Verbesserung UV-beständiger Klarlackformulierungen durch spektrophotometrische Analyse

Die durch UV-Licht und sichtbares Licht verursachte Photodegradation kann zu drastischen Farbveränderungen bei Naturholz führen. Bildquelle: Unsplash Benutzer Zbysiu Rodak

Die farbverändernde Wirkung der Sonne auf Holz ist für jeden offensichtlich, der schon einmal die weißen Äste von Treibholz am Strand oder das silbrige Grau einer verwitterten Scheune gesehen hat. Oder, noch frustrierender, jeder, der schon einmal ein Möbelstück verschoben hat, um dann festzustellen, dass der darunter liegende Hartholzboden eine deutlich andere Farbe hat als der Rest des Raumes. Diese Farbveränderungen sind das Ergebnis einer Reihe photochemischer Reaktionen auf der Holzoberfläche, die hauptsächlich durch ultraviolette Strahlung oder UV-Licht hervorgerufen werden, aber auch sichtbares Licht trägt zur Farbveränderung bei.

Diese Farbveränderungen stören nicht nur häufig das ästhetische Erscheinungsbild von Holzprodukten, sondern sind auch ein Anzeichen für den Abbau des Holzes selbst, was die Haltbarkeit und strukturelle Integrität beeinträchtigt. UV-beständige Klarlacke können sowohl unerwünschte ästhetische als auch Materialveränderungen verhindern, aber die Formulierung dieser Produkte erfordert eine genaue Farbmessung, um die Wirksamkeit zu optimieren.

Der Bedarf an transparenten UV-beständigen Klarlacksystemen

Um Holzprodukte vor Farbveränderungen durch Lichteinwirkung zu schützen, verwenden sowohl gewerbliche Hersteller als auch Hobbybastler eine Reihe von UV-beständigen Veredelungsprodukten, die die empfindliche Holzoberfläche vor der Lichtschädigung durch natürliche und künstliche Lichtquellen schützen. Bei diesen Produkten handelt es sich heute hauptsächlich um pigmentierte Beizen, bei denen das Pigment selbst einen mehr oder weniger starken UV-Schutz bietet. Pigmentierte Produkte verändern jedoch von Natur aus die Farbe des Holzes, und alternative Klarlacke wurden in der Vergangenheit nicht so formuliert, dass sie einen vergleichbaren UV-Schutz bieten, sehr zur Enttäuschung von Holzverarbeitern, die durch die Verwendung transparenter Lacke ein natürliches Aussehen erhalten wollen. Wie in der Zeitschrift Paint & Coatings Industry festgestellt:

Transparente Systeme, die die natürlichen Merkmale des Holzes - einschließlich Farbe, Maserung und Struktur - sichtbar lassen, stoßen auf großes Interesse, und die Nachfrage nach ihnen steigt. Allerdings hat die langfristige Instabilität solcher transparenten Systeme in Außenanwendungen ihre weitere Verbreitung bisher stark behindert. Der Hauptgrund für diese Instabilität ist die UV-Licht-Transparenz der Decklacke und die extreme Empfindlichkeit bestimmter Holzbestandteile, insbesondere des Lignins, gegenüber dem Abbau durch UV-Licht.1

Laut Mark Knaebe, Chemiker am Forest Products Laboratory, wirken die meisten UV-beständigen Klarlacke derzeit eher wie ein Sonnenschutzmittel als eine dauerhafte Lösung für den Photoabbau. "Die organischen Moleküle können nur eine bestimmte Anzahl von Photonen verkraften, bevor sie auseinanderfallen."2 Manchmal hält der UV-Schutz nur wenige Monate an, was nicht nur zu einer schnellen Farbveränderung, sondern auch zu einer mechanischen Beschädigung des Holzes führt, die sowohl das Aussehen als auch die Funktion beeinträchtigt.

Klare Beschichtungen lassen die natürliche Schönheit und den Charakter des Holzes durchscheinen, aber ein unzureichender UV-Schutz macht es anfällig für Vergilbung und Nachdunkelung im Laufe der Zeit. Bildquelle: Unsplash Benutzer Erol Ahmed

Für einen verbesserten UV-Schutz

Seit den 1970er Jahren haben Chemiker viel Zeit damit verbracht, die Möglichkeiten von Klarlacken zu erforschen, die ein hohes Maß an dauerhaftem UV-Schutz bieten, ohne auf Pigmentierung zurückgreifen zu müssen. In den letzten zehn Jahren haben Fortschritte in der Chemie die Entwicklung ausgefeilterer, wirksamerer und haltbarerer Zusatzstoffe gefördert, die die Fähigkeit verbessern, Holzprodukte vor unerwünschten Farbveränderungen zu schützen, ohne auf Pigmente zurückzugreifen, die drei Elemente verwenden:

• UV-Absorber (UVAs): UV-Absorber wirken durch Absorption von UV-Licht und Ableitung der Energie in Form von Wärme, wodurch verhindert wird, dass die Strahlung jemals die Oberfläche des Holzes erreicht. UVAs bieten Schutz für alle Hölzer, sind aber besonders wichtig, um das Nachdunkeln von hellen Holzarten zu verhindern.
• Gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren (HALS): Gehinderte Amin-Lichtstabilisatoren absorbieren kein Licht, sondern hemmen den Photoabbau, indem sie Radikale an der Oberfläche abfangen.
• Lignin-Stabilisator: Die Farbveränderung des Holzes ist in erster Linie das Ergebnis der Photooxidation von Lignin. Die Vorbehandlung von Holz mit einem Ligninstabilisator verhindert den Ligninabbau.

Wie im European Coatings Journal festgestellt wurde, verwenden die erfolgreichsten UV-beständigen Klarlacke eine Kombination aus UVAs und HALS mit ligninstabilisierenden Vorbehandlungen, um "die ästhetischen und mechanischen Eigenschaften" des Holzes zu erhalten.3 Die optimale Formulierung jeder Art von UV-beständigem Lack und Ligninstabilisator sowie das genaue Verhältnis der Produkte ist jedoch noch immer Gegenstand intensiver Forschung, und es werden ständig neue Verbindungen ermittelt, die eine bessere Farbhaltung bieten. Darüber hinaus ist der unmittelbare UV-Schutz dieser Formeln nicht die einzige Überlegung; Holz wird in der Regel wegen seiner Schönheit geschätzt, und die Veredelungsprodukte müssen sowohl die natürlichen ästhetischen Eigenschaften des Holzes hervorheben als auch das Aussehen des Holzes im Laufe der Zeit bewahren. Aus diesem Grund müssen die Veredelungsmaterialien selbst dem Vergilben oder anderen Verfärbungen durch Lichteinwirkung widerstehen.

UV-beständige Lacke sind entscheidend für den Schutz von Holzprodukten, die natürlichem Licht ausgesetzt sind, wie z. B. Baumaterialien und Möbel für den Außenbereich. Bildquelle: Pexels Benutzer Jay Mantri

Bewertung von UV-beständigen Klarlackformulierungen

Die UV-Vis-Spektralphotometrie bietet die beste Methode zur Bewertung des Schutzes, den UVAs, HALs und Ligninstabilisatoren bieten, indem sie die Farbveränderung als Reaktion auf die UV-Bestrahlung präzise quantifiziert. Die heutigen fortschrittlichen kolorimetrischen Technologien geben Chemikern die Möglichkeit, schnell Farbinformationen zu objektiven Farbdaten zu destillieren, um einen besseren Einblick in die UV-Schutzfähigkeiten eines Produkts zu erhalten als je zuvor. Die vielseitigen optischen Geometrien, die in spektralphotometrischen Instrumenten zur Verfügung stehen, ermöglichen es, selbst kleinste Farbveränderungen in allen Probentypen zu erkennen, einschließlich undurchsichtiger, lichtdurchlässiger und transparenter Materialien. So kann die Farbe von Holzprodukten, Vorbehandlungen und der klaren Beschichtung selbst als Reaktion auf künstliche Bewitterung genau beurteilt werden, um sicherzustellen, dass keine inakzeptablen Farbveränderungen auftreten. Die flexiblen und anpassbaren Softwarepakete, die mit modernen Spektralphotometern einhergehen, ermöglichen es Chemikern, das Farbverhalten sowohl mit einzelnen Inhaltsstoffen als auch mit Prozessvariablen genau zu korrelieren. Damit sind diese Geräte entscheidende Komponenten sowohl für die Forschung als auch für die Herstellung wirksamerer UV-beständigerer Formulierungen, die den Anforderungen der Verbraucher an einen lang anhaltenden ästhetischen und materiellen Schutz gerecht werden.

Optimierung der Farbmessung

HunterLab ist seit über 60 Jahren ein Pionier auf dem Gebiet der Farbmessung. Unsere spektralphotometrischen Technologien und Softwarepakete sind in der gesamten chemischen Industrie für ihre außergewöhnliche Genauigkeit, ihr benutzerfreundliches Design und ihr Eingehen auf die Bedürfnisse der Kunden bekannt. Mit einem umfassenden Angebot an tragbaren, Tisch- und Inline-Instrumenten bieten wir End-to-End-Lösungen für Forscher und Hersteller, die ständig versuchen, fortschrittlichere Formulierungen in einem wettbewerbsorientierten Markt zu entwickeln und zu produzieren. Kontaktieren Sie uns, um mehr über unsere innovative Produktpalette und unseren engagierten Kundendienst zu erfahren, und lassen Sie uns Ihnen helfen, Ihre Farbqualitätskontrolle auf ein neues Niveau zu heben.