Umstrittener Sonderfall

Durch Wettereinflüsse, wie Temperatur, Feuchtigkeit oder Sonnenstrahlung, kann es bei Beschichtungen zu unerwünschten Veränderungen der Eigenschaften kommen. Dazu zählen Farbveränderungen, Glanzverlust oder ein chemischer Abbau der Beschichtung. Um die entsprechende Beständigkeit einer Beschichtung gegen diese Wettereinflüsse schnellstmöglich zu prüfen, werden Geräte eingesetzt, die unter kontrollierten Bedingungen die natürliche Bestrahlung oder Bewitterung simulieren und beschleunigen. Dabei kommen Laborlichtquellen zum Einsatz, die das Spektrum und die Bestrahlungsstärke des Sonnenlichts bestmöglich simulieren sollen. Das jetzt veröffentlichte Video befasst sich mit dem Einsatz von UVB-Lampen, die einen umstrittenen Sonderfall darstellen. Idealerweise sollte die in den Prüfgeräten durch Lichtquellen erzeugte Strahlung sehr eng mit der der Sonnenstrahlung übereinstimmen. UVA und UVB-Lampen werden jedoch nur zur Simulation vom UV-Anteil der Sonnenstrahlung in einem engen Wellenlängenbereich genutzt. Man geht davon aus, dass die Witterungsschäden durch Sonnenlicht hauptsächlich durch den UV-Anteil im Bereich von 300 bis 400 nm Wellenlänge verursacht werden. Der Rest des Sonnenlichtspektrums wird durch UV-Lampen folglich gar nicht emittiert. Die Normenreihe DIN EN ISO 16474 beschreibt unter anderem die künstliche Bestrahlung von Beschichtungen mit UV-Leuchtstofflampen. Dabei werden insgesamt drei Typen unterschieden:

• die UV-Lampe UVA-340, die für die Simulation von Tageslicht eingesetzt wird,
• die UV-Lampe UVA-351 wird für die Simulation von Tageslicht hinter Fenstergläsern eingesetzt und
• die UV-Lampe UVB-313 oder einfach nur kurz UVB-Lampe.

Eine Angabe darüber, was der Lampentyp simulieren soll, gibt es in der Norm nicht. Meist wird angenommen, dass eine Prüfung mit UVB-Lampen die schnellsten und kostengünstigsten Ergebnisse liefert. Dabei sollen durch das besondere Spektrum der UVB-Lampen Schädigungen der Beschichtung beschleunigt ablaufen. In dem Zusammenhang wird von einer verschärften Prüfung gesprochen. Gelegentlich werden bestimmte Einschränkungen genannt, wie z.B. dass nur vergleichbare Beschichtungssysteme oder nur kleine Rezepturanpassungen abgeprüft werden sollten oder dass UVB-Tests zumindest zur Qualitätskontrolle genutzt werden können, wenn immer das gleiche Lacksystem erwartet wird.

Strahlungsspektren im Fokus

Selbst in diesen Fällen kann die Prüfung mit UVB-Lampen zu Falschergebnissen führen, bedingt durch die Strahlungsspektren. Das Strahlungsspektrum des Sonnenlichts innerhalb der Erdatmosphäre zeigt unterhalb von 300 nm Wellenlänge nahezu keine Strahlungsintensität mehr. Für Beanspruchungen im Freien gelten 300 nm also als die untere Grenzwellenlänge der Sonnenstrahlung. UVB-Leuchtstofflampen emittieren jedoch Strahlung bis hinab zu einer Wellenlänge von 254 nm. Das ist also UV-Strahlung, die außerhalb der im Freien auftretenden Sonnenstrahlung liegt. Der Anteil der Strahlungsemission von UVB-Lampen unterhalb von 300 nm Wellenlänge liegt insgesamt bei knapp 10%. Das kann Alterungsvorgänge, z.B. photochemische Abbaureaktionen in der Beschichtung auslösen, die durch die natürliche Sonnenstrahlung gar nicht verursacht werden können. Außerdem weichen die Strahlungsintensitäten im Bereich oberhalb von 330 nm Wellenlänge stark von denen der Sonnenstrahlung ab. Sie liegen deutlich niedriger. Es können also zum einen Reaktionen unverhältnismäßig stark abweichen, beispielweise die Vergilbung von Polymeren. Zum anderen können Reaktionen in der Beschichtung komplett ausbleiben, die durch die höheren Strahlungsintensitäten und längeren Wellenlängen der Sonnenstrahlung verursacht worden wären, wie z.B. ein Ausbleichen der Pigmentierung. Ein weiteres Problem, das allerdings auch UVA-Lampen betrifft, ist das Fehlen des gesamten längerwelligen Anteils der Sonnenstrahlung. Dessen Einfluss im Zusammenspiel mit der UV-Strahlung, z.B. auf photochemische Abbaureaktionen, wird somit komplett außen vor gelassen. In Kurzform heißt das: Man prüft eine Beständigkeit gegen eine in der Realität nie auftretende Strahlenbelastung. Fazit: In puncto Strahlungsintensität und Wellenlängenbereich entsprechen die UVA-Lampen deutlich besser der natürlichen Sonnenstrahlung, zumindest im UV-Bereich. Noch besser ist die Übereinstimmung mit Sonnenlicht bei entsprechend gefilterten Xenonbogenlampen. Hier kann auch der vollständige längerwellige Anteil der Sonnenstrahlung relativ gut simuliert werden. Grundsätzlich ist ein Rückschluss aus den Ergebnissen von künstlichen und beschleunigten Bestrahlungen auf die Beständigkeit gegenüber natürlicher Bewitterungen nur begrenzt möglich. Wer sichergehen will, kommt um natürliche Bewitterungen nicht herum.

Das Video steht hier zum Anschauen zur Verfügung.