Um weltweit eine innovativere und emissionsärmere Wirtschaft zu erreichen, ist der sorgsame Umgang mit endlichen Ressourcen unerlässlich. Das Streben nach einer geringeren Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen in der chemischen Industrie hat zur Entstehung neuer biobasierter Alternativen geführt. Was aber bringen diese den Elektronikherstellern? Biobasierte Materialien, die aus biologischen Ressourcen (Biomasse, aus Biomasse gewonnenen Rohstoffe, Pflanzen und biologische Abfälle) gewonnen werden, stellen eine praktikable und nachhaltige Alternative zu Materialien aus Petrochemikalien dar. Daher haben wir bei Electrolube ein neues Conformal Coating entwickelt, das zu 75 % aus bio-organischem Material aus erneuerbaren Quellen besteht. Es ist völlig lösemittelfrei und stellt eine Weltneuheit für die Branche dar. UVCLX erfüllt die Bedürfnisse von Elektronikherstellern und Verbrauchern, im Wesentlichen basierend auf Ethik, Leistung und Prozess. Wie werden sich also biobasierte Schutzlacke auf die Leistung auswirken und was können Sie von diesen Lacken erwarten?
Phil Kinner, Global Technical Director für die Conformal Coatings Sparte, beantwortet 5 der wichtigsten Fragen zu biobasierten Schutzlacken ausführlicher.
1) Welche Vorteile bieten biobasierte Schutzlacke?
Zuallererst, es ist selbstverständlich, dass Bio-Schutzlacke deutlich geringere Auswirkungen auf die Umwelt haben und den ethischen Anforderungen von Elektronikherstellern und Endverbrauchern entsprechen. Der etwas überraschende Aspekt, der während der Entwicklung von UVCLX beobachtet wurde, war jedoch die erzielte Leistungssteigerung. Die von uns entwickelten, aus biologischer Quelle gewonnenen, Polymere zeigten eine verbesserte Kondensationsbeständigkeit, thermische Stabilität, Flexibilität und Adhäsion gegenüber vielen von uns entwickelte Polymere auf petrochemischer Basis. Die Natur ist wirklich eine erstaunliche Quelle der Inspiration! Jeder einzelne Inhaltsstoff einer Rezeptur kann entweder aus vollständig biobasierten oder zumindest aus vorwiegend biologischen Rohstoffen erstellt werden. Die einzige Ausnahme bilden Flammschutzmittel. Der Bio-Schutzlack zeigt eine enorme Leistung und eine hervorragende Umweltverträglichkeit, was ihn zu einer Win-Win-Lösung macht. Auch bietet dies Zukunftssicherheit für uns und unsere Kunden, im Falle von Verschärfungen staatlicher und internationaler Umweltmaßnahmen.
2) Welche finanziellen Auswirkungen hat ein biobasiertes Conformal Coating gegenüber eines traditionellen Schutzlacks?
Derzeit entwickeln viele der Lieferketten dieser neuen Rohstoffe Skaleneffekte, weshalb die Rohstoffe teurer sind als ihre ausgereiften, aus Erdöl gewonnenen Alternativen. Daher kann die Verbesserung der Leistung des biobasierten Schutzlackmaterials gegenüber einem traditionelleren, petrochemischen Material mit erhöhten Kosten verbunden sein. Da Elektrofahrzeuge jedoch immer häufiger eingesetzt werden und der Verbrennungsmotor (ICE) sparsamer und weniger weit verbreitet ist, wird sich die Ölproduktion langfristig wahrscheinlich verlangsamen und teurer werden, so dass die biobasierten Materialien wahrscheinlich bald einen Punkt erreichen, wo sie wirtschaftlicher werden als ölbasierte Rohstoffe.
3) Welche Schutzlacke sind die beliebtesten und warum?
Das ist eine schwierige Frage, die uns oft gestellt wird! Im Allgemeinen würde ich sagen, dass Acrylmaterialien und UV-härtende Materialien zu den beliebtesten gehören. Acrylmaterialien gehören nach wie vor zu den beliebtesten Lackklassen aufgrund ihrer einfachen Anwendung, schnellen Trocknung durch Verdunstung des Lösungsmittels und der einfachen Nachbearbeitung; tauchen Sie den Lack in Lösungsmittel ein, waschen Sie diesen mit Lösungsmittel ab und voila, es bleibt kein Conformal Coating zurück. Acryllacke bieten jedoch bei anspruchsvolleren Anwendungen, wie Kondensation und hoher Umweltbelastung, ein weniger angemessenes Schutzniveau. Viele Endverbraucher beginnen zu erkennen, dass sie aufgrund beider Faktoren Alternativen zu Acrylmaterialien in Erwägung ziehen müssen. Besonders weit verbreitet ist die Forderung vieler Automobilhersteller, einen Betauungstest zu bestehen (z. B. K15-19 von BMW GS95024-3-1). Sogar in Luft- und Raumfahrtanwendungen liegt ein verstärkter Fokus auf Kondensationsbeständigkeit, wegen der schnellen Umgebungsänderungen, die zum Beispiel beim Sinkflug von 40.000 Fuß auf eine heiße und feuchte Landebahn auf lackierten Baugruppen einwirken.
Bei UV-härtenden Materialien können die schnelle Art der primären UV-Härtung sowie der Polymerisationsprozess selbst einem erheblichen Schrumpf verursachen, was zu einer starken Belastung des Schutzlacks und üblicherweise zu Spannungsrissen während der Temperaturwechselbeanspruchung führen kann. Zudem müssen diese Materialien einen sekundären Aushärtungsmechanismus enthalten, um sicherzustellen, dass aufgebrachter Lack unter Komponenten oder in Schattenbereichen, z. B. verursacht durch höhere Komponenten, aushärtet und vernetzt. Dies wird üblicherweise durch eine durch Feuchtigkeit ausgelöste Aushärtungsreaktion gewährleistet und kann Wochen, Monate oder sogar Jahre dauern, bis sie abgeschlossen ist. Dies liegt daran, dass die äußere Schicht des Materials durch die UV-Strahlung teilweise ausgehärtet ist und Feuchtigkeit durch diese Membran dringen muss. Während dieses Aushärtungsprozesses entsteht CO2-Gas, welches wiederum durch dieselbe Membran wieder nach außen dringen muss.
Der Vorteil eines 2K-UV-härtenden Materials wie UVCLX besteht darin, dass die sekundäre Reaktion in Schattenbereichen, welche keiner UV-Strahlung ausgesetzt werden, nach dem Mischen der beiden Komponenten innerhalb von weniger als 24 Stunden abgeschlossen ist. Außerdem sorgt die zusätzliche Aushärtungsnatur der Reaktion für einen deutlich geringeren Schrumpf und damit weniger Spannung, was zu einer flexibleren Beschichtung führt, welche eine höhere Wärmeschockbeständigkeit aufweist.
4) Warum haben wir uns entschieden Schutzlacke mit biologischen Inhaltstoffen zu entwickeln, und welchen Tests haben wir diese unterzogen?
Electrolube ist nicht nur einer der innovativsten Hersteller von Conformal Coatings, sondern engagiert sich auch sehr für seine Verpflichtungen im Bereich der ISO 14000. Durch die Kombination dieser beiden Faktoren ist es ein logischer und natürlicher Fortschritt zu prüfen, wie wir den CO2-Footprint unserer Materialien reduzieren können. Der einzige überraschende Faktor war der Grad der Leistungsverbesserung, der mit diesen innovativen neuen Materialien erreicht wurde. Während der Entwicklungsfokus stark darauf liegt, die äußerst anspruchsvollen Anforderungen der Automobil- und Luft- und Raumfahrtanwendungen zu erfüllen, machen die hohen Leistungsniveaus dieser Materialien sie zu einer großartigen Wahl für jede Anwendung. Die Materialien spielen ihre Stärken besonders dann aus, wenn Temperaturwechselbeständigkeit und Kondensationsbeständigkeit die beiden Hauptgründe für das Versagen konventioneller Schutzlacke darstellen. Was das Testen der biobasierten Beschichtung betrifft, konzentrierte sich ein Großteil der Entwicklungsarbeit darauf, viel Arbeit in rauen Umgebungen zu leisten. Diese beinhalteten das Erzielen einer verbesserten Kondensationsbeständigkeit durch eine Kombination aus höherer Schichtdicke und Komponentenabdeckung, sowie verbesserte Ergebnisse in Automobilanforderungen üblichen Thermoschocks und Tests unter maximalen Dauerbetriebstemperaturen bei langfristiger thermischer Feuchtalterung.
5) Gibt es Möglichkeiten, den Bioanteil in einem Schutzlack zu erhöhen und sind weitere biobasierte Lacke in der Pipeline?
Es könnte Möglichkeiten geben, den Biogehalt in Conformal Coatings zu erhöhen, aber ich sehe das nicht als binäre Gleichung. Wir entwickeln mehr biobasierte Schutzlacke (und biobasierte Vergussmassen), damit die Elektronikindustrie von Electrolube, nun Teil von MacDermid Alpha Electronics Solutions, weitere leistungsstarke, umweltfreundliche Lösungen erwarten kann. Nachdem wir bewiesen haben, was UVCLX in Bezug auf Umwelt- und Leistungsvorteile leisten kann, streben wir an, biobasierte Materialien in alle unsere neuen Produktentwicklungen einzubeziehen.
In den kommenden Jahren könnten weitere Gesetze eingeführt werden, um aus fossilen Brennstoffen gewonnene Rohmaterialien zu verteuern und ihre Einsatzmöglichkeiten zu verringern, z. B. durch eine CO2-Steuer. Solche zukünftigen Anreize würden die Nachfrage nach biobasierten Alternativen in allen Marktsegmenten ankurbeln. Bei Electrolube haben wir es uns zur Aufgabe gemacht, einen Schritt voraus zu sein, indem wir die Bedürfnisse der Kunden antizipieren. Sowie der Markt für biobasierte Produkte entsteht, haben wir Produkte, die diese Anforderungen erfüllen. Ich hoffe, Ihnen hat die Kolumne dieses Monats gefallen und Sie haben mehr über die Vorteile biobasierter Schutzlacke erfahren. Halten Sie Ausschau nach meiner nächsten Kolumne, in der ich weitere Themen zu Schutzlacken untersuchen werde. Sollten Sie Fragen haben oder weitere Informationen zu Conformal Coatings wünschen, können Sie auf den reichen Erfahrungsschatz unserer Mitglieder unseres technischen Support-Teams zurückgreifen, die Ihre Fragen gerne beantworten und fachmännisch beraten.
