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Lacke härten mit UV-Strahlung

Auf den rich­ti­gen Schutz kommt es an

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In der Möbel­in­dus­trie wird das Härten von Lacken mit UV-Strahlung schon lange zur Ober­flä­chen­be­schich­tung genutzt. Zunächst durch­lau­fen Möbel­plat­ten eine Anlage, in der sie mit Lack über­gos­sen werden. Anschlie­ßend fahren sie unter einer star­ken UV-Strahlungsquelle hindurch, wobei der Lack in Sekun­den­bruch­tei­len gehär­tet wird. Die so behan­del­ten Möbel­stü­cke können sofort weiter verar­bei­tet werden. Die UV-Strahlung tritt nur in einem geschlos­se­nen Gehäuse auf und gefähr­det bei ordnungs­ge­mäß betrie­be­ner Anlage die Beschäf­tig­ten also nicht. Doch wie sieht es aus, wenn UV-Strahlung außer­halb geschlos­se­ner Gehäuse verwen­det wird?

Dipl.-Ing. Hans-Joachim Kuhnsch

Der Gedanke, diese Tech­no­lo­gie eben­falls bei Sanie­rungs­ar­bei­ten anzu­wen­den, ist gebo­ren und in der Praxis gibt es erste Anwen­dungs­fälle. Wich­tig dabei ist der rich­tige Schutz vor frei werden­der UV-Strahlung. Gewerb­lich genutzte Fußbö­den zum Beispiel werden stark stra­pa­ziert und müssen daher öfter saniert werden. In der Vergan­gen­heit war die Über­ar­bei­tung eines Parkett­fuß­bo­dens sehr zeit­auf­wen­dig und teuer. Die alten Ober­flä­chen wurden abge­schlif­fen und anschlie­ßend neuer Lack in mehre­ren Schich­ten aufge­tra­gen. Hier­bei muss­ten Trock­nungs­zei­ten einge­hal­ten werden, die den Sanie­rungs­pro­zess sehr lang­wie­rig gestal­te­ten. Der Trock­nungs­vor­gang basierte dabei auf dem Verdamp­fen flüch­ti­ger Bestand­teile, welche häufig aus Löse­mit­tel bestehen, die die Umwelt und die Gesund­heit der Mitar­bei­ter belas­te­ten. Weiter­hin tritt durch den Anteil der verdampf­ten Bestand­teile ein Verlust in der getrock­ne­ten Schicht­di­cke auf.
Diese Nach­teile können bei der Verwen­dung von Lacken, welche durch den Einfluss von UV-Strahlen aushär­ten, vermie­den werden. Bei einem UV-Härtungsprozess, der Poly­me­ri­sa­tion, werden Photo­initia­to­ren durch inten­si­ves UV-Licht akti­viert. Chemi­sche Verbin­dun­gen werden zunächst aufge­spal­ten und vernet­zen sich anschlie­ßend wieder zu neuen Verbin­dun­gen. Die UV-Strahlung lässt UV-Lacke schlag­ar­tig aushär­ten. In Sekun­den­bruch­tei­len ist das vernetzte System trocken und kann betre­ten werden.
Im Gegen­satz zu konven­tio­nel­len Beschich­tun­gen enthal­ten UV-Rezepturen keine oder nur sehr geringe Mengen an Lösungs­mit­teln. Bei 100-Prozent-Syste-men (keine Wasser- oder Löse­mit­tel­an­teile) entspricht die Schicht­di­cke im getrock­ne­ten Zustand der Schicht­di­cke im nassen Zustand. Es treten keine Verluste auf. Bei diesem Prozess werden als Strah­lungs­quel­len übli­cher­weise spezi­elle UV-Lampen verwen­det. Diese Lampen nutzen den Ener­gie­ge­halt des UV-Lichts und des sicht­ba­ren Lichts im Wellen­län­gen­be­reich von 200 bis 480 nm.
Der opti­male Härtungs­pro­zess wird von verschie­de­nen Fakto­ren beein­flusst. Emis­si­ons­spek­trum und Inten­si­tät der UV-Lichtquelle, Beschaf­fen­heit und Dicke des zu härten­den Mate­ri­als, die Prozess­ge­schwin­dig­keit, der Arbeits­ab­stand zwischen Mate­rial und UV-Lichtquelle, Umge­bungs­tem­pe­ra­tur und natür­lich die chemi­sche Zusam­men­set­zung der Lack­sys­teme müssen berück­sich­tigt werden. Die Vorteile von UV-Farben und ‑Lacken sind unbe­strit­ten.
Stand ursprüng­lich der umwelt­po­li­ti­sche Aspekt im Vorder­grund – UV-Farben und ‑Lacke sind prak­tisch löse­mit­tel­frei und damit umwelt­freund­lich –, haben mitt­ler­weile auch die wirt­schaft­li­chen Vorteile durch schnel­lere und somit kosten­güns­ti­gere Produk­tion und Verar­bei­tung über­zeugt. In diesem Zusam­men­hang muss unbe­dingt beach­tet werden, dass sich die verwen­de­ten UV-Strahlen auch nega­tiv auf die in den Prozess einge­bun­de­nen Menschen auswir­ken können. Aus diesem Grund wurden von der Berufs­ge­nos­sen­schaft der Bauwirt­schaft Messun­gen durch­ge­führt, bei der die bei diesen Arbei­ten frei werdende UV-Strahlung ermit­telt wurde.
Dafür fuhren Maschi­nen mit einer konstan­ten Arbeits­ge­schwin­dig­keit über frisch aufge­tra­ge­nen Lack. Der vor den Rädern ange­brachte UV-Strahler härtete augen­blick­lich den Lack. Die Räder der Maschine fuhren dabei bereits über den ausge­här­te­ten Lack (siehe Abb. 1).
Die Messun­gen wurden mit verschie­de­nen UV-Maschinen durch­ge­führt, um vergleich­bare Mess­ergeb­nisse zu erhal­ten. Dabei wurden verschie­dene in der Praxis mögli­che Einstel­lun­gen auspro­biert. Während die Arbeits­ge­schwin­dig­keit im Wesent­li­chen von den Vorga­ben der Lack­her­stel­ler bestimmt werden, können Arbeits­hö­hen oder Blen­den­ab­stände von den Anwen­dern nach den örtli­chen Bedin­gun­gen selbst bestimmt und einge­stellt werden. Diese Einstell­mög­lich­kei­ten führ­ten dazu, dass sich bei den Mess­ergeb­nis­sen große Streu­un­gen erga­ben.
Der Grenz­wert bei künst­li­cher UV-Strahlung für einen acht­stün­di­gen Arbeits­tag beträgt 30 J/m². Dieser Wert könnte theo­re­tisch für den Maschi­nen­be­die­ner hinter der Maschine bei sorg­fäl­tigs­ter und mini­ma­ler Einstel­lung der Blen­den und Arbeits­ab­stände einge­hal­ten werden. Die unter prak­ti­schen Einsatz­be­din­gun­gen gemes­se­nen UV-Strah-lungswerte haben aller­dings ungüns­ti­gere Mess­werte erge­ben. Die vor dem Bedie­ner fahrende Maschine schirmt zwar den Arbeit­neh­mer vor der UV-Strahlung ab, aller­dings bewir­ken zum Beispiel der frisch vor der Maschine aufge­tra­gene Lack und auch die angren­zen­den Wände Reflek­tio­nen, so dass die zuläs­si­gen Grenz­werte bereits nach einer Arbeits­zeit von zirka 45 Minu­ten erreicht wurden.
Wesent­lich schlech­ter waren die Mess­ergeb­nisse vor der Arbeits­ma­schine. Hier wurden eben­falls Messun­gen durch­ge­führt, da es sein kann, dass vor derMa­schine von weite­ren Arbeit­neh­mern frischer Lack aufge­tra­gen wird. Hier war in ungüns­ti­gen Fällen bereits nach weni­ger als zehn Minu­ten die höchst­zu­läs­sige UV-Strahlendosis erreicht.
Hand­ge­räte sind kriti­scher
Die selbst­fah­ren­den Arbeits­ma­schi­nen sind geeig­net, schnell große Flächen zu bear­bei­ten. Sie kommen aber an ihre Gren­zen, wenn Ecken, Kanten, Wand­ni­schen oder Trep­pen bear­bei­tet werden müssen. Hier kommen Hand­ge­räte zum Einsatz. Bei der Verwen­dung von Hand­ge­rä­ten treten jedoch stär­kere Gefähr­dun­gen durch UV-Strahlen auf. Die erhöhte Strah­len­do­sis kommt dadurch zustande, dass die Geräte frei bewegt werden und erfor­der­li­che Mini­mal­ab­stände nur schwer einzu­hal­ten sind (siehe Abb. 2).
Aus diesen Erkennt­nis­sen heraus haben Herstel­ler dieser Geräte bereits reagiert. Während ursprüng­lich unge­re­gelte Geräte in offe­ner Bauweise verwen­det wurden, haben neuere Hand­ge­räte Senso­ren, welche den Abstand zur zu bestrah­len­den­Flä­che messen und dementspre­chend die abge­ge­bene UV-Strahlung regu­lie­ren. Wird zum Beispiel ein derart gere­gel­tes Gerät zu dicht an die zu bestrah­lende Fläche geführt, wird es gedimmt bezie­hungs­weise ein Shut­ter wird geschlos­sen (siehe Abb. 3). Messen die Ultra­schall­sen­so­ren dage­gen einen zu großen Abstand zur zu bestrah­len­den Fläche, schließt ein Shut­ter die Öffnung vor der Strah­lungs­quelle und somit kann keine UV-Strahlung unkon­trol­liert entwei­chen (siehe Abb. 4). Erst wenn der vorge­ge­bene rich­tige Abstand zwischen Strah­lungs­quelle und zu bestrah­len­der Fläche einge­hal­ten ist, wird die volle Leis­tung an UV-Strahlung vom gere­gel­ten Hand­ge­rät abge­ge­ben (siehe Abb. 6).
Weitere Messun­gen erkun­de­ten, ab welcher Entfer­nung zur Strah­lungs­quelle die UV-Strahlung für weitere im Arbeits­be­reich befind­li­che Perso­nen als unbe­denk­lich betrach­tet werden kann. Dabei kam heraus, dass ein Mindest­ab­stand von zehn Metern zur Strah­lungs­quelle einge­hal­ten werden muss, um Gefähr­dun­gen durch künst­li­che UV-Strahlung für weitere Arbeit­neh­mer auszu­schlie­ßen.
Es wurden aber nicht nur „theo­re­ti­sche“ Messun­gen durch­ge­führt. Bei der Sanie­rung eines Büro­kom­ple­xes wurden eben­falls die Fußbö­den abge­schlif­fen und neu mit Lack beschich­tet. Hier­bei kamen aller­dings „wäss­rige“ UV-Lacksysteme zum Einsatz. Diese Lack­sys­teme sind dadurch gekenn­zeich­net, dass sie als Löse­mit­te­lei­nen gewis­sen Anteil an Wasser enthal­ten. Nach dem Auftra­gen des Lackes verduns­tet der Wasser­an­teil. Der Lack ist dann noch nicht gehär­tet, sondern nur ober­fläch­lich trocken. Die Abbil­dun­gen 5 und 6 zeigen den Einsatz der Geräte zum Aushär­ten des Lackes mit UV-Strahlergeräten.
Der Einsatz der Maschi­nen wurde während der gesam­ten Einsatz­zeit mess­tech­nisch über­wacht. Dabei konn­ten die im Vorfeld durch­ge­führ­ten Messun­gen bestä­tigt werden.
PSA muss sein
Die Ergeb­nisse aller Messun­gen sind eindeu­tig: Die Strah­len­be­las­tung bei der Anwen­dung von Gerä­ten zur Härtung von UV-Lacken ist in eini­gen Fällen derart hoch, dass unbe­dingt dafür gesorgt werden muss, dass die Perso­nen, die derar­tige Arbei­ten ausfüh­ren, durch geeig­nete Schutz­klei­dung ausrei­chend vor der UV-Strahlung geschützt werden. Das ist kein kompli­zier­ter Prozess. Es muss nur dafür gesorgt werden, dass während der Arbeit UV-dichte, das heißt licht­dichte Klei­dung getra­gen wird. Grob­ma­schige Klei­dungs­stü­cke sind nicht geeig­net. Eben­falls unge­eig­net sind enge Klei­dungs­stü­cke, da hier beim Tragen die Maschen aufge­wei­tet werden und somit UV-Strahlung an die Haut gelan­gen kann. Als güns­tig kann es sich erwei­sen, mehrere Klei­dungs­stü­cke über­ein­an­der zu tragen.
Einige Herstel­ler der UV-Geräte verkau­fen ihre Geräte nur mit einem voll­stän­di­gen Satz an persön­li­cher Schutz­aus­rüs­tung. Diese Schutz­aus­rüs­tung besteht neben einem Gesichts­schutz­schild aus einem UV-dichten Schutz­an­zug und Leder­hand­schu­hen (siehe Abb. 7).
Das Gesichts­schutz­schild ist einer Schutz­brille unbe­dingt vorzu­zie­hen, da damit nicht nur die Augen, sondern das ganze Gesicht vor UV-Strahlen geschützt wird. Das Gesichts­schutz­schild ist in verschie­de­nen Ausfüh­run­gen erhält­lich. Für den Maschi­nen­be­die­ner ist es empfeh­lens­wert, ein getön­tes Schild zu verwen­den, da er sonst sehr von der sicht­ba­ren Licht­strah­lung geblen­det wird. Ist kein getön­tes Gesichts­schutz­schild vorhan­den, sollte unter dem Schutz­schild eine Licht­schutz­brille getra­gen werden. Für die ande­ren im Arbeits­be­reich anwe­sen­den Arbeit­neh­mer kann ein unge­tön­tes Schutz­schild ausrei­chend sein, damit diese durch die Tönung nicht inih­rer Sicht behin­dert werden.
Die Hand­schuhe aus Ziegen­le­der haben den Vorteil gegen­über ande­ren Schutz­hand­schu­hen, dass man in ihnen nur mini­mal schwitzt und sie gute Trage­ei­gen­schaf­ten haben. Der UV-dichte Schutz­an­zug hat leider nicht nur Vor-teile. Er ist eben­falls rela­tiv luft­dicht und somit nicht atmungs­ak­tiv, was bedeu­tet, dass sich nach länge­rer Trage­dauer unan­ge­nehme Feuch­tig­keit im Inne­ren bilden kann. Auf den UV-dichten Schutz­an­zug kann natür­lich verzich­tet werden, wenn andere „UV-dichte“ Klei­dung verwen­det wird.
Fragen zu geeig­ne­ter Schutz­klei­dung werden zur Zeit im Fach­be­reich „persön­li­che Schutz­aus­rüs­tung“ weiter­ge­hend unter­sucht.
Kürz­lich wurden auf einer Fach­ta­gung der Fußbo­den­le­ger die Ergeb­nisse dieser Messun­gen vorge­stellt. Leider wurden dabei die vorge­tra­ge­nen Ergeb­nisse von einzel­nen Unter­neh­mern in Frage gestellt. Es wurde argu­men­tiert, dass die betrof­fe­nen Perso­nen regel­mä­ßig Strand­ur­laub genie­ßen, wobei sie auch UV-Strahlung ausge­setzt sind und noch keine Schä­den dadurch erlit­ten haben. Hier­bei muss man aller­dings wissen, dass die künst­li­che UV-Strahlung der unter­such­ten Geräte um ein Viel­fa­ches höher ist als die natür­li­che UV-Strahlung am Meeres­strand. Die am Meeres­strand verwen­dete Sonnen­schutz­creme kann eben­falls als zusätz­li­cher Schutz verwen­det werden.
Fazit
Zusam­men­fas­send kann gesagt werde, dass bei der Sanie­rung die zukunft­wei­sende Tech­nik mit UV-härtbaren Lacken bei konse­quen­ter Anwen­dung ge-eigneter persön­li­cher Schutz­aus­rüs­tung prak­tisch gefahr­frei prak­ti­ziert werden kann. Wich­tig bei der Planung derar­ti­ger Arbei­ten ist die detail­lierte Betrach­tung der Arbeits­vor­gänge in der Gefähr­dungs­be­ur­tei­lung des Unter­neh­mens.
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