Vor Ort aufgebrachte UV-härtende Beschichtungen für Fußböden

(7.11.2013) Anfangs wurde die UV-Härtung als Möglichkeit be­grüßt, sowohl die Produktivität als auch die Leistung von Holz­beschichtungen zu steigern. Seit kurzem gilt diese Technologie auch als Mittel, um Energie zu sparen und Vorschriften zum Schutz der Umwelt einzuhalten.

Anfangs basierten alle Anwendungen auf UV-härtenden Pro­dukten mit 100% Festkörperanteil, die vor allem zum Lackieren von Paneelen mit Hilfe einer Rolle gedacht waren. In den 1990­er Jahren wurden dann UV-härtende wässrige Polyurethan-Dis­persionen (UV-PUD) sowie die PVC-Fußbodenbeschichtung als erste industrielle Anwendung entwickelt. Diese neue Technik erwies sich aufgrund ihrer Flexibilität, Haftung und Fleckenun­empfindlichkeit als sehr erfolgreich. Mit ihrer geringen Viskosi­tät und dem sehr niedrigen Anteil flüchtiger organischer Ver­bindungen (VOC) boten sich diese Dispersionen auch für die Spritz-, Vorhanggieß- (Curtain-Coating) und Vakuumbeschich­tung von Holz an.

Bis vor kurzem waren für die Vor-Ort-Beschichtung von Holz­fußböden jedoch immer noch konventionelle Trockenverfahren erforderlich. In diesem Anwendungsbereich werden hauptsäch­lich Polyurethane eingesetzt. Ebenfalls anzutreffen sind Säu­rehärter-Lacke, Öle und Wachse. Heute befinden sich mehre­re UV-härtende Holzfußbodenbeschichtungen in unterschied­lichen Phasen der kommerziellen Entwicklung, darunter auch Beschichtungen, die zu 100% aus Festkörpern bestehen und wasserverdünnbar sind.

Betonbeschichtungen

Für Betonfliesen werden UV-härtende Beschichtungen immer häufiger aus ähnlichen Gründen wie für Holz eingesetzt. Alle konventionellen Betonbeschichtungen sind Mehrkomponenten­systeme, wobei die Zweikomponentenverbindungen aus Epo­xidharz/Aminen und Urethan (Isocyanat/mehrwertige Alkohole) am häufigsten verwen­det werden. Diese Epoxid- und Urethan-Produkte benötigen länger als einen Tag zum Trocknen. Zu den schneller wirkenden Trocknungssystemen gehören Polyaspartic- und Methylmethacrylat-Beschichtungen, die in Stunden anstatt in Tagen begehbar sind. Allerdings schränkt die Topfzeit dieser schnell trocknenden Systeme die Offenzeit, die für ein korrektes Aufbringen der Beschichtung erforderlich ist, stark ein. Die Folge kön­nen unnötiger Produktabfall sowie Mängel in Bezug auf das Aussehen und die Produkt­leistung sein. Zudem ist die Trockenzeit von Mehrkomponentensystemen auch von der Temperatur abhängig, so dass sie häufig nicht für Endanwendungen in gekühlten Be­reichen oder bei kaltem Wetter geeignet sind.

Weitere Nachteile konventioneller Betonbeschichtungen sind ...

• ein hoher VOC-Anteil und eine starke Geruchsentwicklung,
• eine geringe Außenhaltbarkeit und Abriebfestigkeit sowie
• die aufwändige Reinigung.

UV-härtende Betonbeschichtungen können dagegen eine Vielzahl der Mängel konventioneller Betonbeschichtungen beheben.

UV-trocknende Beschichtungen zum Aufbringen im Werk und vor Ort

In der Fabrik lassen sich Beschichtungen mühelos in einem gut kontrollierten Verfah­ren aufbringen und härten. Wenn man die UV-Härtung jedoch direkt am Einsatzort ausführen möchte, kommen unter Umständen zahlreiche unkontrollierbare Parameter ins Spiel. Daher sind robuste Beschichtungs- und Härtungsprozesse unerlässlich.

Vor Ort sind die Eigenschaften des Untergrunds weitaus weniger vorhersagbar. Hier stellen die Zusammensetzung des Fußbodens, die Oberflächenbehandlung, die Rauheit, die Porosität und der Verschmutzungsgrad potenzielle Herausforderungen dar. Im Un­terschied zur Fabrik ist der Untergrund hier auch größer als die UV-Härtungsanlage.

Weiterhin können UV-Strahlen, die an den Seiten der Härtungsanlage entweichen, die Beschichtung an den Rändern des Härteweges vorzeitig trocknen lassen. Das hat an diesen Stellen unter Umständen Einfluss auf das Aussehen der Oberfläche. Auch ist darauf zu achten, dass wirklich alle Flächen vollständig ausgehärtet werden. Für ge­wöhnlich gibt der Lieferant der Beschichtung die Überlappungsparameter für die UV-Härtung vor. Diese Angaben helfen, die gesamte Fläche lückenlos zu behandeln.

UV-härtende Beschichtungen werden wie konventionelle Fußbodenbeschichtungen mit einer Handrolle oder einem Roller mit Stiel aufgebracht. Diese Art der Aufbringung kann dazu führen, dass die Dicke der Beschichtung schwankt.

Zum Schluss wird die mobile UV-Härtungseinheit über die Fläche geführt. Der Abstand zwischen der UV-Härtungseinheit und dem Untergrund sowie die Bewegungsgeschwin­digkeit während des UV-Härtens können variieren. Die Geräte zum Vor-Ort-Härten wurden vielfach überarbeitet und verbessert, so dass sie heute als sehr sicher gelten und auch wiederholbare Ergebnisse liefern. Im Allgemeinen muss die Rezeptur der Be­schichtung jedoch so stabil sein, dass sie allen genannten Anforderungen gerecht wird.

Wässrige UV-trocknende Holzbeschichtungen

Für Vor-Ort-Anwendungen auf Holz werden wässrige UV-härtende Systeme bevor­zugt, da die konventionellen Holzbeschichtungen meistens ebenfalls wasserbasiert sind. Damit ist es möglich, die gleiche Abwendungsmethode mit den gleichen Trocken­zeiten und Schleifverfahren einzusetzen. Zudem trocknen wässrige UV-härtende Holz­beschichtungen klebfrei, so dass sie schon nach kurzer Zeit geschliffen und überge­strichen werden können. Nach Aufbringen der letzten Holzbeschichtung ergibt die UV-Härtung eine vollständig trockene Fläche, die sofort begehbar ist. Dank dieser Eigen­schaften können Fußbodenbeschichtungen an einem einzigen Tag fertiggestellt wer­den. Das hat für die ausführende Firma den Vorteil, dass viele Mängel, die sonst nach dem Beschichten auftreten, vermieden werden, während sich für den Besitzer des Fußbodens die Ausfallzeiten verringern.

UV-härtende Betonbeschichtungen

Betonbeschichtungen können auf Fußböden zum Einsatz kommen, die unterschiedli­chen und zuweilen erheblichen Belastungen ausgesetzt sind. Dazu zählen starke Che­mikalien in Fabriken, Salzlake in Lebensmittelläden, Einkaufswagen in Supermärkten sowie warme Reifen in Autowerkstätten und Lagern. Doch selbst unter diesen Bedin­gungen soll die Beschichtung natürlich ihr Aussehen und ihre Leistungsmerkmale wei­ter garantieren. Idealerweise sollte sie sich beim Härten und später im Einsatz auch nicht verfärben. Diese Eigenschaften werden sowohl bei durchsichtigen als auch bei pigmentierten Betonfußbodenbeschichtungen vorausgesetzt. Zudem ist es in Auto­werkstätten und Lagern wichtig, dass die Beschichtung reifenfest ist. Ohne diese Eigenschaft würde sie durch die Wärme und Nässe der Reifen von PKWs und Gabel­staplern aufweichen. Unter dem Gewicht der Fahrzeuge würden die Weichmacher in den Reifen dann dazu führen, dass diese an der Beschichtung kleben. Dadurch könn­te sich diese lösen und/oder schwarze Reifenspuren auf dem Fußboden verursachen. Beschichtungen mit einem höheren Vernetzungsgrad zeigen bei diesen Anwendungen eine bessere Leistung als weniger stark vernetzte Produkte. Hier haben Tests gezeigt, dass Reifen nicht kleben und Spuren bemerkenswert einfach entfernt werden können. Trockene Reifen hinterlassen überhaupt keine Abdrücke.

Probleme beim Aufbringen von UV-härtenden Betonbeschichtungen

Einer der Nachteile, wenn man UV-härtende Betonbeschichtungen vor Ort aufbringt, besteht darin, dass sich auf der Oberfläche Markierungen zeigen können, die an einen Reißverschluss erinnern. Dieser Effekt entsteht dadurch, dass UV-Licht an den Seiten der UV-Härtungsanlage entweicht und die UV-härtende Be­schichtung auf der Ober­fläche und in der Tiefe unterschiedlich stark schwindet. Wenn das UV-Licht an den Seiten der UV-Einheit austritt, härtet die Oberfläche an diesen Stellen vorzeitig aus. Beim späteren vollständigen Härten der betroffenen Bereiche schwinden die Oberflä­che und die tieferen Schichten daher unterschiedlich stark, so dass reißverschluss­artige Markierungen entstehen.

Es gibt jedoch mehrere Möglichkeiten, diesen Reißverschluss-Effekt zu verhindern. Sehr wichtig ist die Auswahl der richtigen UV-Härtungsanlage. Und natürlich muss die Beschichtung in Verbindung mit der Anlage getestet werden, die vor Ort zum Einsatz kommen soll. In den vergangenen Jahren konnten die Hersteller ihre UV-Härtungsan­lagen weiter verbessern. Dazu zählen flexible Abschirmungen, die ein seitliches Ent­weichen des UV-Lichts unterbinden. Auch bei den UV-Lampen wurden anbieterspezi­fische Veränderungen vorgenommen, die die Leistung erhöht haben. Einige Parameter der Beschichtung, wie Dicke, Viskosität und Schwindung, wirken sich auf die Bildung der genannten Markierungen aus und sollten daher kontrolliert werden. Die Auswahl der Monomere, Oligomere, Photoinitiatoren und Zusatzstoffe beeinflusst die Parame­ter der Beschichtung und ist daher ebenfalls zu kontrollieren. Pigmentierte Systeme können noch größere Herausforderungen stellen, da der Photoinitiator vom UV-Ab­sorptionsgrad der Pigmente abhängig ist.

Auch das Photoinitiator-Paket spielt eine wichtige Rolle, um das Entstehen der Reiß­verschluss-Markierungen zu verhindern. Doch geht es bei dessen Zusammenstellung nicht nur darum, ein einwandfreies Erscheinungsbild der Oberfläche zu gewährleisten. Weitere Leistungsparameter, die vom Photoinitiator beeinflusst werden, sind ...

• die Oberflächenhärtung, damit keine Radabdrücke auftreten,
• die Härtungstiefe, um eine angemessene Haftung und Leistung zu erzielen,
• die Anzahl der Härtungsüberlappungen, die möglich sind, ohne dass die Haftung zwischen den einzelnen Schichten beeinträchtigt wird, sowie
• die Offenzeit der nicht gehärteten Beschichtung.

Eine vollkommen andere Möglichkeit, die genannten Oberflächenveränderungen zu un­terbinden, besteht darin, die Beschichtung zu strukturieren, um die Markierungen zu verbergen bzw. zu verhindern. So können Füllstoffe, Partikel und andere Komponen­ten, die für das UV-Licht transparent sind, der Beschichtung hinzugesetzt werden. Dadurch erhält man eine strukturierte Oberfläche, bei der kein Reißverschluss-Effekt mehr erkennbar ist. Aluminiumoxid und Sand sind zwei Beispiele für mögliche Füllstof­fe. Zudem bieten sich diese Füllstoffe an, um den Reibungskoeffizienten der Beschich­tung zu optimieren.

Die kommerzielle Anwendung von lokal aufgebrachten UV-härtenden Fußbodenbe­schichtungen nimmt weiter zu, obwohl sich ihre Verbreitung durch einige Leistungs­mängel verlangsamt hat. Doch haben jüngere Entwicklungen bei Produkten und Re­zeptierungen einige dieser Mängel bei Holz- und Betonbeschichtungen behoben. Der alle zwei Jahre stattfindende Kongress von RadTech (zuletzt  vom 15.-17.10 2013 in Basel) ist die ideale Plattform, um mehr über die innovativen Lösungen zu erfahren, die die UV- und ES-Strahlungshärtung für viel mehr Branchen und Anwendungsberei­che bietet.

Fachbeitrag von David Helsby, Präsident von RadTech Europe, unter Mitwirkung von Dr. Jo Ann Arceneaux und Dr. Stefan Smeets von Allnex.