FREEcure von IST Metz: UV-Härtungssystem mit hohem UVC-Anteil zur direkten Vernetzung von Farben und Lacken ohne Fotoinitiatoren, ausgelegt für energieeffiziente, migrationsarme Anwendungen im Verpackungsdruck
(Quelle: IST Metz)
Die UV-Härtung gehört zu den zentralen Technologien im modernen Verpackungsdruck. Mit ihr lassen sich Farben und Lacke schnell und energieeffizient vernetzen, was kurze Durchlaufzeiten und hohe Oberflächenqualitäten ermöglicht. Gleichzeitig treiben regulatorische Anforderungen und der steigende Anspruch an migrationsarme Systeme die Weiterentwicklung der Verfahren voran. In diesem Kontext gewinnt die UV-Direktvernetzung ohne Fotoinitiatoren an Bedeutung.
Herausforderungen klassischer UV-Härtungssysteme
Traditionelle UV-Härtungssysteme basieren auf der Verwendung von Fotoinitiatoren. Diese Substanzen absorbieren UV-Strahlung und initiieren die Radikalbildung, die für die Polymerisation der Bindemittel notwendig ist. In der Praxis wirkt sich Sauerstoffinhibierung negativ auf den Vernetzungsprozess aus, weil sie die Radikalbildung hemmt. Gegenmaßnahmen wie Inertisierung mit Schutzgasen oder eine erhöhte Dosierung von Fotoinitiatoren führen zu höheren Prozesskosten, zusätzlichem technischen Aufwand und potenziell unerwünschten Nebenwirkungen wie Geruchsbildung. Zudem stehen unterschiedliche Fotoinitiatoren unter regulatorischem Druck, etwa im Rahmen der REACH-Verordnung oder spezieller Vorschriften für Lebensmittelkontaktmaterialien.
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Grundprinzip der UV-Direktvernetzung
Die UV-Direktvernetzung stellt einen alternativen Ansatz dar, bei dem die Vernetzung reaktiver Systeme direkt durch hochenergetisches UVC-Licht erfolgt. Anstelle der chemischen Radikalbildung über Fotoinitiatoren wird die Strahlungsenergie genutzt, um die C=C-Doppelbindungen in den Bindemitteln unmittelbar zu aktivieren. Dazu bedarf es spezifisch abgestimmter UV-Strahlungsquellen mit einem hohen Anteil an kurzwelliger UVC-Energie. Technische Anpassungen an Lampentechnologie, Reflektoren, Filtermaterialien und elektronischer Ansteuerung sind Voraussetzung, um eine stabile und reproduzierbare Strahlungsleistung zu gewährleisten.
Die Lösung FREEcure von IST Metz
Auf dieser technologischen Grundlage hat IST Metz mit dem System FREEcure eine Lösung entwickelt, die eine UV-Direktvernetzung ohne Fotoinitiatoren ermöglicht. FREEcure nutzt einen hohen UVC-Anteil im Emissionsspektrum der UV-Module, um die Polymerisation reaktiver Systeme direkt anzustoßen, wodurch der Einsatz chemischer Initiatoren minimiert oder ganz überflüssig wird. Die Systementwicklung umfasst sowohl die Optimierung der Lampentechnik als auch eine Anpassung der chemischen Zusammensetzung der Bindemittel. So werden Aminmodifizierungen eingesetzt, um Effekte wie die Sauerstoffinhibierung zu reduzieren, und bei UV-Dispersionen physikalische Trocknungsmechanismen aktiviert, die den Vernetzungsprozess unterstützen.
FREEcure ist darauf ausgelegt, unter Normalatmosphäre zu arbeiten, ohne dass Inertisierung erforderlich ist. Durch die erhöhte Effizienz der Direktvernetzung lässt sich die Anzahl der notwendigen UV-Aggregate in vielen Anwendungen reduzieren. Dies wirkt sich nicht nur positiv auf Energieverbrauch und Platzbedarf aus, sondern reduziert auch Wartungsaufwand und Betriebskosten. Nach Herstellerangaben eignet sich das System sowohl für 100-%-UV-Systeme als auch für wässrige UV-Systeme, was seine Relevanz für unterschiedliche Druckprozesse erhöht.
Technologische und ökonomische Wirkung
Ein zentrales Argument für die FREEcure-Technologie ist die Energieeffizienz. Hochenergetisches UVC-Licht ermöglicht sehr kurze Härtungszeiten, was in Kombination mit der reduzierten Aggregate-Anzahl zu einer deutlichen Senkung des Energiebedarfs führen kann. Der Wegfall von Inertisierung vereinfacht die Prozessführung und reduziert gleichzeitig technische Komplexität und Investitionsbedarf.
Auch aus ökologischer Sicht bietet die fotoinitiatorfreie Härtung Vorteile. Ohne die Zugabe chemischer Initiatoren sinkt das Risiko von Migration und Geruchsbildung, was insbesondere für Verpackungen von Lebensmitteln oder pharmazeutischen Produkten von Bedeutung ist. Der geringere Energiebedarf wirkt sich zudem positiv auf den CO₂-Fußabdruck der Produktion aus.
Relevanz für Verpackungs- und GMP-Anwendungen
Im Verpackungsdruck, vor allem im Bereich sensibler Produkte, sind migrationsarme, sichere und reproduzierbare Härtungsprozesse von zentraler Bedeutung. Systeme wie FREEcure adressieren diese Anforderungen, indem sie eine hohe Oberflächenqualität mit einer vereinfachten, chemikalienreduzierten Prozessführung verbinden. Die Möglichkeit, ohne Inertisierung unter Normalatmosphäre zu arbeiten, kann in GMP-nahen Produktionsumgebungen die Linienauslastung stabilisieren und technische Risiken verringern.
Ausblick
Die Entwicklung von UV-Härtungssystemen ohne Fotoinitiatoren markiert einen technologischen Wandel, der über schrittweise Prozessoptimierungen hinausgeht. Ob sich die UV-Direktvernetzung als neuer Standard etabliert, hängt von der weiteren Anpassung von Farb- und Lackformulierungen sowie von der Effizienz und Skalierbarkeit der Anlagen ab. Die Lösung FREEcure zeigt jedoch, dass ein fotoinitiatorfreier Ansatz praktikable Vorteile bietet und zur Erfüllung künftiger regulatorischer und anwendungsspezifischer Anforderungen beitragen kann.
