uv-licht gehärtetes material

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EP1800327A2
EP1800327A2 EP05802402A EP05802402A EP1800327A2 EP 1800327 A2 EP1800327 A2 EP 1800327A2 EP 05802402 A EP05802402 A EP 05802402A EP 05802402 A EP05802402 A EP 05802402A EP 1800327 A2 EP1800327 A2 EP 1800327A2
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EP
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gas
gas discharge
tube
discharge lamp
inert
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Withdrawn
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EP05802402A
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English (en)
French (fr)
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Heiko Runge
Ude Bastian
Karl-Heinz Meyer
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Dr Honle AG
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Dr Honle AG
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Publication date
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    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/044—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by a separate microwave unit

Definitions

  • the invention relates to a gas discharge lamp for curing UV-curable materials according to claim 1, a system for curing UV-curable materials according to claim 13, a method for curing UV-curable materials according to claim 25 and a by UV light-cured material according to claim 35.
  • UV curing materials have become widely established in some areas, and UV curing is becoming increasingly important in other areas.
  • UV-curable especially pigmented and thick-layered materials
  • long-wave UV radiation of 320-380 nm and visible light between 380-450 nm
  • short-wave radiation between 200-320 nm for surface hardening and to reduce oxygen inhibition used.
  • the curing of pigmented and thick-layered systems is preferably carried out here with photoinitiators which absorb in the visible range> 400 nm.
  • photoinitiators which absorb in the visible range> 400 nm.
  • Shortwave emitters As excimer laser with a wavelength of 172 nm, produce at the paint surface, for example in clearcoats, under inert conditions or in a vacuum, a very thin through-hardened layer, the deeper
  • Low-pressure lamps with a peak of 185nm are used exclusively for ozone generation and exclusively for photochemical purposes such.
  • the UV curing is mainly used for curing 2-dimensional parts such as film and sheet goods.
  • the curing of 3-dimensional parts is still a major problem and u. a. in air by installation of complex UV systems for uniform hardening at all object points or under inert conditions.
  • the object is achieved by the characterized in claim 1 gas discharge lamp.
  • a gas discharge lamp for curing ultraviolet curable materials comprising a filled gas tube (3) for generating a gas discharge for emitting electromagnetic radiation to less than 200nm using an inert gas device for providing an inert gas and supplying the inert gas to the surface of the material to be cured.
  • a system for curing ultraviolet curable materials comprising a gas discharge lamp for emitting electromagnetic radiation to less than 200nm by means of gas discharge in a filled gas-filled tube and an inert gas device for supplying an inert gas and supplying the inert gas thereto Surface of the material to be hardened.
  • the object is further achieved by the invention characterized in claim 25 method.
  • a method of curing UV-curable materials comprising the steps of emitting electromagnetic radiation to below 200nm by means of a gas discharge lamp, providing an inert gas, and supplying the inert gas to the surface of the material to be cured.
  • a UV-cured material is disclosed by using a gas discharge lamp for emitting electromagnetic radiation to below 200 nm by gas discharge in a filled gas tube and using an inert gas device for supplying an inert gas and supplying the inert gas to the surface of the inert gas to hardening material.
  • the gas discharge lamp is a low-pressure radiator.
  • the tube has a diameter of 5mm to 20mm, preferably from 10mm to 15mm, and more preferably from 12mm to 13mm.
  • the tube is made of quartz glass, which transmits wavelengths below 200 nm, in particular up to 185 nm.
  • the tube has a wall thickness between 0.5mm and 2mm, preferably between 0.8mm and 1.5mm, and more preferably between 1mm and 1.3mm.
  • the filling gas consists of mercury and a Ne-Ar-Mi tion in the ratio of Ne 0% to 100% and / or Ar 0% to 100%, preferably Ne 0% to 50% and Ar 50% to 100% and more preferably Ne 20% to 30% and Ar 70% to 80%.
  • the filling gas has a gas pressure of 0.5 mbar to 10mbar, preferably from 0.5mbar to 5mbar and more preferably from 1mbar to 3mbar.
  • the gas discharge is generated by two electrodes located in the tube and controlled by a ballast connected to the electrodes.
  • the ballast regulates the discharge tube temperature to 85 ° C. to 150 ° C.
  • the gas discharge can also be generated by high-energy radiation, in particular radiation in the microwave range.
  • the gas discharge may be e.g. also be produced in electrodeless steel systems.
  • the gas discharge lamp may also be a medium-pressure radiator.
  • the inert gas is a chemically inert, gaseous compound, preferably argon, nitrogen or carbon dioxide.
  • Figure 1 is a schematic representation of a gas discharge lamp
  • FIG. 2 shows the transmission of different types of quartz.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a gas discharge lamp 1.
  • the gas discharge lamp 1 consists of a vacuum-tight tube 4 with a filling gas 3 with a predetermined filling gas pressure in which the gas discharge takes place, and usually two metallic electrodes 2, which are melted into the tube 4.
  • An electrode 2 supplies the electrons for the discharge, which are supplied via the second electrode 2 again to the external circuit.
  • the emission of the electrons is usually by means of annealing emission (hot electrodes), but can also be caused by emission in a strong electric field or directly by ion impact (ion-induced secondary emission) (cold electrodes).
  • the electrodes can of course also electrodeless emitter units 1 are used, which are characterized by high-energy radiation such. B. microwaves are ignited.
  • the gas discharge lamp 1 has for operation via a ballast 5, which is connected to the electrodes and ignites the gas discharge in the Gasentladunslampe 1 and supplies a ballast for the operation of the lamp on a circuit. Without a suitable current limit of the gas discharge lamp 1 in an outer
  • Circuit would increase the current in the gas discharge lamp 1 by increasing the
  • UV curable materials can be paints, inks, adhesives, potting compounds or the like.
  • both low-pressure lamps and medium-pressure lamps can be used. These are optimized in accordance with the invention such that the wavelength below 200 nm, in particular the wavelength 185 nm, is emitted with particularly high efficiency. Disadvantage of medium-pressure lamps is also here that they produce a large amount of heat, which requires intensive cooling; As a result, they can not be such. As low-pressure radiator in the filled with inert gas space of a curing system are introduced, since the intensive ventilation, the ReSt-O 2 - concentration increases very quickly to 20%, but they must be externally attached to a curing device.
  • Mercury low-pressure discharge lamps are radiation sources that generate radiation in their plasma discharge by the impact ionization processes with the mercury atoms. This radiation is spectrally distributed from ultraviolet to infrared. The most intense radiation components are in marked contrast to the medium-pressure radiators essentially at the wavelengths of 254nm and 185nm. The smaller the diameter of the tube 4, the higher the 185 nm yield. Optimally, the tube 4 has a diameter of 5mm to 20mm, preferably from 10mm to 15mm and more preferably from 12mm to 13mm, with a diameter of 12mm to 13mm also from a production point of view is optimal.
  • the tube 4 has a wall thickness between 0.5mm and 2mm, preferably between 0.8mm and 1.5mm, and more preferably between 1mm and 1.3mm.
  • the filling gas 3 of the low-pressure radiator may be a mercury and Ar filling or a mercury and noble gas mixture such as Ar-Kr and Ar-Ne.
  • the noble gas mixtures Ar-Kr and Ar-Ne show a higher 185 nm yield than the pure Ar filling.
  • the noble gas mixture Ne-Ar has proved to be optimal with a ratio of Ne 0% to 100% and / or Ar 0% to 100%, preferably Ne 0% to 50% and Ar 50% to 100%, particularly preferably Ne 20 % to 30% and Ar 70% to 80%.
  • the 185 nm yield can be increased by reducing the gas pressure.
  • the filling gas 3 has a gas pressure of 0.5 mbar to lOmbar and preferably from 0.5 mbar to 5 mbar. However, since values of less than 2 mbar gas pressure result in a reduction in the intensity of the 185 nm peak, the optimum gas pressure of the filling gas 3 is 2 mbar to 3 mbar.
  • FIG. 2 shows the transmission of different types of quartz for UV lamps.
  • the percentage transmission as a function of the wavelength in nanometers is graphically plotted for different types of quartz.
  • only certain types of quartz transmit wavelengths of less than 200 nm and in particular wavelengths of 185 nm.
  • Transmittances at 185nm are shown by rock crystal and the synthetic quartz “Suprasil” Furthermore, the 185nm yield is increased by the use of tubes 4 with a small wall thickness.
  • the emission of the 185nm line increases with increasing temperature of the radiator up to values around 150 ° C.
  • the emission decreases significantly due to the onset of self-absorption of the mercury resonance line. This requires that the radiator is not heated continuously by a constant lamp current and thus the radiation intensity maxima runs through, but that its tube wall temperature can be kept constant by controlling the lamp current to the desired value. Thus, the radiation intensity can be kept constant.
  • the gas discharge lamp 1 therefore has a ballast 5, which regulates the lamp power supply.
  • a particularly high 185nm yield in the range of 85 ° C to 150 ° C resulted.
  • the 185 nm yield decreases again, with a reduction in the filling pressure of the broad maximum range is reduced and the 185 nm yield at higher temperatures decreases much steeper again.
  • Operating point at IA gives 150% efficiency over a conventional synthetic quartz emitter.
  • the determined powers of the 185 nm radiation are in the range between 2 and 3 watts.
  • the ballast 5 is adjustable in its current in a wide range from a basic value by + 50%, d. H. for the low-pressure radiator according to the invention of 0.9A ⁇ 50% (0.45 A to 1.35 A). For other radiator types, the corresponding basic values can then be adapted by simply exchanging two reactors and one capacitor.
  • the current setting in the ⁇ 50% range can be done manually by a potentiometer or via a voltage interface remote controlled. In the case of the ballast 5 according to the invention, this voltage interface is controlled via a comparator circuit, which compares the pipe wall temperature with a setpoint temperature, or the current is set with voltage fixed values.
  • the tube 4 of the gas discharge lamp 1 can have a wide variety of geometries (meandering, curved or helical). Optimum utilization of the generated radiation is given in a cylindrical shape. While other geometries interact with each other by self-picking up some of the generated radiation, the 185 nm yield is still high.
  • the tube 4 optimally has a length of 10 to 3000 mm and a tube diameter of about 16 to 28 mm.
  • the discharge tube temperature is approximately between 700 ° C and 900 ° C.
  • a quartz glass is again taken, which transmits wavelengths of less than 200 nm, in particular of 185 nm.
  • the curing process takes place under an inert gas (inert gas).
  • An inert gas device serves to provide the inert gas and supply the inert gas to the surface of the material to be cured.
  • inert gases any chemical inert gaseous compounds can be used such.
  • Noble gases such as helium or argon; but it can also z.
  • nitrogen or carbon dioxide are used as inert gas.
  • Carbon dioxide can z. B. be used in the form of dry ice or gaseous.
  • the inerting process uses a residual O 2 concentration of between 0.0001 and 10%, preferably between 0.3 and 3%.
  • UV-curable materials consist essentially of photoinitiators, prepolymers (precrosslinked basic building blocks), monomers (basic building blocks as reactive diluents used), additives, fillers, dyes and / or pigments.
  • photoinitiators prepolymers (precrosslinked basic building blocks), monomers (basic building blocks as reactive diluents used), additives, fillers, dyes and / or pigments.
  • (meth) acrylate compounds such as polyester (meth) acrylates, polyether (meth) acrylates, urethane (meth) acrylates, epoxy (meth) acrylates,
  • Silicone (meth) acrylates acrylated polyacrylates. At least 40 mol%, more preferably at least 60% of the radiation-curable ethylenically unsaturated groups, are preferably (meth) acrylic groups.
  • the radiation-curable compounds may contain further reactive groups, eg. As melamine, isocyanate, epoxy, anhydride, alcohol, carboxylic acid groups for additional thermal curing, eg. B. by chemical reaction of alcohol, Carboxylic acid, amine, epoxide, anhydride, isocyanate or melamine groups (dual eure).
  • further reactive groups eg. As melamine, isocyanate, epoxy, anhydride, alcohol, carboxylic acid groups for additional thermal curing, eg. B. by chemical reaction of alcohol, Carboxylic acid, amine, epoxide, anhydride, isocyanate or melamine groups (dual eure).
  • the radiation-curable compounds may, for. B. as a solution, for. B. in an organic solvent or water, as an aqueous dispersion or emulsion, as a powder or as a liquid 100% material.
  • the radiation-curable compounds and thus also the radiation-curable compositions are preferably free-flowing at room temperature.
  • the radiation-curable compositions preferably contain less than 20% by weight, in particular less than 10% by weight, of organic solvents and / or water. They are preferably solvent-free and anhydrous (100% solids).
  • the radiation-curable compositions may contain other constituents in addition to the radiation-curable compounds as a binder.
  • a binder In consideration come z.
  • pigments As pigments, flow control agents, dyes, stabilizers, etc.
  • photoinitiators For curing with UV light commercially available photoinitiators are generally used.
  • Suitable photoinitiators z. As benzophenone, alkylbenzophenones, hologenmethyl Of benzophenones, Michler's ketone, anthrone and halogenated benzophenones. Further common photoinitiators are ⁇ -hydroxiketones, ⁇ -amino ketones, thioxanthones and methylbenzoyl formate (MBF). Benzoin and its derivatives are also suitable.
  • photoinitiators are anthraquinone and many of its derivatives, for example, ⁇ -methylanthraquinone, tert-butylanthraquinone and Anthrachinoncarbonsärueester and, particularly effective, photoinitiators with a Acylphosphinoxidgruppy as Acylphosphinoxide or Bisacylphosphinoxide, z. B. 2,4,6-Trimethylbenzoldiphenylphosphinoxid (Lucirin® TPO).
  • the radiation-curable compositions contain less than 10 parts by weight, in particular less than 4 parts by weight, more preferably less than 1.5 parts by weight of photoinitiator per 100 parts by weight of radiation-susceptible compounds.
  • the proposed gas discharge lamp 1 in conjunction with the inert gas device is suitable both for the curing of free-radical and cationic lacquers, printing inks, adhesives or casting compounds.
  • this process can be used Layer thicknesses up to> 40 microns are cured. Clearcoats or filled systems can also be easily cured in layer thicknesses of up to 2000 ⁇ m. It has been shown that lacquer systems which contain UV absorbers to increase the UV and weathering resistance, in layer thicknesses> 100 .mu.m and highly pigmented white systems with z. As titanium dioxide as a pigment, can be cured easily.
  • the distance between the gas discharge lamp 1 in this method can be between 1 cm and> 18 cm from the substrate surface. It can be used to cure the paints, printing inks, adhesives and potting compounds one or more radiators or radiator arrays. Due to the low heat emission of the radiators, the coated and hardened substrate, apart from the heat of reaction, heats only insignificantly.
  • radiator units 1 Another application is the pretreatment of substrates to improve substrate adhesion;
  • the surface of the substrate is irradiated under inert conditions with one or more radiator units 1 and "activated", which results in an increase in the surface tension of the substrate.
  • Adhesives or potting compounds react and produce a chemical bond between the substrate and the coating, and the coating material can subsequently be cured under inert conditions with one or more other radiator units 1.
  • the substrate pretreated with one or more UV emitter units 1 under inert conditions may be pretreated with a photoactive "UV primer"; a chemical bond is formed between substrate and primer; This effect can be further improved by a further UV irradiation step with one or more emitter unit (s) 1 under inert conditions.
  • a chemical bond between primer and coating material is now produced.
  • the UV curing in the subsequent primer and coating steps can also be carried out with conventional medium-pressure lamps in air after the pretreatment step with emitter unit (s) 1 under inert conditions.
  • emitter unit (s) 1 Another application of the emitter unit 1 is in the field of sterilization, sterilization and / or disinfection of substrate surfaces.
  • Another application of the emitter unit 1 is the production of dull and dull matt surfaces.
  • An advantage of the system and method according to the invention lies in the low temperature development in the UV curing, since little energy is introduced through the low-pressure radiator. This is particularly significant in the coating of temperature-sensitive substrates such as plastics, paper, wood, etc. Furthermore, low-pressure radiators have a significantly lower energy consumption compared to medium-pressure radiators, resulting in reduced energy costs. Furthermore, any possible geometry can be reproduced by the gas discharge lamps according to the invention, that is, the lamp can be meandering or U-shaped, which can be adapted optimally to the surface for curing in objects with a curved surface. Furthermore, the curing of clearcoats and pigmented systems in a much shorter time is possible.
  • the hardening of thick layers can also be carried out with the gas discharge lamp under inert gas according to the invention. Due to the low temperature development in the low-pressure radiator, the requirement of cooling the radiator falls away, whereby the design complexity is reduced and the handling of the radiator is simplified because, for example, a radiator change without waiting for cooling is possible. Due to the reduced design effort and the system costs are reduced. Furthermore, the pretreatment of substrates is possible. In addition, the spotlight can still be used for sterilization and disinfection and the curing of both radical and cationic curing systems and UV-stabilized paints is possible. It is also possible to bond UV-transparent substrates (cationic and free-radical) and non-transparent substrates with cationic adhesives. Another application is the matting and curing of pigmented systems.
  • the process can be carried out under inert conditions, for example for the finishing of sheet-like materials such as paper, films or sheets for printing, coating and lamination of two- and three-dimensional bodies as well as for the refinement of 3-dimensional solids in stationary or continuous operation.
  • the same varnish is filled in an aluminum lid (SD approx. 3 mm).
  • the mass is completely cured, the surface scratch resistant; It has formed a soft, about 3 mm thick polymer.
  • a clear coat consisting of 100 g of Laromer® PO 84 F (BASF), 5.0 g of Tinuvin® 1130 (Ciba SC) as UV absorber and 2.0 g of Darocur® MBF (Ciba SC) as photoinitiator was applied to a white cardboard (SD about 12 microns) and introduced into a UVACube inert. It was cured with 2 spotlights at a distance from the radiator of about 6 cm (residual O 2 concentration 1.4%). After 2 s exposure time, the material is completely cured as a high-gloss, scratch-resistant film. In the KMnO 4 -TeSt held against white paper, a minimal coloration of the film can be seen.
  • the same paint is applied in a layer thickness of about 40 microns on a white cardboard.
  • the film is fully cured, the high gloss surface is absolutely scratch resistant and. After an exposure time of 10 s, the film is not fully cured.
  • the same paint is applied in a layer thickness of about 100 microns on a white cardboard.
  • the film is completely cured, the high-gloss surface is absolutely scratch-resistant.
  • the same paint is applied in a layer thickness of about 100 microns on a white cardboard.
  • the film is completely cured, the high-gloss surface is absolutely scratch-resistant.
  • a white, highly pigmented inkjet ink is applied to white cardboard in an SD of 12 ⁇ m and introduced into a UVACube inert. Then, at a distance to the radiator of about 6 cm ⁇ 2s with 2 radiators exposed (residual O 2 - concentration - 1.4%). The material is fully cured and shows a shiny surface.
  • the material is not yet cured after an exposure time of 90 s.
  • UV curing is carried out under the same conditions with a "normal" UV low-pressure emitter made of synthetic quartz, the material is only hardened after 10 s and has a matte surface, clearly showing the effect of the emitter with the increased emission at 185 nm.
  • the material is only cured after an exposure time of 90 s and shows a structured surface.
  • UV curing is carried out under the same conditions with a "normal" UV low-pressure emitter made of synthetic quartz, the material is only cured after 10 s and has a matte surface. This clearly shows the effect of the emitter with the increased emission at 185 nm.
  • the material is only cured after an exposure time of 90 s and has a glossy surface.
  • UV curing is carried out under the same conditions with a "normal" UV low-pressure emitter made of synthetic quartz, the material is only hardened after 5 s and has a matte surface, clearly showing the effect of the emitter with the increased emission at 185 nm.
  • UV curing is carried out under the same conditions with a "normal" UV low-pressure emitter made of synthetic quartz, the material is only after 5 s cured and has a slightly frosted surface. This clearly shows the effect of the emitter with the increased emission at 185 nm.
  • UV curing is carried out with amalgam lamps (normal quartz) under the same conditions, the material is only cured after an exposure time of 90 s and has a matte surface. If UV curing is carried out under the same conditions with a "normal" UV low-pressure emitter made of synthetic quartz, the material is only cured after 10 s and has a matte surface.
  • the material is fully cured after 10 s and shows a shiny surface.
  • a magenta-colored, highly pigmented flexo ink is applied to white cardboard in an SD of 12 ⁇ m and introduced into a UVACube inert. Then, at a distance of approx. 6 cm, 20 seconds are irradiated with 2 beams (ReSt-O 2 -
  • the material is fully cured after 10 s and shows a shiny surface.
  • a commercially available PMMA plate is exposed for approx. 10 s at a distance of approx. 6 cm to the spotlight with 2 optimized low-pressure lamps.
  • the surface tension of the plastic changes from approx. 38 Nm / m to approx. 46 Nm / m. After about 20 s of irradiation, surface tension values> 50 Nm / m are achieved. If one applies to the thus treated surface a e.g. free radical curable UV varnish, it shows good adhesion to the substrate, while adhesion to the untreated PMMA is not given.

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Abstract

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Gasentladungslampe zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien umfassend ein mit Füllgas (3) gefülltes Rohr (4) zum Erzeugen einer Gasentladung zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung bis unter 200nm, unter Verwendung einer Inertgasvorrichtung zum Bereitstellen eines Inertgases und Zuführen des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials. Des weiteren bezieht sich die vorliegenden Erfindung auf ein System und ein Verfahren zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien sowie auf ein durch das erfindungsgemäße Verfahren gehärtetes Material.

Description

Dr. Hönle AG P30498WO
Gasentladungslampe, System und Verfahren zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien sowie durch UV-Licht gehärtetes Material
Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien gemäß Patentanspruch 1, ein System zum Härten von durch UV- Licht härtbare Materialien gemäß Patentanspruch 13, ein Verfahren zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien gemäß Patentanspruch 25 sowie ein durch UV- Licht gehärtetes Material gemäß Patentanspruch 35.
In den unterschiedlichsten Gebieten werden Materialien wie Lacke, Druckfarben, Vergussmassen, Klebstoffe und ähnliches eingesetzt. Ursprünglich und auch jetzt zum Teil noch werden lösungsmittelhaltige und wässrige Systeme verwendet. Die beim Trocknungsprozess eingesetzten Wärmeenergien sind jedoch sehr groß und der zum Teil hohe flüchtige Lösungsmittelanteil trägt zu einer erheblichen Umweltbelastung bei oder zieht einen großen Investitionsbedarf nach sich, wenn auf Grund von Luftreinhaltungsvorschriften Lösungsmittelverbrennungs- oder -rück- gewinnungsanlagen installiert werden müssen.
Eine Alternative zu konventionellen lösungsmittelhaltigen Systemen besteht in ultraviolett härtbaren Materialien. In letzter Zeit haben sich in einigen Bereichen UV- härtende Materialien weitgehend etabliert, in anderen Bereichen gewinnt die UV- Härtung immer mehr an Bedeutung.
Hierbei wird zur Härtung UV-härtbarer, insbesondere pigmentierter und dickschichtiger Materialien, langwellige UV-Strahlung von 320-380 nm sowie sichtbares Licht zwischen 380-450 nm für die Durchhärtung sowie kurzwellige Strahlung zwischen 200-320 nm für die Oberflächenhärtung und zur Verringerung der Sauerstoffinhibierung eingesetzt. Die Härtung pigmentierter und dickschichtiger Systeme wird hierbei bevorzugt mit Photoinitiatoren durchgeführt, die im sichtbaren Bereich > 400 nm absorbieren. Aus diesen Gründen werden bei der UV-Härtung von Lacken, Druckfarben, Klebstoffen und Vergussmassen hauptsächlich Hg- Mitteldruckstrahler eingesetzt, die teilweise speziell im langwelligen Bereich (> 400 nm) emittieren.
Kurzwellig emittierende Strahler, z. B. Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 172nm, erzeugen an der Lackoberfläche, beispielsweise bei Klarlacken, unter Inertbedingungen oder im Vakuum eine sehr dünne durchgehärtete Schicht, die tiefer
f:\ablage\p\pat\30000\30498\wo-_\30498uu0.doc liegenden Schichten müssen jedoch mit einem Mitteldruckstrahler nachgehärtet werden. Hierdurch tritt ein Mattierungseffekt auf, die Lacke können jedoch nicht komplett durchgehärtet werden.
Niederdruckstrahler mit einem Peak von 185nm werden ausschließlich zur Ozonerzeugung eingesetzt und ausschließlich für photochemische Zwecke wie z. B. die Spaltung von Wasser sowie die Oxidation von organischen Bestandteilen zur Reinigung von Luft, Wasser oder Substratoberflächen verwendet.
Nachteilig bei den oben beschriebenen Verfahren, insbesondere mit Mitteldruckstrahlern, ist ein hoher Energiebedarf der verwendeten Strahler, eine hohe Wärmeentwicklung der Strahler, - was zu einem Problem für u. a. temperaturempfindliche Substrate führt -, sowie ein hoher konstruktiver Aufwand und die Notwendigkeit der Kühlung der Strahler, womit hohe Anlagenkosten verbunden sind.
Ferner wird die UV-Härtung überwiegend zum Härten 2-dimensionaler Teile wie Folien- und Plattenware eingesetzt. Die Härtung 3-dimensionaler Teile stellt nach wie vor größere Probleme dar und wird u. a. an Luft durch Installation komplexer UV- Anlagen zur gleichmäßigen Härtung an allen Objektpunkten oder unter Inertbedingungen durchgeführt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, welches den Energiebedarf und den konstruktiven Aufwand vermindert sowie die Wärmezufuhr minimiert; ferner sollten Lampensysteme bereitgestellt werden, die an die Struktur verschiedener 3-dimensionaler Geometrien besser angeglichen werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 gekennzeichnete Gasentladungslampe gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Gasentladungslampe zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien offenbart umfassend ein mit Füllgas (3) gefülltes Rohr (4) zum Erzeugen einer Gasentladung zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung bis unter 200nm, unter Verwendung einer Inertgasvorrichtung zum Bereitstellen eines Inertgases und Zuführen des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials.
Die Aufgabe wird des weiteren erfindungsgemäß durch das in Patentanspruch 13 gekennzeichnete System gelöst. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien offenbart, umfassend eine Gasentladungslampe zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung bis unter 200nm mittels einer Gasentladung in einem mit Füllgas gefüllten Rohr und einer Inertgasvorrichtung zum Bereitstellen eines Inertgases und Zuführen des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials.
Die Aufgabe wird des weiteren erfindungsgemäß durch das in Patentanspruch 25 gekennzeichnete Verfahren gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Härten von durch UV- Licht härtbare Materialien offenbart, umfassend die Schritte des Aussendens elektromagnetischer Strahlung bis unter 200nm mittels einer Gasentladungslampe, des Bereitstellens eines Inertgases und des Zuführens des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials.
Die Aufgabe wird darüber hinaus erfindungsgemäß durch das in Patentanspruch 35 gekennzeichneten Material gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein durch UV-Licht gehärtetes Material offenbart unter Verwendung einer Gasentladungslampe zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung bis unter 200nm mittels einer Gasentladung in einem mit Füllgas gefüllten Rohr und unter Verwendung einer Inertgasvorrichtung zum Bereitstellen eines Inertgases und Zuführen des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Gasentladungslampe um einen Niederdruckstrahler.
Vorteilhafterweise hat das Rohr einen Durchmesser von 5mm bis 20mm, bevorzugt von 10mm bis 15mm und besonders bevorzugt von 12mm bis 13mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rohr aus Quarzglas, welches Wellenlängen bis unter 200nm insbesondere bis 185nm durchläßt.
Vorzugsweise hat das Rohr eine Wanddicke zwischen 0,5mm und 2mm, bevorzugt zwischen 0,8mm und 1,5mm und besonders bevorzugt zwischen lmm und 1,3mm. Zweckmäßigerweise besteht das Füllgas aus Quecksilber und einer Ne-Ar-Mi schung im Verhältnis von Ne 0% bis 100% und/oder Ar 0% bis 100%, bevorzugt Ne 0% bis 50% und Ar 50% bis 100% und besonders bevorzugt Ne 20% bis 30% und Ar 70% bis 80%.
Vorteilhafterweise weist das Füllgas einen Gasdruck von 0,5mbar bis lOmbar, bevorzugt von 0,5mbar bis 5mbar und besonders bevorzugt von lmbar bis 3mbar auf.
Vorzugsweise wird die Gasentladung durch zwei in dem Rohr befindliche Elektroden erzeugt und durch ein mit den Elektroden verbundenes Vorschaltgerät gesteuert.
Zweckmäßigerweise regelt das Vorschaltgerät durch Steuerung der Stromversorgung der Elektroden die Entladungsrohrtemperatur auf 850C bis 1500C.
Die Gasentladung kann auch durch energiereiche Strahlung, insbesondere Strahlung im Mikrowellenbereich erzeugt werden. Die Gasentladung kann dabei z.B. auch in elektrodenfreien Stahlersystemen erzeugt werden.
Bei der Gasentladungslampe kann es sich auch um einen Mitteldruckstrahler handeln.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Inertgas um eine chemisch inerte, gasförmige Verbindung, bevorzugt um Argon, Stickstoff oder Kohlendioxid.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Gasentladungslampe und
Figur 2 die Transmission verschiedener Quarzsorten.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gasentladungslampe 1. Die Gasentladungslampe 1 besteht aus einem vakuumdichten Rohr 4 mit einem Füllgas 3 mit einem vorgegebenen Füllgasdruck, in dem die Gasentladung abläuft, und meist zwei metallische Elektroden 2, die in das Rohr 4 eingeschmolzen sind. Eine Elektrode 2 liefert die Elektronen für die Entladung, die über die zweite Elektrode 2 wieder dem äußeren Stromkreis zugeführt werden. Die Abgabe der Elektronen erfolgt meist mittels Glühemission (heiße Elektroden), kann jedoch auch durch Emission in einem starken elektrischen Feld oder direkt durch Ionenstoß (ioneninduzierte Sekundäremission) hervorgerufen werden (kalte Elektroden). Neben diesen Strahlern, die Elektroden enthalten können natürlich auch elektrodenlose Strahlereinheiten 1 eingesetzt werden, die durch energiereiche Strahlung wie z. B. Mikrowellen gezündet werden.
Die Gasentladungslampe 1 verfügt zum Betrieb über ein Vorschaltgerät 5, welches an die Elektroden angeschlossen ist und die Gasentladung in der Gasentladunslampe 1 zündet und einen Ballast für den Betrieb der Lampe an einem Stromkreis liefert. Ohne eine geeignete Strombegrenzung der Gasentladungslampe 1 in einem äußeren
Stromkreis würde der Strom in der Gasentladungslampe 1 durch Vermehrung der
Ladungsträger in Gasvolumen des Rohres 4 so stark steigen, dass es schnell zu einer Zerstörung der Lampe kommt.
Durch UV-Licht härtbare Materialien können Lacke, Druckfarben, Klebstoffe, Vergussmassen oder ähnliches sein.
Für die Gasentladunslampe 1 können sowohl Niederdruckstrahler als auch Mitteldruckstrahler verwendet werden. Diese sind erfindungsgemäß so optimiert, dass die Wellenlänge unter 200nm, insbesondere die Wellenlänge 185 nm mit besonders hoher Effizienz emittiert wird. Nachteil der Mitteldruckstrahler ist auch hier, dass sie eine große Menge an Wärme produzieren, was eine intensive Kühlung erforderlich macht; hierdurch können sie nicht wie z. B. Niederdruckstrahler in den mit Inertgas gefüllten Raum einer Härtungsanlage eingebracht werden, da durch die intensive Lüftung die ReSt-O2- Konzentration sehr schnell auf 20% ansteigt, sondern sie müssen extern an einer Härtungseinrichtung angebracht werden. Dies wiederum erfordert eine sehr kostenintensive Ausstattung der Härtungsanlage mit Quarzscheiben, die durchlässig sind für UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von < 200 nm (z. B. Suprasil). Außerdem muss die komplette, extern montierte Strahlereinheit zusätzlich mit Inertgas geflutet werden, da ansonsten Ozon gebildet wird und somit die kurzwellige UV-Strahlung die Substratoberfläche nicht erreicht. Eine weitere Möglichkeit der Härtung mit Hg- Mitteldruckstrahlen in Inertgasatmosphäre besteht darin die Richtung der Strahlung mit einem Kühlfluid, z. B. Wasser, durchzuführen. Hierfür werden z.B. Reflektoren und/oder Gehäuse mit dem Kühlfluid gekühlt. Es entstehen keine Verwirbelungen im mit Inertgas gefüllten Bestrahlungsraum.
Quecksilber-Niederdruck-Entladungslampen sind Strahlungsquellen, die in ihrer Plasmaentladung durch die Stoßionisationsprozesse mit den Quecksilberatomen Strahlung erzeugen. Diese Strahlung ist von Ultraviolett bis Infrarot spektral verteilt. Die intensivsten Strahlungsanteile liegen im deutlichen Unterschied zu den Mitteldruckstrahlern im wesentlichen bei den Wellenlängen von 254nm und 185nm. Je kleiner der Durchmesser des Rohres 4 ist, desto höher ist die 185nm- Ausbeute. Optimalerweise hat das Rohr 4 einen Durchmesser von 5mm bis 20mm, bevorzugt von 10mm bis 15mm und besonders bevorzugt von 12mm bis 13mm, wobei ein Durchmesser von 12mm bis 13mm auch aus fertigungstechnischer Sicht optimal ist.
Das Rohr 4 hat eine Wanddicke zwischen 0,5mm und 2mm, bevorzugt zwischen 0,8mm und 1,5mm und besonders bevorzugt zwischen lmm und 1,3mm.
Das Füllgas 3 der Niederdruckstrahler kann eine Quecksilber und Ar-Füllung sein oder eine Quecksilber und Edelgasmischung wie Ar-Kr und Ar-Ne. Hierbei zeigen die Edelgasmischungen Ar-Kr und Ar-Ne eine höhere 185nm- Ausbeute als die reine Ar- Füllung. Als optimal hat sich hierbei das Edelgasgemisch Ne-Ar erwiesen mit einem Verhältnis von Ne 0% bis 100% und/oder Ar 0% bis 100%, bevorzugt Ne 0% bis 50% und Ar 50% bis 100%, besonders bevorzugt Ne 20% bis 30% und Ar 70% bis 80%. Darüber hinaus läßt sich die 185nm- Ausbeute durch eine Verringerung des Gasdrucks steigern. Das Füllgas 3 weist einen Gasdruck von 0,5mbar bis lOmbar und bevorzugt von 0,5mbar bis 5mbar. Da sich jedoch bei Werten unter 2mbar Gasdruck wieder eine Verringerung der Intensität des 185nm-Peaks ergibt, ist der optimale Gasdruck des Füllgases 3 bei 2mbar bis 3mbar.
Durch Verwendung unterschiedlicher Quarzmaterialien für das Rohr 4 kann die abgestrahlte Wellenlänge und damit ebenfalls die 185nm- Ausbeute beeinflusst werden. Figur 2 zeigt die Transmission verschiedener Quarzsorten für UV-Strahler. Hierbei ist die prozentuale Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge in Nanometern graphisch für verschiedene Quarzsorten angetragen. Wie aus der Graphik zu erkennen ist, lassen nur bestimmte Quarzsorten Wellenlängen von unter 200nm und insbesondere Wellenlängen von 185nm durch. Transmissionen bei 185nm zeigen u. a. Bergkristall und der synthetische Quarz „Suprasil". Des weiteren wird die 185nm- Ausbeute durch die Verwendung von Rohren 4 mit einer geringen Wanddicke erhöht. Als optimal haben sich hierbei die Quarzgläser „Ilmasil PS" mit 1,3mm Wanddicke und „Hereaus Suprasil" mit lmm Wanddicke erwiesen. Neben den genannten Quarztypen auf SiO2-Basis können auch keramische oder sonstige anorganische Materialien eingesetzt werden, die eine Transmission von UV-Strahlung im Bereich von 100 nm bis 200 nm aufweisen.
Die Emission der 185nm Linie steigt mit steigender Temperatur des Strahlers bis zu Werten um 150° C an. Darüber sinkt die Emission physikalisch bedingt durch die beginnende Selbstabsorbtion der Quecksilberresonanzlinie deutlich ab. Dies bedingt, dass der Strahler nicht durch einen konstanten Lampenstrom kontinuierlich hochgeheizt wird und damit die Strahlungsintensität Maxima durchläuft, sondern dass dessen Rohrwandtemperatur durch Regelung des Lampenstromes auf dem gewünschten Wert konstant gehalten werden kann. Damit kann die Strahlungsintensität konstant gehalten werden.
Die Gasentladungslampe 1 verfügt daher über ein Vorschaltgerät 5, welches die Lampenstromversorgung regelt. Hierbei hat sich eine besonders hohe 185nm- Ausbeute im Bereich von 85° C bis 150° C ergeben. Darüber hinaus nimmt die 185nm- Ausbeute wieder ab, wobei bei einer Verringerung des Fülldruckes der breite Maximalbereich sich verkleinert und die 185nm- Ausbeute bei höheren Temperaturen wesentlich steiler wieder abnimmt.
Je nach Lampenstrom ergibt sich eine Temperatur von 90° C bis 150° C. Bei dem niedrigen Lampenstrom von 50OmA wird z. B. in einem Strahler der Länge 300mm eine elektrische Wirkleistung von ca. 16 Watt und bei dem Strom 1,2A eine elektrische
Leistung von 33 Watt eingebracht. Es ergibt sich daraus eine Effizienz der
Strahlungsausbeute von 13,5% bei 0,5 A und von 9% bei 1,2 A. Der optimale
Arbeitspunkt bei IA ergibt eine Effizienz von 150% gegenüber einem konventionellen Strahler aus synthetischem Quarz. Die ermittelten Leistungen der 185nm-Strahlung liegen im Bereich zwischen 2 und 3 Watt.
Das Vorschaltgerät 5 ist in seinem Strom in einem weiten Bereich von einem Grundwert ausgehend um + 50% einstellbar, d. h. für den erfindungsgemäßen Niederdruckstrahler von 0,9A ± 50% (0,45 A bis 1,35A). Für andere Strahlerarten sind dann die entsprechenden Grundwerte durch einfachen Austausch von zwei Drosseln und einem Kondensator anpassbar. Die Stromeinstellung in dem ± 50% Bereich kann manuell an einem Potentiometer oder über eine Spannungsschnittstelle ferngesteuert erfolgen. Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät 5 wird über eine Komperatorschaltung, welche die Rohrwandtemperatur mit einer Sollwerttemperatur vergleicht, diese Spannungsschnittstelle angesteuert, bzw. mit Spannungsfestwerten der Strom eingestellt.
Das Rohr 4 der Gasentladungslampe 1 kann unterschiedlichste Geometrien (mäander-, bogen- oder wendeiförmig) aufweisen. Eine optimale Ausnutzung der erzeugten Strahlung ist bei einer Zylinderform gegeben. Andere Geometrien beeinflussen sich zwar gegenseitig, indem sie einiges an erzeugter Strahlung wieder selbst aufnehmen, doch ist die 185 nm- Ausbeute nach wie vor hoch. Bei Verwendung eines Mitteldruckstrahlers als Gasentladungslampe hat das Rohr 4 optimalerweise eine Länge von 10 bis 3000 mm und einen Rohrdurchmesser von ca. 16 bis 28 mm. Die Entladungsrohrtemperatur liegt ungefähr zwischen 700°C und 900°C. Als Material für das Rohr 4 wird ebenfalls wieder ein Quarzglas genommen, welches Wellenlängen von unter 200 nm insbesondere von 185 nm durchlässt.
Um die durch UV-Strahlung unter Sauerstoff erzeugte Ozonbildung zu verhindern sowie den Effekt der Sauer Stoff inhibierung bei radikalisch härtenden Lacken, Druckfarben, Klebstoffen und Vergussmassen zu unterdrücken, findet der Härtungsprozess unter einem Inertgas (Schutzgas) statt. Eine Inertgasvorrichtung dient hierbei zur Bereitstellung des Inertgases und Zuführung des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials. Als Inertgase können jegliche chemische inerte gasförmige Verbindungen eingesetzt werden wie z. B. Edelgase wie Helium oder Argon; es können aber auch z. B. Stickstoff oder Kohlendioxid als Inertgas zum Einsatz kommen. Kohlendioxid kann z. B. in Form von Trockeneis oder gasförmig verwendet werden. Zum Erzielen einwandfreier Beschichtungseigenschaften arbeitet man bei dem Inertisierungsverfahren mit einer Rest-O2-Konzentration zwischen 0,0001 und 10%, bevorzugt zwischen 0,3 und 3%.
UV-härtbare Materialien bestehen im Wesentlichen aus Photoinitiatoren, Präpolymeren (vorvernetzten Grundbausteinen), Monomeren (Grundbausteine als Reaktiv Verdünner einsetzbar), Additiven, Füllstoffen, Farbstoffen und/oder Pigmenten. Durch die Einwirkung von UV-Strahlung werden aus den in diesen Materialien enthaltenen Photoinitiatoren freie Radikale gebildet, die eine Vernetzung des Systems auslösen und es in kürzester Zeit aushärten.
Als strahlungshärtbare Verbindungen kommen z. B. (Meth)acrylverbindungen, Vinylether, Vinylamide, ungesättigte Polyester z. B. auf Basis von Maleinsäure oder Formarsäure gegebenenfalls mit Styrol als Reaktivverdünner oder Maleinimid/Vinylether-Systemen in Betracht.
Bevorzugt sind (Meth)acrylatverbindungen wie Polyester(meth)acrylate, Polyether(meth)acrylate, Urethan(meth)acrylate, Epoxy(meth)acrylate,
Silikon(meth)acrylate, acrylierte Polyacrylate. Vorzugsweise handelt es sich bei mindestens 40 Mol-% besonders bevorzugt bei mindestens 60% der strahlungshärtbaren ethylenisch ungesättigten Gruppen um (Meth)acrylgruppen.
Die strahlungshärtbaren Verbindungen können weitere reaktive Gruppen, z. B. Melamin-, Isocyanat-, Epoxid-, Anhydrid-, Alkohol-, Carbonsäuregruppen für eine zusätzliche thermische Härtung, z. B. durch chemische Reaktion von Alkohol-, Carbonsäure-, Amin-, Epoxid-, Anhydrid-, Isocyanat- oder Melamingruppen, enthalten (dual eure).
Die strahlungshärtbaren Verbindungen können z. B. als Lösung, z. B. in einem organischen Lösungsmittel oder Wasser, als wässrige Dispersion oder Emulsion, als Pulver oder als flüssiges 100%iges Material eingesetzt werden.
Bevorzugt sind die strahlungshärtbaren Verbindungen und somit auch die strahlungshärtbaren Massen bei Raumtemperatur fließfähig. Die strahlungshärtbaren Massen enthalten vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, insbesondere weniger als 10 Gew.-% organische Lösemittel und/oder Wasser. Bevorzugt sind sie lösungsmittelfrei und wasserfrei (100% Feststoff).
Die strahlungshärtbaren Massen können neben den strahlungshärtbaren Verbindungen als Bindemittel weitere Bestandteile enthalten. In Betracht kommen z. B. Pigmente, Verlaufsmittel, Farbstoffe, Stabilisatoren etc. Für die Härtung mit UV-Licht werden im Allgemeinen handelsübliche Photoinitiatoren verwendet.
Als Photoinitiatoren in Betracht kommen z. B. Benzophenon, Alkylbenzophenone, hologenmethylierte Benzophenone, Michlers Keton, Anthron und halogenierte Benzophenone. Weitere gängige Photoinitiatoren sind α-Hydroxiketone, α-Amino- ketone, Thioxanthone und Methylbenzoylformiat (MBF). Ferner eigenen sich Benzoin und seine Derivate. Ebenfalls wirksame Photoinitiatoren sind Anthrachinon und zahlreiche seiner Derivate, beispielsweise ß-Methylanthrachinon, tert.- Butylanthrachinon und Anthrachinoncarbonsärueester und, besonders wirksam, Photoinitiatoren mit einer Acylphosphinoxidgruppy wie Acylphosphinoxide oder Bisacylphosphinoxide, z. B. 2,4,6-Trimethylbenzoldiphenylphosphinoxid (Lucirin® TPO).
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass der Gehalt der Photoinitiatoren in der strahlungshärtbaren Masse deutlich reduziert werden kann.
Vorzugsweise enthalten die strahlungshärtbaren Massen weniger als 10 Gew. -Teile, insbesondere weniger als 4 Gew.-Teile, besonders bevorzugt weniger als 1,5 Gew.- Teile Photoinitiator auf 100 Gew.-Teile strahlungshäϊtbare Verbindungen.
Ausreichend ist insbesondere eine Menge von 0,01 Gew. -Teilen bis 1,5 Gew.-Teilen, insbesondere 0,01 bis 1 Gew.-Teil Photoinitiator.
Die vorgeschlagene Gasentladungslampe 1 in Verbindung mit der Inertgasvorrichtung eignet sich sowohl für die Härtung radikalischer als auch kationischer Lacke, Druckfarben, Klebstoffe oder Vergussmassen. Hierbei können sowohl Klarlacke als auch pigmentierte Systeme in den Farben z. B. weiß, cyan, magenta, yellow oder schwarz sowie Mischungen aus diesen ausgehärtet werden. Bei den pigmentierten Lacken, Druckfarben, Klebstoffen oder Vergussmassen können mit diesem Verfahren Schichtdicken bis zu > 40 μm ausgehärtet werden. Klarlacke oder gefüllte Systeme können in Schichtdicken bis zu » 2000 μm ebenfalls problemlos gehärtet werden. Es hat sich gezeigt, dass auch Lacksysteme, die zur Erhöhung der UV- und Witterungsbeständigkeit UV-Absorber enthalten, in Schichtdicken > 100 μm sowie hochpigmentierte weiße Systeme mit z. B. Titandioxid als Pigment, problemlos gehärtet werden können.
Der Abstand der Gasentladungslampe 1 kann bei diesem Verfahren zwischen 1 cm und > 18 cm von der Substratoberfläche betragen. Es können zur Härtung der Lacke, Druckfarben, Klebstoffe und Vergussmassen ein oder mehrere Strahler oder Strahlerarrays verwendet werden. Durch die geringe Wärmeemission der Strahler erwärmt sich das beschichtete und gehärtete Substrat abgesehen von der Reaktionswärme nur unwesentlich.
Eine weitere Anwendung liegt auch in der Vorbehandlung von Substraten zur Verbesserung der Substrathaftung; hierbei wird die Oberfläche des Substrates mit einem oder mehreren Strahlereinheiten 1 unter Inertbedingungen bestrahlt und „aktiviert", was eine Erhöhung der Oberflächenspannung des Substrats zur Folge hat. Die hierbei gebildeten Radikale können nun z. B. mit den ungesättigten Gruppen der Lacke, Druckfarben, Klebstoffe oder Vergussmassen reagieren und eine chemische Bindung zwischen Substrat und Beschichtung erzeugen; mit einem oder mehreren weiteren Strahlereinheiten 1 kann das Beschichtungsmaterial anschließend unter Inertbedingungen ausgehärtet werden. Hierdurch kann eine deutliche Haftungsverbesserung der Lacke, Druckfarben, Klebstoffe oder Vergussmassen auf diversen Substraten erzielt werden. In einem weiteren Verfahren kann das mit einem oder mehreren UV-Strahlereinheiten 1 unter Inertbedingungen vorbehandelte Substrat mit einem photoaktiven „UV-Primer" vorbehandelt werden; es entsteht eine chemische Verbindung zwischen Substrat und Primer; durch einen weiteren UV- Bestrahlungsschritt mit einer oder mehreren Strahlereinheit(en) 1 unter Intertbedingungen kann dieser Effekt weiter verbessert werden. Nach anschließender Beschichtung mit UV-härtbaren Beschichtungsstoffen und erneuter UV-Härtung unter Inertbedingungen mit einer oder mehreren UV-Einheiten 1 wird nun eine chemische Bindung zwischen Primer und Beschichtungsmaterial erzeugt. Durch diesen Prozess kann die Haftung UV-vernetzbarer Systeme zu diversen Substraten deutlich verbessert werden. Bei beiden genannten Verfahren zur Erhöhung der Oberflächenspannung und der Verbesserung der Substrathaftung kann nach dem Vorbehandlungsschritt mit Strahlereinheit(en) 1 unter Inertbedingungen die UV-Härtung in den nachfolgenden Primer- und Beschichtungsschritten auch mit üblichen Mitteldruckstrahlern an Luft ausgeführt werden. Eine weitere Anwendung der Strahlereinheit 1 liegt in dem Bereich Entkeimung, Sterilisierung und/oder Desinfektion von Substratoberflächen.
Eine weitere Anwendung der Strahlereinheit 1 liegt in der Herstellung matter und stumpfmatter Oberflächen.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens liegt in der niedrigen Temperaturentwicklung bei der UV-Härtung, da auch wenig Energie durch den Niederdruckstrahler eingebracht wird. Dies fällt besonders ins Gewicht bei der Beschichtung temperaturempfindlicher Substrate wie Kunststoffe, Papier, Holz etc. Des weiteren weisen Niederdruckstrahler einen deutlich geringeren Energiebedarf im Vergleich zu Mitteldruckstrahlern auf, was in verminderten Energiekosten resultiert. Des weiteren können durch die erfindungsgemäßen Gasentladungslampen jede mögliche Geometrie nachvollzogen werden, das heißt die Lampe kann mäander- oder U-förmig sein, wodurch bei Objekten mit einer gebogenen Oberfläche der Strahler optimal an die Oberfläche zur Härtung angepasst werden kann. Des weiteren ist die Härtung von Klarlacken und pigmentierten Systemen in deutlich kürzerer Zeit möglich. Auch die Härtung dicker Schichten kann mit der Gasentladungslampe unter Inertgas gemäß der Erfindung vorgenommen werden. Durch die geringe Temperaturentwicklung bei dem Niederdruckstrahler fällt das Erfordernis einer Kühlung des Strahlers weg, wodurch der konstruktive Aufwand verringert wird und das Handling des Strahlers vereinfacht wird, da beispielsweise ein Strahlerwechsel ohne Wartezeit bis zur Abkühlung möglich ist. Durch den verminderten konstruktiven Aufwand werden auch die Anlagenkosten gesenkt. Des weiteren ist auch die Vorbehandlung von Substraten möglich. Darüber hinaus kann der Strahler auch nach wie vor für Sterilisation und Desinfektion eingesetzt werden und die Härtung sowohl radikalisch als auch kationisch härtender Systeme sowie von UV-stabilisierten Lacken ist möglich. Ebenfalls ist die Verklebung UV-durchlässiger Substrate (kationisch und radikalisch) und nicht transparenter Substrate mit kationischen Klebstoffen möglich. Eine weitere Anwendung ist die Mattierung und Durchhärtung pigmentierter Systeme.
Das Verfahren kann unter Inertbedingungen beispielsweise für die Veredlung bahnförmiger Materialien wie Papier, Folien oder Plattenware zum Drucken, Beschichten und Kaschieren/Laminieren von zwei- und dreidimensionalen Körpern sowie auch für die Veredlung 3-dimensionaler Körper im stationären oder kontinuierlichen Betrieb durchgeführt werden.
Beispiele Alle Versuche wurden, wenn nicht anders beschrieben, mit 2 optimierten UV- Niederdruckstrahlern mit verstärkter Emission im Bereich von 185 nm durchgeführt. Normale Amalgamstrahler (herkömmliches Quarz) zeigen im kurzwelligen UV- Bereich keine Emission bei 185 nm, sondern nur bei 254 nm. Amalgamstrahler aus synthetischem Quarz zeigen Emissionen bei 254 nm und 185 nm, die Emission bei 185 nm ist jedoch deutlich geringer als bei den optimierten Strahlern.
1. Härtung eines UV-Klarlacks
Ein lösemittelhaltiger UV-Klarlack der Fa. DuPont Performance Coatings wurde auf eine Glasplatte aufgetragen (SD ca. 40 μm, FK = 50%), das Lösemittel abgedampft und anschließend in einen UVACube inert eingebracht. Es wurde mit 2 Niederdruckstrahlern bei einem Abstand vom Strahler von ca. 6 cm ausgehärtet (Rest- O2-Konzentration = 1,5%). Nach 1 s Belichtungszeit ist das Material vollständig als hochglänzender, kratzfester Film ausgehärtet. Im KMnO4-TeSt gegen weißes Papier gehalten ist keine Färbung des Films zu erkennen.
2. Härtung eines UV-Klarlacks
Ein Klarlack bestehend aus 50g Laromer® PO 84 F (BASF), 1,5 g TMPTA (BASF) und 1 g Darocur® MBF (Ciba SC) als Photoinitiator wurde auf eine Glasplatte
- aufgetragen (SD ca. 40 μm) und in einen UVACube inert eingebracht. Es wurde mit 2
Strahlern bei einem Abstand vom Strahler von ca. 6 cm ausgehärtet (ReSt-O2-
Konzentration = 1,5%). Nach 2 s Belichtungszeit ist das Material vollständig als hochglänzender, kratzfester Film ausgehärtet. Im KMnO4-TeSt gegen weißes Papier gehalten ist eine minimale Färbung des Films zu erkennen.
3. Härtung eines UV-Klarlacks als Vergussmasse
Der gleiche Lack wird in einen Aluminiumdeckel gefüllt (SD ca. 3 mm). Das Material wurde dann im UVACube inert in einem Abstand vom Strahler von ca. 18 cm mit 2 Niederdruckstrahlern 60 s belichtet (Rest-O2-Konzentration = 1,4%). Die Masse ist vollständig ausgehärtet, die Oberfläche kratzfest; es hat sich ein weiches, ca. 3 mm dickes Polymer gebildet.
4. Härtung eines UV- Absorber enthaltenden UV-Klarlacks (MBF)
Ein Klarlack bestehend aus 100g Laromer® PO 84 F (BASF), 5,0 g Tinuvin® 1130 (Ciba SC) als UV-Absorber und 2,0 g Darocur® MBF (Ciba SC) als Photoinitiator wurde auf einen weißen Karton aufgetragen (SD ca. 12 μm) und in einen UVACube inert eingebracht. Es wurde mit 2 Strahlern bei einem Abstand vom Strahler von ca. 6 cm ausgehärtet (Rest-O2-Konzentration = 1,4%). Nach 2 s Belichtungszeit ist das Material vollständig als hochglänzender, kratzfester Film ausgehärtet. Im KMnO4-TeSt gegen weißes Papier gehalten ist eine minimale Färbung des Films zu erkennen.
5. Härtung eines UV- Absorber enthaltenden UV-Klarlacks in dicker Schicht (MBF)
Der gleiche Lack wird in eine Schichtdicke von ca. 40 μm auf einen weißen Karton aufgetragen. Das Material wurde dann im UVACube inert in einem Abstand vom Strahler von ca. 6 cm mit 2 Niederdruckstrahlern 30 s belichtet (Rest-O2-Konzentration = 1,4%). Der Film ist vollständig ausgehärtet, die hochglänzende Oberfläche ist absolut kratzfest und. Nach einer Belichtungszeit von 10 s ist der Film noch nicht vollständig durchgehärtet.
6. Härtung eines UV-Absorber enthaltenden UV-Klarlacks in dicker Schicht (MBF)
Der gleiche Lack wird in eine Schichtdicke von ca. 100 μm auf einen weißen Karton aufgetragen. Das Material wurde dann im UVACube inert in einem Abstand vom Strahler von ca. 6 cm mit 2 Niederdruckstrahlern 60 s belichtet (ReSt-O2- Konzentration = 1,4%). Der Film ist vollständig ausgehärtet, die hochglänzende Oberfläche ist absolut kratzfest.
7. Härtung eines UV- Absorber enthaltenden UV-Klarlacks (TPO)
Ein Klarlack bestehend aus 100g Laromer® PO 84 F (BASF), 5,0 g Tinuvin® 1130 (Ciba SC) als UV-Absorber und 2,0 g Lucirin® TPO-L (BASF) als Photoinitiator wurde auf einen weißen Karton aufgetragen (SD ca. 40 μm) und in einen UVACube inert eingebracht. Es wurde mit 2 Strahlern bei einem Abstand vom Strahler von ca. 6 cm ausgehärtet (Rest-O2-Konzentration = 1,4%). Nach 5 s Belichtungszeit ist das Material vollständig als hochglänzender, kratzfester Film ausgehärtet. Im KMnO4-TeSt gegen weißes Papier gehalten ist eine minimale Färbung des Films zu erkennen.
8. Härtung eines UV- Absorber enthaltenden UV-Klarlacks in dicker Schicht (TPO)
Der gleiche Lack wird in einer Schichtdicke von ca. 100 μm auf einen weißen Karton aufgetragen. Das Material wurde dann im UVACube inert in einem Abstand vom Strahler von ca. 6 cm mit 2 Niederdruckstrahleni 5 s belichtet (Rest-O2-Konzentration = 1,4%). Der Film ist vollständig ausgehärtet, die hochglänzende Oberfläche ist absolut kratzfest.
9. Härtung einer radikalisch härtenden UV-Inkjetfarbe weiß
Eine weiße, hochpigmentierte Inkjetfarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm <2s mit 2 Strahlern belichtet (Rest-O2- Konzentration - 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche.
Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit Amalgamstrahlern (normales
Quarz) durch, ist das Material nach einer Belichtungszeit von 90 s noch nicht ausgehärtet.
Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit einem „normalen" UV- Niederdruckstrahler aus synthetischen Quarz durch, ist das Material erst nach 10 s ausgehärtet und weist eine matte Oberfläche auf. Es zeigt sich hier deutlich der Effekt des Strahlers mit der verstärkten Emission bei 185 nm.
10. Härtung einer radikalisch härtenden UV-Inkjetfarbe weiß
Eine weiße, hochpigmentierte Inkjetfarbe wird in einer SD von 40 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von 18 cm 60 s mit 2 Strahlern belichtet (ReSt-O2- Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine strukturierte Oberfläche.
11. Härtung einer radikalisch härtenden UV-lnkjetfarbe gelb
Eine gelbe, hochpigmentierte Inkjetfarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm «2 s mit 2 Strahlern belichtet (ReSt-O2- Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche.
Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit Amalgamstrahlern (normales Quarz) durch, ist das Material erst nach einer Belichtungszeit von 90 s ausgehärtet und zeigt eine strukturierte Oberfläche.
Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit einem „normalen" UV- Niederdruckstrahler aus synthetischen Quarz durch, ist das Material erst nach 10 s ausgehärtet und weist eine matte Oberfläche auf. Es zeigt sich hier deutlich der Effekt des Strahlers mit der verstärkten Emission bei 185 nm.
12. Härtung einer radikalisch härtenden UV-Inkjetfarbe gelb
Eine gelbe, hochpigmentierte Inkjetfarbe wird in einer SD von 40 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm 20 s mit 2 Strahlern belichtet (ReSt-O2- Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine strukturierte Oberfläche.
13. Härtung einer radikalisch härtenden UV-Inkjetfarbe cyan
Eine cyanfarbene, hochpigmentierte Inkjetfarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißeKarton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm 2 s mit 2 Strahlern belichtet (ReSt-O2- Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche.
Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit Amalgamstrahlern (normales Quarz) durch, ist das Material erst nach einer Belichtungszeit von 90 s ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche.
Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit einem „normalen" UV- Niederdruckstrahler aus synthetischen Quarz durch, ist das Material erst nach 5 s ausgehärtet und weist eine matte Oberfläche auf. Es zeigt sich hier deutlich der Effekt des Strahlers mit der verstärkten Emission bei 185 nm.
14. Härtung einer radikalisch härtenden UV-Inkjetfarbe magenta
Eine magentafarbene, hochpigmentierte Inkjetfarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm <2 s mit 2 Strahlern belichtet (Rest- O2-Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche. Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit Amalgamstrahlern (normales Quarz) durch, ist das Material erst nach einer Belichtungszeit von 90 s ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche.
Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit einem „normalen" UV- Niederdruckstrahler aus synthetischen Quarz durch, ist das Material erst nach 5 s ausgehärtet und weist eine leicht mattierte Oberfläche auf. Es zeigt sich hier deutlich der Effekt des Strahlers mit der verstärkten Emission bei 185 nm.
15. Härtung einer radikalisch härtenden UV-Inkjetfarbe schwarz
Eine schwarz, hochpigmentierte Inkjetfarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm 5 s mit 2 Strahlern belichtet (ReSt-O2- Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine matte Oberfläche.
Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit Amalgamstrahlern (normales Quarz) durch, ist das Material erst nach einer Belichtungszeit von 90 s ausgehärtet und zeigt eine matte Oberfläche. Führt man unter gleichen Vorgaben die UV-Härtung mit einem „normalen" UV- Niederdruckstrahler aus synthetischen Quarz durch, ist das Material erst nach 10 s ausgehärtet und weist eine matte Oberfläche auf.
Es zeigt sich hier deutlich der Effekt des Strahlers mit der verstärkten Emission bei 185 nm.
16. Härtung einer kationisch härtenden UV-Flexofarbe weiß
Eine weiße, hochpigmentierte Flexofarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißen Kartoaufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm 20 s mit 2 Strahlern belichtet (ReSt-O2- Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine matte Oberfläche.
Führt man den gleichen Versuch in einer SD von 6 μm durch, ist das Material nach 10 s vollständig ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche.
17. Härtung einer kationisch härtenden UV-Flexofarbe gelb
Eine gelbe, hochpigmentierte Flexofarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm 20 s mit 2 Strahlern belichtet (ReSt-O2- Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche.
Führt man den gleichen Versuch in einer SD von 6 μm durch, ist das Material nach 10 s vollständig ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche. 18. Härtung einer kationisch härtenden UV-Flexofarbe cyan
Eine cyanfarbene, hochpigmentierte Flexofarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm 30 s mit 2 Strahlern belichtet (Rest- O2-Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine matte Oberfläche.
Führt man den gleichen Versuch in einer SD von 6 μm durch, ist das Material nach 10 s vollständig ausgehärtet und zeigt eine matte Oberfläche.
19. Härtung einer kationisch härtenden UV-Flexofarbe magenta
Eine magentafarbene, hochpigmentierte Flexofarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm 20 s mit 2 Strahl belichtet (ReSt-O2-
Konzentration = 1,4%). Das Material ist vollständig ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche.
Führt man den gleichen Versuch in einer SD von 6 μm durch, ist das Material nach 10 s vollständig ausgehärtet und zeigt eine glänzende Oberfläche.
20. Härtung einer kationisch härtenden UV-Flexofarbe schwarz
Eine schwarze, hochpigmentierte Flexofarbe wird in einer SD von 12 μm auf weißen Karton aufgebracht und in einen UVACube inert eingebracht. Anschließend wird in einem Abstand zum Strahler von ca. 6 cm 30 s mit 2 Strahlern belichtet (ReSt-O2- Konzentration = 1,4%). Das Material ist nicht vollständig ausgehärtet und zeigt eine stumpfmatte Oberfläche.
Führt man den gleichen Versuch in einer SD von 60 μm durch, ist das Material nach 10 s vollständig ausgehärtet und zeigt eine stumpfmatte Oberfläche.
21. Herstellung mattierter Oberflächen mit kationisch härtenden UV-Flexofarben
Belichtet man die kationisch härtenden Flexofarben in eine SD von ca. 12 μm nur 10 s, so erhält man „stumpfmatte" Oberflächen, während die tieferen Schichten noch nicht ausgehärtet sind. Durch eine weitere Bestrahlung mit Niederdruckstrahlern bzw. auch herkömmlichen Hg-Mitteldruckstrahlern kann man diese Oberflächenstruktur fixieren und mattierte Oberflächen erzeugen. 22. Vorbehandeln von Kunststoffoberflächen zur Verbesserung der Haftung von Lacken, Druckfarben, Klebstoffen oder Vergussmassen.
Eine handelsübliche PMMA Platte wird ca. 10 s in einem Abstand von ca. 6 cm zum Strahler mit 2 optimierten Niederdruckstrahlern belichtet. Dabei verändert sich die Oberflächenspannung des Kunststoffs von ca. 38 Nm/m auf ca. 46 Nm/m. Nach ca. 20 s Bestrahlung werden Oberflächenspannungswerte > 50 Nm/m erzielt. Trägt man auf die so behandelte Oberfläche einen z.B. radikalisch härtenden UV-Lack auf, zeigt er eine gute Haftung zum Substrat, während eine Haftung auf dem unbehandelten PMMA nicht gegeben ist.
Durch Auftragen eines Primers oder UV-Primers auf die vorbehandelte Oberfläche und anschließendes Auftragen und Aushärten eines z.B. radikalisch härtenden UV-Lackes (ggf. kann nach dem Primerauftrag noch eine zusätzliche UV-Bestrahlung erfolgen) kann die Haftung zum PMMA nochmals deutlich verbessert werden. Analoge Ergebnisse wurden auch auf Kunststoffen wie PE, PP, PA, Teflon und auch auf Siliconpapier erzielt.

Claims

Ansprüche
1. Gasentladungslampe zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien umfassend ein mit Füllgas (3) gefülltes Rohr (4) zum Erzeugen einer Gasentladung zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung bis unter 200nm, unter Verwendung einer Inertgasvorrichtung zum Bereitstellen eines Inertgases und Zuführen des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials.
2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Gasentladungslampe (1) um einen Niederdruckstrahler handelt.
3. Gasentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) einen Durchmesser von 5mm bis 20 mm, bevorzugt von 10 mm bis 15mm und besonders bevorzugt von 12mm bis 13mm hat.
4. Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) aus Quarzglas ist, welches Wellenlängen bis unter 200nm insbesondere bis 185nm durchläßt.
5. Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) eine Wanddicke zwischen 0,5mm und 2mm, bevorzugt zwischen 0,8mm und 1,5mm und besonders bevorzugt zwischen lmm und 1,3mm hat.
6. Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas (3) aus Quecksilber und einer Ne-Ar-Mischung im Verhältnis von Ne 0% bis 100% und/oder Ar 0% bis 100%, bevorzugt Ne 0% bis 50% und Ar 50% bis 100% und besonders bevorzugt Ne 20% bis 30% und Ar 70% bis 80% besteht.
7. Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas (3) einen Gasdruck von 0,5mbar bis lOmbar, bevorzugt von 0,5mbar bis 5mbar und besonders bevorzugt von lmbar bis 3mbar aufweist.
8. Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung durch zwei in dem Rohr (4) befindliche Elektroden (2) erzeugt und durch ein mit den Elektroden (2) verbundenes Vorschaltgerät (5) gesteuert wird.
9. Gasentladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschaltgerät (5) durch Steuerung der Stromversorgung der Elektroden (2) die Entladungsrohrtemperatur auf 850C bis 150°C regelt.
10. Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung elektrodenfrei durch energiereiche Strahlung insbesondere Strahlung im Mikrowellenbereich erzeugt wird.
11. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Gasentladungslampe (1) um einen Mitteldruckstrahler handelt.
12. Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Inertgas um eine chemisch inerte, gasförmige Verbindung, bevorzugt um Argon, Stickstoff oder Kohlendioxid handelt.
13. System zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien, umfassend eine Gasentladungslampe (1) zum Aussenden elektromagnetischer Strahlung bis unter 200nm mittels einer Gasentladung in einem mit Füllgas (3) gefüllten Rohr (4) und einer Inertgasvorrichtung zum Bereitstellen eines Inertgases und Zuführen des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials.
14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Gasentladungslampe (1) um einen Niederdruckstrahler handelt.
15. System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) einen Durchmesser von 5mm bis20 mm, bevorzugt von 10 mm bis 15mm und besonders bevorzugt von 12mm bis 13mm hat.
16. System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) aus Quarzglas ist, welches Wellenlängen bis unter 200nm insbesondere bis 185nm durchläßt.
17. System nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) eine Wanddicke zwischen 0,5mm und 2mm, bevorzugt zwischen 0,8mm und 1,5mm und besonders bevorzugt zwischen lmm und 1,3mm hat.
18. System nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas (3) aus Quecksilber und einer Ne-Ar-Mischung im Verhältnis von Ne 0% bis 100% und/oder Ar 0% bis 100%, bevorzugt Ne 0% bis 50% und Ar 50% bis 100% und besonders bevorzugt Ne 20% bis 30% und Ar 70% bis 80% besteht.
19. System nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas (3) einen Gasdruck von 0,5mbar bis lOmbar, bevorzugt von 0,5mbar bis 5mbar und besonders bevorzugt von lmbar bis 3mbar aufweist.
20. System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung durch zwei in dem Rohr (4) befindliche Elektroden (2) erzeugt und durch ein mit den Elektroden (2) verbundenes Vorschaltgerät (5) gesteuert wird.
21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschaltgerät (5) durch Steuerung der Stromversorgung der Elektroden (2) die Entladungsrohrtemperatur auf 850C bis 150°C regelt.
22. System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet daß die Gasentladung elektrodenfrei durch energiereiche Strahlung insbesondere Strahlung im Mikrowellenbereich erzeugt wird.
23. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Gasentladungslampe (1) um einen Mitteldruckstrahler handelt.
24. System nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Inertgas um eine chemisch inerte, gasförmige Verbindung, bevorzugt um Argon, Stickstoff oder Kohlendioxid handelt.
25. Verfahren zum Härten von durch UV-Licht härtbare Materialien, umfassend die
Schritte
Aussenden elektromagnetischer Strahlung bis unter 200nm mittels einer
Gasentladungslampe (1),
Bereitstellen eines Inertgases und Zuführen des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials.
26. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch
Vorsehen des Rohres (4) mit einem Durchmesser von 5mm bis20 mm, bevorzugt von 10 mm bis 15mm und besonders bevorzugt von 12mm bis 13mm.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 26, gekennzeichnet durch
Vorsehen des Rohres (4) aus Quarzglas, welches Wellenlängen bis unter 200nm insbesondere bis 185nm durchläßt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, gekennzeichnet durch
Vorsehen des Rohres (4) mit einer Wanddicke zwischen 0,5mm und 2mm, bevorzugt zwischen 0,8mm und 1,5mm und besonders bevorzugt zwischen lmm und 1,3mm.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, gekennzeichnet durch
Bereitstellen eines Füllgases (3) bestehend aus Quecksilber und einer Ne- Ar-Mischung im Verhältnis von Ne 0% bis 100% und/oder Ar 0% bis 100%, bevorzugt Ne 0% bis 50% und Ar 50% bis 100% und besonders bevorzugt Ne 20% bis 30% und Ar 70% bis 80%.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, gekennzeichnet durch
Vorsehen eines Gasdrucks von 0,5mbar bis lOmbar, bevorzugt von 0,5mbar bis 5mbar und besonders bevorzugt von lmbar bis 3mbar für das Füllgas (3).
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, gekennzeichnet durch
Erzeugen der Gasentladung durch zwei in dem Rohr (4) befindliche Elektroden (2) und Steuern durch ein mit den Elektroden (2) verbundenes Vorschaltgerät (5).
32. Verfahren nach Anspruch 31 , gekennzeichnet durch
Regelung der Entladungsrohrtemperatur auf 85°C bis 150°C durch das Vorschaltgerät (5) durch Steuerung der Stromversorgung der Elektroden (2).
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 30, gekennzeichnet durch
Erzeugen der Gasentladung elektrodenfrei durch energiereiche Strahlung insbesondere Strahlung im Mikrowellenbereich.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 33, gekennzeichnet durch
Verwenden einer chemisch inerten, gasförmigen Verbindung, bevorzugt von Argon, Stickstoff oder Kohlendioxid als Inertgas.
35. Durch UV-Licht gehärtetes Material unter Verwendung einer Gasentladungslampe (1) zum Aussenden elektromagnetischer
Strahlung bis unter 200nm mittels einer Gasentladung in einem mit Füllgas (3) gefüllten Rohr (4) und einer Inertgasvorrichtung zum Bereitstellen eines Inertgases und Zuführen des Inertgases an die Oberfläche des zu härtenden Materials.
36. Material nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Gasentladungslampe (1) um eine Niederdruckstrahler handelt.
37. Material nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) einen Durchmesser von 5mm bis20 mm, bevorzugt von 10 mm bis 15mm und besonders bevorzugt von 12mm bis 13mm hat.
38. Material nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) aus Quarzglas ist, welches Wellenlängen bis unter 200nm insbesondere bis 185nm durchläßt.
39. Material nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) eine Wanddicke zwischen 0,5mm und 2mm, bevorzugt zwischen 0,8mm und 1,5mm und besonders bevorzugt zwischen lmm und 1,3mm hat.
40. Material nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas (3) aus Quecksilber und einer Ne-Ar-Mischung im Verhältnis von Ne 0% bis 100% und/oder Ar 0% bis 100%, bevorzugt Ne 0% bis 50% und Ar 50% bis 100% und besonders bevorzugt Ne 20% bis 30% und Ar 70% bis 80% besteht.
41. Material nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas (3) einen Gasdruck von 0,5mbar bis lOmbar, bevorzugt von 0,5mbar bis 5mbar und besonders bevorzugt von lmbar bis 3mbar aufweist.
42. Material nach einem der Ansprüche 35 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung durch zwei in dem Rohr (4) befindliche Elektroden (2) erzeugt und durch ein mit den Elektroden (2) verbundenes Vorschaltgerät (5) gesteuert wird.
43. Material nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschaltgerät (5) durch Steuerung der Stromversorgung der Elektroden (2) die Entladungsrohrtemperatur auf 85°C bis 1500C regelt.
44. Material nach einem der Ansprüche 35 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentladung elektrodenfrei durch energiereiche Strahlung insbesondere Strahlung im Mikrowellenbereich erzeugt wird.
45. Material nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Gasentladungslampe (1) um einen Mitteldruckstrahler handelt.
46. Material nach einem der Ansprüche 35 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Inertgas um eine chemisch inerte, gasförmige Verbindung, bevorzugt um Argon, Stickstoff oder Kohlendioxid handelt.
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