Weg in die „grüne“ Zukunft Jade Bridges, Electrolube, Derbyshire (UK)

Die EU-Richtlinie über Lösungsmittel-Emissionen definiert Arbeitsprozesse wie die Herstellung und Verwendung von Schutzlacken (z. B. Leiterplattenlackierung) und Oberflächenreinigung. Der Grenzwert für Lösungsmittelmengen bei Beschichtungen wie z. B. Leiterplattenlackierungen beträgt fünf Tonnen im Jahr. Es sind sowohl Hersteller als auch Anwender von Schutzlacken von der Richtlinie über Lösungsmittel-Emissionen betroffen. Die VOC-Emissionen müssen aufgrund ihres Einflusses auf die Umwelt und die Gesundheit kontrolliert werden.

Neu hergestellte und saubere Leiterplatten besitzen generell gute elektrische Kennwerte. Aber diese guten elektrischen Eigenschaften werden durch die Adsorption von Luftfeuchtigkeit, die Verunreinigung der Oberfläche, durch über die Luft übertragenes ionisches Material sowie die elektrostatische Anziehung von Staub auf der Oberfläche etc. schnell verschlechtert. Schutzlacke sind entwickelt worden, um Leiterplatten und ähnliche Ausrüstungsteile vor diesen Umwelteinflüssen zu schützen. Die Lacke „passen“ sich der Leiterplatte mit all ihren Konturen an und bieten Schutz und Beschichtung. So wird die Lebensdauer einer Leiterplatte bis aufs Äußerste ausgedehnt. Der Einsatz von Schutzlacken ist in der Automobilbranche im Motorraum von Bedeutung und besonders bei Anwendungen in sicherheitskritischen Bereichen wie im Militär-, Luftfahrt- und im Industriebereich.

Der ideale Schutzlack verfügt über Kennwerte wie gute elektrische Eigenschaften, eine niedrige Durchlässigkeit von Feuchte, guten chemischen Widerstand und mechanische Haltbarkeit. Er sollte auf allen Leiterplattenmaterialien haften, ob auf der Basisplatte, der Lötabdeckung, Kupfer und Lötmetallen und den verschiedenen Materialien, die für die Komponenten auf der Leiterplatte eingesetzt werden. Bei vielen Anwendungen sind außerdem gute thermische Eigenschaften wichtig, um bei niedrigen Temperaturen Flexibilität beizubehalten und bei erhöhten Temperaturen eine hohe Beibehaltung der mechanischen Eigenschaften zu gewährleisten.

Diese Schutzlacke sind vielseitig und können im Tauch-, Sprüh- und Pinselverfahren eingesetzt werden. Die Viskosität kann durch die Anpassung des Lösungsmittelniveaus auf die benötigte Anwendungsmethode zugeschnitten werden. Jetzt ist es möglich, selektive Aufsprühtechnologien zu nutzen, bei denen Schutzlacke nur in bestimmten Bereichen der Leiterplatte aufgetragen werden, so dass ein Abdecken entfällt. Lösungsmittelbasierende Schutzlacke waren ein wesentlicher Bestandteil dieser Entwicklung und sind bei solchen Anwendungen leistungsstark. Die Aufsprühtechnologie ist u.a. durch die Einführung von Filmbeschichtung und Beschichtung von rauen Oberflächen fortgeschritten. Dies ermöglicht den Einsatz von Lacken mit einer breiteren Viskositätsspanne in diesen Anlagen und führt in einigen Bereichen zu einer Reduzierung des Einsatzes von Lösungsmitteln. Andere Arten von spezialisierten Schutzlacken sind heute auf dem Markt erhältlich. UV-aushärtende Schutzlacke können durch den Einsatz von UV-Lampen in schneller Folge hintereinander ausgehärtet werden und sind dort sinnvoll, wo Leiterplatten in hohen Stückzahlen produziert werden. Bereiche unter den Komponenten, die von der UV-Bestrahlung abgeschirmt werden, können langsamer aushärten, so dass der so genannte Schatteneffekt entsteht. Eine Minimierung wird erreicht, wenn man die Chemie ändert, um einen zweiten Härtungsprozess einzuleiten. Dabei sind viele Formen möglich. Der zweite Härtungsprozess wird durch die exotherme Reaktion der UV-Härtung ausgelöst, die zu einer thermischen Aushärtung unter dem Schatten führt, der durch die Komponenten entsteht. Eine Reihe von UV-aushärtenden Schutzlacken ist erhältlich, sowohl solche mit 100 % Feststoffgehalt als auch wasserbasierende Materialien, die im Hinblick darauf entwickelt wurden, die lösungsmittelbasierenden Schutzlacke zu ersetzen. Die Chemie, die bei den UV-aushärtenden Systemen eingesetzt wird, beschränkt die Leistung des ausgehärteten Lacks bis zu einem gewissen Grad, und die Eigenschaften sind im Allgemeinen nicht so gut, wie die der lösungsmittelbasierenden Materialien.

Auch diese Variante wurde als Reaktion auf den steigenden Umweltdruck gegen den Einsatz von organischen Lösungsmitteln entwickelt. Sie bilden ausgehärtete Filmlackierungen, die die Leiterplatte in verschiedenen Umweltbereichen schützen. Die Schwierigkeit liegt jedoch darin, den ausgehärteten Lack herzustellen. Wasserbasierende Schutzlacke können durch Tauch- und Pinselverfahren erfolgreich aufgebracht werden und bei Raumtemperatur aushärten, ein Aufsprühen ist ebenfalls möglich. Dies erfordert jedoch einige Anpassungen auf die Standard-Parameter von lösungsmittelbasierenden Lacken. Dicke Lackschichten können zu Rissbildungen führen und bei ausgewählten Lackapplikationen ist das ein Grund zu anhaltender Besorgnis. Auch die Trocknungszeit von wasserbasierenden Schutzlacken ist länger und eine Beschleunigung durch Infrarot- oder konventionelle Öfen kann die Rissbildung noch fördern. Abschließend lässt sich feststellen, dass die Chemie dieser Schutzlack-Variante die Leistungsfähigkeit des ausgehärteten Lacks einschränkt.

Vor kurzem wurde von Electrolube ein neuer Schutzlack mit dem Ziel vorgestellt, die Anforderungen, die von der EU-Richtlinie für Lösungsmittelemissionen festgelegt wurden, zu erfüllen. Der VOC-freie Schutzlack basiert auf Polyurethantechnologie, die ein Polyurethan Pre-Polymer als Basisharz enthält, ein 100 %iges Feststoffmaterial in Form einer hochviskosen Flüssigkeit. Das Pre-Polymer ist ein vorreagiertes Polyurethan und Isocyanat, bei dem einige Funktionsgruppen geblockt wurden. Unter Feuchtigkeitseinfluss wird die Reaktion beendet und bildet eine strapazierfähige, gleichmäßige Beschichtung.

Feuchtigkeitsaushärtungen und chemikalische 100 %-Feststoffe werden seit vielen Jahren in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Frühere Versuche, diese Methoden auch auf den Schutzlack-Markt auszudehnen, waren bisher jedoch nicht erfolgreich. Feuchtigkeitsaushärtende Schutzlacke können zu einer schnellen Reaktion neigen und Blockaden in Maschinen verursachen, besonders in Aufsprühanlagen, wo ein feiner Nadelspender genutzt wird, um den Schutzlack aufzusprühen. 100 %ige Feststoffmaterialien sind hochviskose Materialien, die bei Aufsprüh- und Tauchanwendungen Probleme verursachen können. Sie können nur als dicke Beschichtung aufgetragen werden, so dass die Aushärtungszeit sehr lang ist. In den meisten Fällen ist die Viskosität jedoch so hoch, dass ein erfolgreiches Beschichten einer empfindlichen Leiterplatte nicht erreicht werden kann.

Der VOC-freie Schutzlack wurde durch die Adaption von Polyurethan Pre-Polymer mit einer Mischung sorgfältig ausgewählter Verdünnungsmittel entwickelt, so dass alle Materialien innerhalb des Systems miteinander reagieren. Die ausgewählten Verdünnungsmittel bieten eine Reduzierung der Viskosität, so dass aus 100 %igem Feststoffmaterial ein sprühbarer Lack wird, der lösungsmittelbasierenden Materialien ähnelt, jedoch ohne den Ausstoß von VOC. Bei der Aushärtung reagiert das Polyurethan Pre-Polymer mit der Luftfeuchtigkeit. Darauf folgt eine weitere Reaktion mit der Verdünnungsmittel-Mischung, die nur Kohlendioxid freisetzt. Die Vernetzungsbeschaffenheit dieses Schutzlacks führt zu ausgezeichneter mechanischer Stärke und Abrieb-Widerstandseigenschaften. Der ausgehärtete Schutzlack ist daher widerstandsfähig und besitzt einen außerordentlichen Feuchtigkeits- und chemikalischen Widerstand.

Aufgrund des Reaktionsprofils des VOC-freien Schutzlacks wird er in einer gebrauchsfertigen Rezeptur zur Sprühanwendung geliefert. Der Lack wurde von weltweit führenden Herstellern von selektiven Sprühanlagen mit positiven Ergebnissen getestet. Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, den neuen Schutzlack auf die übliche Weise und nur mit geringen Änderungen in den Einstellungsparametern aufzubringen. Der Schutzlack kann dann bei Raumtemperatur aushärten oder eine beschleunigte Aushärtung ist im Infrarot- oder konventionellen Ofen ohne Verzögerungen möglich. Der Schutzlack bietet die Leistung sowie leichte Anwendbarkeit eines lösungsmittelbasierenden Schutzlacks und liefert zusätzlich ein gebrauchsfertiges Material ohne Verdunstungsverlust. Daher kann mit der gleichen Menge Schutzlack eine größere Fläche bearbeitet werden als bei einem lösungsmittelbasierenden Material und kostenintensive Absaugvorrichtungen sind nicht notwendig.

Der VOC-freie Schutzlack bietet viele Vorteile gegenüber anderen Schutzlacken auf dem Markt. Er wurde sorgfältig entwickelt, um die Erwartungen, die in das Substitut eines lösungsmittelbasierenden Schutzlacks gesetzt werden, zu erfüllen. Abschließend zusammengefasst handelt es sich beim VOC-freien Schutzlack NVOC05L um einen flexiblen Schutzlack mit Haftung auf einer Vielzahl von Trägermaterialien. Er bietet hervorragende mechanische und elektrische Eigenschaften, kann in einem breiten Betriebstemperaturbereich eingesetzt werden und berücksichtigt den Einsatz von Flamm-Hemmern, um die UL94 V0-Zulassung zu erfüllen.

Die Entwicklung des VOC-freien Schutzlacks hat zu einer neuen Ära im Schutzlackbereich geführt. Die Bestimmungen werden in Zukunft strenger werden und die Verwendung von lösungsmittelbasierenden Schutzlacken wird nicht mehr der Industrienorm entsprechen. Es ist die Entwicklung von Produkten wie dem VOC-freien Schutzlack, die den Weg in eine grünere Zukunft innerhalb der Schutzlackindustrie ebnen.

EPP 418