Een belangrijke factor die de effectiviteit van UV-uitharding beïnvloedt, is zuurstofinhibitie. In dit artikel zullen we de rol van zuurstofinhibitie bij UV-uitharding belichten en de manieren waarop dit probleem kan worden beheerst.

Wat is zuurstofinhibitie?

Zuurstofinhibitie bij UV-uitharding verwijst naar het fenomeen waarbij zuurstofmoleculen interfereren met het uithardingsproces van de polymeren. UV lijmen polymeriseren wanneer hun foto-initiatoren worden blootgesteld aan licht van verschillende golflengten en daardoor worden gesplitst in vrije radicalen. Deze vrije radicalen reageren vervolgens met de monomeren en oligomeren aanwezig in de formulatie, wat resulteert in lange ketens met vele vernettingen tot een uitgeharde lijm.

Echter, zuurstofmoleculen kunnen eveneens reageren met de radicalen die tijdens deze reactie worden gegenereerd, waardoor de uitharding wordt vertraagd of zelfs stopt. Hierdoor blijven gedeeltelijk gereageerde monomeren en oligomeren achter. Zuurstofinhibitie is vaak het meest merkbaar aan het oppervlak van het uitgeharde product: een kleverige dunne laag.

Hoe kunnen we zuurstofinhibitie vermijden?

De intensiteit van zuurstofinhibitie is afhankelijk van verschillende factoren:

• Intensiteit gegenereerd binnen het UV-spectrum (280-390 nm)
• De tijd dat het product wordt blootgesteld aan het UV licht
• De warmte die wordt gegenereerd door het UV-uithardingssysteem
• De formulatie van de lijm

Door gebruik te maken van licht met hoge intensiteit (>1 W/cm2 / 1.000 mW/cm² ) en over een breed spectrumbereik van 280-450 nm, is er gewoonlijk zoveel energie dat de lijmen extreem snel uitharden. Dit resulteert in een kleefvrij oppervlak. Hoe hoger de intensiteit van het UV licht, hoe minder kans op zuurstofinhibitie.

Sommige monomeren en oligomeren, die de bouwstenen vormen van UV uithardende lijmen zijn gevoeliger voor zuurstofinhibitie. De mate van kleverigheid van het oppervlak hangt af van de formulering, het recept van het product. Doorgaans zorgt UV-licht met een korte en middellange golflengte (280-320 nm), gegenereerd door kwikdamplampen, voor een efficiëntere oppervlakte-uitharding, maar uitharden van dikkere lagen, geeft een probleem.

UV licht met een langere golflengte (400-500 nm) zorgen doorgaans voor een betere uitharding in de diepte. Het UV/zichtbare lichtspectrum in het bereik van 320-450 nm biedt de beste mix: goede uitharding aan het oppervlak en ook in de diepte. Door het aanpassen van het uithardingsproces met een hogere lichtintensiteit, een langere uithardingstijd of door de golflengte enigszins aan te passen, kan oppervlaktekleverigheid worden vermeden.

Sommige UV-lijmen zullen echter nooit kleefvrij uitharden, zelfs niet met deze wijzigingen. Dit komt omdat ze gemaakt zijn voor toepassingen zonder blootstelling aan lucht, zoals lijmtoepassingen tussen twee substraten. De tijd die nodig is om een UV-lijm uit te harden tot een kleefvrije toestand mag niet worden verward met de tijd die nodig is om volledige uitharding te bereiken. Het geeft enkel aan in welke mate het materiaal in staat is om zuurstofinhibitie aan het oppervlak te overwinnen na blootstelling aan een bepaald lichtintensiteitsniveau gedurende een specifieke tijd.

Gebruikers moeten rekening houden met de intensiteit van de UV lampen

Sommige UV lampen kunnen enorme hoeveelheden intensiteit genereren, gemeten in W/cm². Sommige spotlampsystemen zenden bijvoorbeeld tot 15-20 Watt/cm² uit (gemeten bij 365 nm). Het is redelijk eenvoudig om de meeste lijmen kleefvrij uit te harden. We kunnen concluderen dat de meeste lijmen een minimale intensiteitsdrempel hebben waarbij ze binnen een bepaalde tijd niet meer kleven, en een minimale totale energiedrempel om volledige uitharding te bereiken.

Kijk naar de vergelijking "Watt/cm² x seconden = Joule/cm²". De intensiteit in watt kan variëren t.o.v. de blootstellingstijd in seconden om dezelfde hoeveelheid joules/cm² te verkrijgen:

2 Joule/cm² = 2 Watt/cm² x 1 seconde of

2 Joule/cm² = 0,02 Watt/cm² x 100 seconden.

U krijgt in beide situaties dezelfde totale energie (hoge intensiteit voor een korte tijd of lage intensiteit voor een langere tijd), maar het kan zijn dat u met 0,02 W/cm² onder de minimale intensiteitsdrempel valt en dus nooit een oppervlak krijgt dat kleefvrij is.

Een ander manier om het probleem van zuurstofinhibitie  op te lossen is het uithardingsgebied tijdens het uitharden te overspoelen met stikstof of argon (inert) gas. Het inerte gas verdringt de zuurstof op het oppervlak en zorgt voor een kleefvrije afwerking, zelfs bij lichtbronnen met lage intensiteit.

Conclusie:

Het verminderen van de zuurstofinhibitie van UV uithardende producten is mogelijk door:

• De keuze van de juiste lijm
• Het proces te optimaliseren
• Het juiste UV/VIS spectrum te kiezen
• De correcte lamp met hoge intensiteit
• De belichtingstijd te optimaliseren