Umweltbewusste Qualität

Stannol GmbH, Wuppertal

Ebenso sind sowohl externe gesetzliche Vorgaben (BImSchG) als auch interne Umweltvorgaben wie z.B. die ISO14001, die weiteren Treiber dieser Diskussion. Mittlerweile auch immer häufiger mit der Erkenntnis, dass mit unserer Umwelt nachhaltiger gewirtschaftet werden muss.

Spätestens bei einer Neuprojektierung wird man daher oft in die Situation gebracht, sich die aktuellen Möglichkeiten zur Reduktion des VOC Ausstoßes etwas näher zu betrachten.

Ob es nun die europäische VOC-Richtlinie oder die kontinuierliche Erweiterung der SVHC Liste nach der europäischen Chemikalienverordnung ist – es wird immer schwerer, alle Vorschriften einzuhalten. Die europäische VOC Richtlinie EC/1999/13 in der aktuell beschlossenen und geänderten Version bezieht sich auf größere Anlagentechnik – hier muss man erst einmal viel Lack verbrauchen, bevor man nach dieser Richtlinie handeln, dokumentieren und verringern muss. Aber wie lange gilt das nur für Bereiche mit einem Ausstoß vom mehr als 5t VOC/Jahr?

Selbstverständlich kann man diese Reduzierung auch anlagentechnisch über Absaugung und Trennung mit angeschlossener Lösemittelverbrennung bzw. Rückführung der VOCs angehen, verbunden mit Investitionen zur Manifestation bestehender, nicht umweltfreundlicher Systeme. Warum dann nicht direkt in zukunftssichere Lackiertechnik investieren?

Die permanente Ergänzung der SVHC Liste nach der europäischen Chemikalienverordnung, als auch der immer kritischer werdende Umgang mit bestimmten Lösemitteln wie z.B. Toluol führt dazu dass es immer schwerer wird lösemittelbasierte Schutzlacke neu einzuführen.

Daher bietet es sich an, bei der Neueinführung von Lackierprozessen und Anschaffung neuer Anlagentechnik den Einsatz sogenannter ZERO-VOC oder Low-VOC Schutzlacke in Betracht zu ziehen und zu prüfen. Solche Alternativen bieten sich grob in diesen 3 Gruppen an, die im Folgenden etwas näher vorgestellt werden sollen:

Einer der großen Vorteile von wasserbasierten Schutzlacken ist, dass diese ihre Schutzfunktion der elektronischen Baugruppen auch bei erhöhten Temperaturbereichen erhalten – im direkten Vergleich zu vielen lösemittelbasierten Lacken. Von der chemischen und physikalischen Schutzwirkung, wie Durchschlagfestigkeit, SIR u.ä. verhalten sich die wasserbasierten Lacke sehr ähnlich zu vielen konventionellen Lacken.

In der Verarbeitung der wasserbasierten Schutzlacke sollte man eine erhöhte Trockentemperatur oder auch geringfügig verlängerte Trockendauer kalkulieren. Aufgrund verschiedener Parameter wie Lack, Schichtstärke, vorhandene Trockeneinrichtung muss der mögliche Flaschenhals im jeweiligen Anwendungsfall genau betrachtet werden. Tatsache ist, dass Wasser eine höhere Verdunstungszahl als die meisten heute zum Einsatz kommenden Lösemittel hat und daher einen erhöhten Energieeintrag benötigt, um zu verdunsten.

Die Bestandteile des eigentlichen Lackes sind nicht wasserlöslich, es muss bei diesen Lacksystemen über eine Emulsion gearbeitet werden. Die Viskosität lässt sich nur in einem ganz engen Rahmen verändern, da jede größere Wasserzugabe diese empfindliche Emulsion beeinträchtigen kann. Wasserbasierte Schutzlacke werden daher immer verarbeitungsfertig eingestellt angeliefert. Beim Transport muss beachtet werden, dass der Lack eine Temperatur von 0 – 4°C nicht unterschreitet. Falls der Lack in diesem Bereich gelagert oder transportiert wird, kann die Emulsion zerstört werden.

Andererseits ist ein wasserbasierender Schutzlack nicht brennbar und daher kein Gefahrgut. Er kann somit günstig transportiert und gelagert werden. Durch das Wasser als Lösemittel wird auch die Geruchsbelästigung in den Fertigungsbereichen drastisch reduziert. Die gesamte Bewertung einer Arbeitsplatzbelastung mit risikobehafteten Lösemitteln kann durch eine Verwendung wasserbasierter Schutzlack wesentlich vereinfacht werden.

Die Bezeichnung “100% Feststoff” bei einem flüssigen Schutzlack ist etwas irreführend. Es bedeutet letztlich nur, dass die Gesamtheit der Flüssigkeit zu 100% zu dem festen Schutzlack vernetzt. Diese Schutzlacke werden grob in zwei Gruppen unterteilt:

Schutzlacke mit 100% Feststoff können unter Einsatz verschiedener Methoden ausgehärtet werden: UV-Licht, thermisch oder Luftfeuchte. Möglich ist auch eine Kombination der genannten Methoden.

Die silikonbasierten Schutzlacke basieren auf Si-Chemie, härten in der Regel mittels Feuchte oder thermisch aus und gehören zu den „100%-Feststoff“ Schutzlacken. Sie weisen eine für Schutzlacke sehr hohe thermische Beständigkeit bis zu 200°C auf und sind auch ausgehärtet hochflexibel, was für geringe mechanische Belastungen der Lötstellen sorgt. Silikone weisen einen guten Schutz gegenüber flüssigem Wasser auf, können aber aufgrund der gröberen Porosität etwas mehr dampfförmiges Wasser aufnehmen. Die mechanische Belastbarkeit ist nicht sonderlich hoch ausgeprägt. Auch sollten die Oberflächen, auf denen Silikone aufgetragen werden sollen, gut vorbehandelt sein.

UV-härtende Schutzlacke auf Basis klassischer Polymerchemie gehören ebenfalls zu der Gruppe der “100%-Feststoff” Schutzlacke. Sie enthalten so gut wie keine Lösemittel und haben eine ausgezeichnete chemische und thermische Beständigkeit mit bis zu 150°C Dauerbetriebstemperatur.

Zum Härten wird eine ausreichende Dosis an UV-Licht in der richtigen Wellenlänge benötigt. Dann erfolgt die Aushärtung im innerhalb von Sekunden im Kernbereich des UV-Lichtes. Da man aber bei einer bestückten Baugruppe von einem 3D-Gebilde mit Schattenbereichen z.B. unter Bauteilen spricht, wird der notwendige zweite Härtemechanismus für diese Schattenbereiche über eine Härtung mittels Luftfeuchte realisiert. Diese erfolgt je nach Lack anschließend bei Raumtemperatur. Die lackierten Baugruppen können aufgrund der elektrisch nahezu inerten Eigenschaften des noch flüssigen Lackes direkt nach UV-Härtung weiter verarbeitet werden.

Die erste Generation der UV-härtenden Schutzlacke hat in den verschiedensten Freigabeuntersuchungen diverse Schwächen aufgewiesen, die unter bestimmten Bedingungen auftreten konnten. Erhöhte Tendenz zu Rissbildung besonders in Bereichen, wo der Schutzlack eine erhöhte Filmdicke aufweist, z.B. in Menisken der Bauteile und damit leider auch oft in besonders schutzwürdigen Bereichen. Auch Lackhaftung und Benetzung der flüssigen Lacke war auf ungereinigten Baugruppen nicht immer gut ausgeprägt. Die Optimierung dieser Punkte wurde bei der Entwicklung der aktuellen zweiten Generation von UV-härtenden Schutzlacken besonders beachtet und vorangetrieben. Herausgekommen sind zwei sehr unterschiedliche UV-härtende Schutzlacke, die mit unterschiedlichen Viskositätseinstellungen einerseits die meisten Anforderungen an die Verarbeitung erfüllen und andererseits sehr unterschiedlichen Schutzwirkung aufweisen.

Während die Lacke der UV50 Serie die optimierten Nachfolger der UV40 Serie sind, ist die UV500 Familie eine komplette Neuentwicklung, die durch neue Rohstoffe aus der Polymerchemie der letzten Jahre erst möglich gemacht worden ist. Der Fokus bei dem UV50 lag auf der Reduzierung der Rissbildung bei Anwendungen für die Automobiltechnik und den damit verbundenen Anforderungen an Thermoschocktests. Ebenfalls wurde bei weiterhin sehr hoher chemischer Belastbarkeit auch die Benetzbarkeit speziell auf nicht gereinigten Baugruppen optimiert.

Der UV500 dagegen weist aufgrund der neuartigen Polymerchemie einen etwas anderen Fokus auf: Hohe thermische Belastbarkeit bei hervorragender Benetzung, Lackhaftung und Flexibilität des Lackfilmes. Durch die hohe Flexibilität des ausgehärteten Lackfilmes ist der mechanische Einfluss des Lackes auf Bauteile bzw. Lötstellen sehr stark reduziert. Der Lack ist keine zusätzliche Belastung für die Langlebigkeit der Lötstellen. Die chemische Beständigkeit ist nicht uneingeschränkt vergleichbar ausgeprägt wie bei dem UV50, jedoch wird hierdurch eine einfache Reparaturfähigkeit der Baugruppe sichergestellt. Der Schutz gegenüber kondensierender Luftfeuchte ist genauso stark ausgeprägt wie bei vielen konventionellen Lacken, ebenso wie die hohe elektrische Belastbarkeit und Zuverlässigkeit.

Der verantwortungsvolle Umgang mit unserer Umwelt geht uns alle an und wird in allen Fertigungen zukünftig weiter in den Fokus rücken. Selbstverständlich ist die Angst einer finanziellen Mehrbelastung zunächst ein wesentliches Kriterium. Wenn man aber richtig an die Thematik herangeht, kann der Verzicht auf Lösemittel in den Lackierbereichen kostenneutral realisiert werden.

Je nach Schutzlack und Härtungsmethode sind Investitionen in neue Härtesysteme zwar notwendig, aber man muss den gesamten Lackierbereich in eine realistische Berechnung mit einbeziehen: Wie viel notwendiger Verdünner muss bei konventionellen Lacken eingekauft und gelagert werden? Was kostet der Dauerbetrieb einer Trockenstrecke bei 80°C im Vergleich zu einer UV-Härtung in 15–30 Sekunden? Welche Kosten fallen für Strom, Wartung, Reparaturen und Durchlaufzeiten Ihrer Produkte an?

Zeit und Aufwand, den richtigen Schutzlack für die aktuelle Applikation auszuwählen zahlt sich immer dadurch aus, dass die Ausfallrate Ihrer Produkte drastisch reduziert wird. Die Lösemittelfreiheit eines Schutzlackes ist dabei meist nur das geringste Kriterium, den ein Lack zu erfüllen hat. Daher ist das durchaus ein Punkt, der in Ihr Pflichtenheft gehören sollte – streichen kann man diesen Punkt immer noch, falls wichtige technische Gründe dagegen sprechen sollten! Die hohe Qualität Ihrer Produkte in Kombination mit einem verantwortungsvollen Umgang mit unserer Umwelt stellt sicher, dass Ihr Kunde zurückkommt, nicht das Produkt!

Kurz und bündig

Bei dem Einsatz von Lackierprozessen lassen sich mittlerweile die allermeisten Emissionen von organischen Lösemitteln vermeiden. Teilweise mit etwas erhöhtem zeitlichem Aufwand, teilweise mit überschaubaren Investitionen in die Anlagentechnik bei gleichzeitig enormer Zeitersparnis im In-Line-Prozess.HumiSeal als weltweit tätiger Hersteller von Schutzlacken zusammen mit seinem deutschen Distributor/Vertriebspartner Stannol ist sich seit vielen Jahren der Umweltverantwortung bewusst und bietet seinen Kunden verschiedenste Alternativen an, um Vorgaben zur Reduktion des Lösemittelausstoßes zu erfüllen.