Hoe werkt acrylverf

Om de werking van acrylverven goed te kunnen uitleggen, is het nodig om in de wereld van de moleculen te duiken, de chemie dus. In acrylverf worden vaak de zogenaamde monomeer acrylaten gebruikt, die zijn opgebouwd uit esters en een vinylgroep.

Een ester is een molecuul van koolstof, waterstof en zuurstof dat ontstaat wanneer een zuur reageert met een alcohol. Een vinyl is een molecuul dat bestaat uit twee koolstofatomen met een dubbele binding. De chemische benaming hiervoor is methacrylaat. Sommige acrylaten hebben een extra methylgroep, een verbinding van een koolstofatoom met drie waterstofatomen. Deze acrylaten heten dan methyl methacrylaat.

acrylverf01
Afbeelding 1
Polymerisatie

Moleculen methyl methacrylaat zijn relatief kort, waardoor deze in verf (of inkt) gemakkelijk langs en door elkaar heen kunnen bewegen en de verf of inkt dus lekker vloeibaar blijft. Als de verf moet opdrogen, moet er dus iets worden aangepast aan de moleculen, zodat ze niet lekker vrij langs elkaar bewegen, maar een start geheel worden. De truc is om bepaalde verbindingen tussen de atomen van de methacrylaten te verbeken, waardoor er nieuwe verbindingen ontstaan tussen de moleculen (monomeren) methacrylaat. De monomeren groeperen zich daarbij in lange ketens die veel moeilijker langs en door elkaar heen bewegen. In dit geval wordt poly(methyl methacrylaat) gevormd: lange ketens van veel (‘poly’) monomeren methyl methacrylaat. Het proces waarbij lange ketens van moleculen worden gevormd, heet polymerisatie.

acrylverf02
Afbeelding 2
Ultraviolet

Er is energie voor nodig om de verbindingen tussen atomen te verbreken. Als energiebron wordt hiervoor ultraviolet (UV) licht gebruikt met een golflengte tussen de 100 en 380 nanometer. Dit is een deel van het spectrum aan elektromagnetische, voor het menselijk oog niet zichtbare, straling die onze eigen zon uitstraalt. Uit de scheikunde is bekend dat het verbreken van verbindingen tussen atomen meer energie kost dan de energie die de atomen bij elkaar houdt. Het energieniveau van UV-straling is echter vrij zwak. Het kan slechts heel zwakke atoomverbindingen verbreken, bij lange na niet genoeg om de methyl methacrylaat moleculen te ‘kraken’. Er moest dus een list worden verzonnen om UV-licht te kunnen gebruiken om verf en inkten te kunnen drogen.

acrylverf03
Afbeelding 3
Kettingreactie

De acrylaten in verf en inkt worden daarom zo opgebouwd dat de cruciale verbindingen in de moleculen onder spanning komen te staan. Dit soort verbindingen kunnen met veel minder energie worden verbroken. De UV-straling start het proces door de verbindingen die onder spanning staan te verbreken en de energie die hierbij vrijkomt, wordt weer gebruikt om nog meer verbindingen te verbreken, waarbij nog meer energie vrijkomt, die er weer voor zorgt dat nog meer verbindingen worden verbroken, enzovoort. Deze kettingreactie woekert een tijdje door totdat alle methyl methacrylaten zich in lange ketens hebben gehergroepeerd. Het polymerisatieproces is dan afgerond en de verf (of inkt) is dan hard geworden.

Katalysator

Een variant op het voorgaande scenario zijn het gebruik van polymeren in de vloeibare inkt, waarbij de UV-straling ervoor zorgt dat er kruisverbindingen ontstaan tussen deze polymeren. Dit levert een bijzonder sterke structuur en dus sterk uitgeharde inkt op. Een andere methode bestaat uit het toepassen van moleculen die onder invloed van UV-straling een atoom verwijderen uit een ander molecuul, waardoor een kettingreactie ontstaat. Ook zijn er verven die in complex molecuul in zich hebben zitten dat onder invloed van UV-licht wordt afgebroken. De restanten die hierbij ontstaan, doen dienst als een katalysator voor het polymerisatieproces. De restanten brengen hierbij de kettingreactie op gang, maar doen zelf niet mee in het chemische proces.

UV-lamp

Acrylaten worden zoals gezegd toegepast in zowel verven als inkten. De verven die u en ik op muren en deurposten smeren, of schildersdoeken mee teisteren, wordt ‘vanzelf’ droog. De zon straalt immers enorme hoeveelheden ultraviolet licht op ons af, dus is dat er eigenlijk altijd wel. Alhoewel onze huid er onder een volle zon anders over denkt, is deze straling niet erg intensief. Het kost dus meestal vier tot acht uur eer verf echt helemaal is uitgehard. In de grafische industrie, waar UV-inkten worden toegepast, is dat volstrekt onacceptabel. Met de huidige productiesnelheden moet het dunne inktlaagje in een paar honderdsten van seconden droog zijn. In deze bedrijfstak worden daarom droogtunnels gebruikt die zijn voorzien van UV-lampen.

Ozon

De goedkoopste en meest eenvoudige manier om UV-straling te produceren is de kwikbooglamp. Een lichtboog zorgt er bij dit type lampen voor dat het kwik verdampt en ioniseert. De atomen in het verdampte kwik botsen hard tegen elkaar en produceren daarmee ultraviolette straling, maar ook veel warmte en zichtbaar licht. De UV-straling zorgt er bovendien voor dat zuurstofatomen in de lucht met elkaar reageren en ozon vormen. De lampen werken met een temperatuur van rond de 600 graden Celsius en worden daarom met water gekoeld. Veel lampen gebruiken een reflector die UV-straling weerkaatst, maar warmte doorlaat. De warmte en ozon worden direct afgezogen. De weerkaatste UV-straling komt in gebundelde vorm op de inkt terecht en zet daar het polymerisatieproces in gang.

Scroll Up

Pin It on Pinterest