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Elektronenstrahlhärtung: Die Auswirkungen auf Folieneigenschaften und Druckfarben

Die Elektronenstrahlhärtung wird weitgehend als umweltfreundliche Alternative zur physikalischen und chemischen Trocknung von Druckfarben, Lacken oder Beschichtungssubstanzen angesehen. Andererseits sagt man diesem Verfahren negative Auswirkungen auf die Eigenschaften von Foliensubstraten und die Gesundheit des Bedieners nach. Doch diesen Risiken kann mit verschiedenen Strategien und Maßnahmen entgegenwirkt werden.

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Elektronenstrahlgeräte werden schon seit über 40 Jahren zur Verbesserung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Polymerfolien verwendet. Seit kurzem werden vermehrt elektronenstrahlhärtende Druckfarben als Alternative zu chemisch-trocknenden oder UV-härtenden Farbsystemen eingesetzt.

Ein Beispiel für den Einsatz von Elektronenstrahlgeräte für das Erreichen verbesserter Folieneigenschaften ist die Folie von Cryovac, die als Synonym für den Begriff „Barriereschrumpf-Verpackungsfolie für Rindfleisch“ verwendet wird. Erfahren Sie mehr im eDossier “Elektronenstrahlhärtung und deren Auswirkungen auf die Folieneigenschaften und Druckfarben”.

Wenn beschleunigte Partikel mit einem Objekt in Kontakt geraten, wie beispielsweise mit einer Kunststofffolie, werden diese Partikel entweder übertragen, reflektiert oder von der Folie absorbiert, oder eine Kombination davon. Kommen die Partikel mit der Folienoberfläche in Kontakt werden Röntgenstrahlen abgegeben, daher ist die Elektronenstrahltechnologie nicht gänzlich frei von Risiken. Glücklicherweise lassen sich diese Risiken jedoch mit verschiedenen Strategien und Maßnahmen entgegenwirken.

Hintergrund

Heute befinden sich schätzungsweise über 1400 Elektronenstrahlgeräte im industriellen Gebrauch. Häufige Anwendungen im Bereich der Verpackungsfolien sind die Bestrahlung von Folien zur Steigerung des Molekulargewichts, die Härtung von Kaschierklebstoffen und Druckfarben.

Ein freies Radikal ist eine ungesättigte kovalente Verbindung, das heißt ein Atom, Molekül oder Ion, das ein ungepaartes Valenzelektron aufweist. Die durch den Elektronenstrahl eingeleitete Polymerisation setzt freie Radikale von Katalysatoren bei erhöhter Temperatur und unter gesteigertem Druck frei. Diese freien Radikale, die extrem energiegeladen und kurzlebig sind, verbinden sich zunächst mit einem Gasmolekül, beispielsweise Ethylen, und dann mit einem weiteren, bis letztendlich ein Polymer mit einem hohen Molekulargewicht gebildet wurde. Die Kontrolle über diese Reaktion ist entscheidend. Verschaffen Sie sich einen tieferen Einblick, indem Sie das Dossier für EUR 6,99 in unserem Shop downloaden.

Im Elektronenstrahlprozess werden Elektronen freigesetzt und anschließend beschleunigt, sodass diese mit hoher Geschwindigkeit und somit mit hoher Energie auf das Ziel auftreffen. Sie erzielen dasselbe Endresultat, was freie Radikale während der Polymerisation umsetzen. Anstelle einer Verkettungs-Polymerisationsreaktion führt eine Elektronenstrahlbearbeitung jedoch aufgrund einer Vernetzung zu Änderungen des Molekulargewichts.

Die Abbildung auf Seite 24 unten rechts stellt ein Kohlenstoffatom mit einem überschüssigen Elektron dar. Es wird angenommen, dass dieser Status nur vorübergehend besteht, für weniger als ein Milliardstel einer Sekunde. Während dieses Zeitraums versucht das energiegeladene Atom in seinen normalen Valenzzustand zurückzukehren, indem es sich mit einem anderen Molekül verbindet; dies führt dann normalerweise zu einer Polymerkette mit einem erhöhten Molekulargewicht.

Der tatsächliche Prozess ist weitaus komplizierter als hier beschrieben, da unter anderem die tatsächliche Steigerung (oder Abnahme) des Molekulargewichts und der genaue Typ, die Menge und der Ort der Abzweigung einer Kette sowie die Länge der Kettenabzweigung usw. nicht bekannt sind. Laden Sie sich das komplette eDossier „Elektronenstrahlhärtung und deren Auswirkungen auf die Folieneigenschaften und Druckfarben“ für EUR 6,99 direkt im Shop runter. 

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