6 sätt att undvika syreinhibering

Brukar du ha problem med att din UV-härdande coating eller lim fortfarande känns kladdig på ytan trots att du härdat tillräckligt länge? Då kan syreinhibering vara problemet. Vi tittar på hur du kan undvika detta.

Majoriteten av alla ljushärdande lim är så kallade fri radikalhärdande, akrylbaserade till exempel. Dessa typer av lim har många fördelar (KLICKA HÄR om du vill läsa mer om fördelar och nackdelar med olika typer av UV-lim) men en egenskap som kan medföra svårigheter är syreinhibering. Vid syreinhibering känns limmet klibbigt på ytan efter härdning. Vi kommer här att berätta om 6 sätt att undvika syreinhibering.

Vad orsakar syreinhibering?

Ett radikalhärdande UV-lim eller coating härdar tack vare att det bildas mycket reaktiva fria radikaler som snabbt bildar polymerer och tvärbindingar (se vårt blogginlägg om grunderna i UV-härdande lim). Ofta med rätt typ av ljus så sker reaktionen så pass snabbt att en hård och torr yta bildas men i vissa fall kan de mindre byggstenarna av limmet inhiberas av syre. Effekten blir att dessa små delar inte härdar som de ska och lägger sig på ytan av limmet. Detta ger en klibbig yta som också kan kladda ner handsken när du rör vid limmet.

Syremolekyler finns i luften omkring oss men kommer inte att ta sig så långt in i limmet. Det är därför på ytor som gränsar mot luften under härdning som är under störst risk att drabbas.

Hur undviker jag syreinhibering?

1)     Högre intensitet

Ju snabbare ett ljushärdande material härdar, desto mindre tid har syret i luften på sig att hindra den. Genom att öka intensiteten på lampan så ökar också härdningshastigheten. Intensiteten kan ökas genom att använda fler eller mer kraftfulla lampor eller genom att minska avståndet mellan lampa och lim.

2)     Längre tid

Ökad härdningstid minskar generellt syreinhiberingens effekt och ökar graden av härdning.

3)     Annan lampa

Våglängden på lampan som används kan påverka härdningen på ytan av limmet. Långa våglängder absorberas längre in i limmet och är att föredra för en djup fog. Korta våglängder absorberas nära limmets yta och kan snabba på härdningen där och därmed minska syrets inverkan. En bredbandsspektra-lampa kan löna sig jämfört med en LED-lampa eftersom den ger ifrån sig en rad olika våglängder på samma gång.

Högre energi ger också ger en snabbare nedbrytning av fotoinitiatorer vilket gör att härdningsreaktionerna går snabbare och syre får mindre tid att störa. Korta våglängder innehåller mer energi än långa och det kan därför löna sig att använda en lampa med kortare våglängd (om limmet är anpassat för det).

4)     Ta bort syret

Den mest effektiva metoden för att minimera syreinhibering är att ta bort syret från omgivningen. Dock kan det också vara den dyraste och svåraste metoden. Ofta används kvävgas eller argon för att bilda ett lokalt täcke över limmet när det härdas.

Ett annat alternativ är att stänga ute limmet från luften med till exempel en plastfilm och härda genom denna. Antingen lämnas filmen på eller tas bort så fort härdningen är komplett. Det är viktigt att se till att plastfilmen är genomsläppligt för den typ av ljus som används.

5)     Minimera lim utanför fogen

Detta tips kan vara svårt om det rör sig om till exempel en coating eller annat skydd men då det främst är lim som är i kontakt med omgivande luft som utsätts för syreinhibering, och inte lim inuti en fog, kan problemet vara att lim kommit utanför fogen eller i kanterna.

6)     Byt lim

Vissa lim är mer benägna för syreinhibering än andra tack vare dess formulering. Det kan alltså i vissa fall vara värt att titta på ett annat lim med liknande övriga egenskaper.

UV-lim: Jämförelse mellan akryl och epoxi

Två vanliga typer av UV-lim (ljushärdande lim) är de som är baserade på akryl och epoxi. Båda härdas med hjälp av UV- eller blåljus mellan 365 och 405 nm men skillnaden ligger i deras kemi. Både härdningsprocessen och deras slutliga egenskaper ser olika ut.

Vill du lära dig mer om grunderna för UV-lim först? Klicka här för att komma till ett blogginlägg om det.

UV-Akryl: Radikalhärdande

Akrylbaserade UV-lim härdar med hjälp av fria radikaler. Vid belysning av ljus med rätt våglängd bryts fotoinitiatorn i limmet ned och skapar då fria radikaler. Fria radikaler är mycket reaktiva och startar genast en polymeriseringsreaktion – initiering. Denna kedjereaktion fortsätter mycket snabbt i nästa steg som brukar kallas propagering. När ljuskällan stängs av så slutar reaktionen omedelbart. Reaktionen stannar också av när två radikaler möts och reagerar med varandra – terminering.

Eftersom radikalerna är så pass reaktiva kan det vara svårt att kontrollera reaktionen. Till exempel kan syre inhibera reaktionen. Radikalerna som existerar när limmet belyses med UV kan också reagera med syremolekyler från luften och terminera reaktionen för tidigt. Detta gäller både radikalerna hos initiatorerna och den växande polymerkedjan. Alltså har vi fått kortare kedjor än som var tänkt vilket kan leda till att ytan känns klibbig och har sämre mekaniska egenskaper. Lär dig mer om vad du kan göra för att förhindra syreinhibering här.

UV-Epoxi: Katjonhärdande

Ett katjonhärdande UV-lim innehåller en annan sorts fotoinitiator än radikalhärdande formuleringar. Initiatorn aktiveras av ljus eller värme och bildar då en ”supersyra” vilket är en katjon. Katjonen har en proton (H+)som används för att initiera en ringöppningspolymerisation (ROP) av epoxin. Reaktionen är långsammare än radikalpolymerisation.

Till skillnad från radikalhärdande UV-lim så fortsätter reaktionen även efter att lampan släcks. Limmets egenskaper fortsätter att byggas upp under upp till 24 timmar efter att limmet belysts. Det finns inte något terminerings-steg som för radikalerna utan reaktionen fortsätter ända tills det inte finns något material kvar att reagera med, dock i en långsammare takt.

Jämförelse

 

Akryl Epoxi
Hastighet Supersnabb härdning. Ofta fullhärdad på bara några sekunder. Behöver längre tid för härdning, 1–2 minuter brukar vara vanligt.
Känslighet Syreinhibering på ytan av limmet kan skapa problem. Ibland kan det till och med vara nödvändigt att skydda limmet med kväve under härdning. Limmet kan vara känsligt för fukt (även hög luftfuktighet), aminer och andra baser. Var försiktig med pigment och fyllmedel i t.ex. coatings och polyuretan-substrat.
Vidhäftning God vidhäftning till de flesta plaster (välj produkt efter typ av plast) och delvis till metaller och glas. God vidhäftning mot metaller, glas och vissa plaster.
Djup Kan härda ganska djupt, upp till 10 -15 mm för vissa formuleringar.
Krympning Högre krympning upp till 10–15 % Låg krympning mellan ca 1–5 %
Beständighet Oftast mer kemikaliebeständig i och med att det är en epoxi.
Arbetsmiljö Har en starkare lukt. Epoxiallergi.
Förvaring Förvaras i rumstemperatur Bör förvaras i kylskåp och behöver tinas upp till rumstemperatur innan användning.
Skuggade områden Vissa speciellt formulerade lim kan ha sekundära härdningsmekanismer (fukt eller värme vanligast) för härdning av skuggade områden. Delvis fortsatt härdning även efter att lampan släcks. Har i många fall sekundär värmehärdning.
Efterhärdning Efterhärdning med värme behövs inte (och har inte heller någon positiv effekt.

 

Kan kräva efterhärdning i värme
Utseende Ofta optiskt transparenta och gulnar inte med tiden. Transparenta men ofta svagt gulaktiga och gulnar mer med tiden än akryler.

Grunderna om ljushärdande lim

Vad är ett ljushärdande lim?

Ett ljushärdande lim kallas också för ett UV-lim, det vill säga limmet härdar då det belyses med ljus, ljus i UV-delen av spektrat. Men inte vilket ljus som helst – olika UV-lim är anpassade för olika våglängder. Oftast är det inom spektrumet för UV-A eller blåljus som används, ca 365 nm – 405 nm, därav benämningen UV-lim. Ett UV-lim är egentligen inte en limtyp utan ett härdningssätt. Det finns bland annat UV-härdande akryllim, epoxi, silikon och cyanoakrylat.

Elektromagnetiskt spektrum
Elektromagnetiskt spektrum.

Hur fungerar UV-lim?

Det finns flera olika typer av ljushärdande lim som grundar sig i olika kemi. Gemensamt för dem är att ett UV lim innehåller monomerer och oligomerer (byggstenar för själva limmet) och någon typ av fotoinitiator (liten molekyl som med hjälp av ljus initierar härdningsreaktionen). När fotoinitiatorn absorberar ljus av en viss våglängd (och en viss energi) så startar initiatorn polymeriseringsreaktionen – limmet härdar. Det är viktigt att initiatorn/limmet matchar den lampa som är tänkt att användas: Intensitet, våglängd, LED eller bredspektra och lampans utformning är alla viktiga saker att fundera igenom vad som behövs. Ljuset som används behöver ha en intensitet över 50 mW/cm2. Solljus som ligger mellan 2-5 mW/cm2 fungerar alltså inte.

Så länge limfogen belyses med ljuset fortsätter reaktionen men pausar om ljuset tas bort för tidigt. Det är därför viktigt att härda UV-lim lagom lång tid. För kort tid leder till ofullständig härdning och därför tas vanligtvis en säkerhetsfaktor med i beräkningarna. Överdrivet lång tid däremot leder till att limmet börjar brytas ner vilket kan försvaga och missfärga fogen, 2-3 gånger dosen brukar vara ok.

Härdning av UV-lim
Härdningsprocess för ett UV-lim. 1) Limmet belyses med ljus som aktiverar fotoinitiatorerna. 2) Fotoinitiatorerna startar polymeriseringen = härdningen 3) Polymeriseringen fortsätter så länge ljuset belyser limmet.

När används UV-lim?

UV-lim används framför allt när man vill kunna härda limmet snabbt. Ofta uppnås full härdning inom några sekunder och det är också den stora fördelen med att använda ett ljushärdande lim.

Det finns vissa krav för att det ska gå att använda UV-lim i sin applikation. Troligtvis är det två material som ska limmas ihop. Det innebär att åtminstone ett av dessa material måste släppa igenom UV-ljus så att det går att komma åt limfogen. Alla material har inte 100 % transmission av UV/Vis-ljus. Vissa plaster kan till exempel, trots att de är transparenta, vara UV-blockande. I vissa fall kan de då gå att härda med blåljus (405 nm).

Fördelar med UV-lim

  • Supersnabb härdning: Vid belysning av limmet härdar det ofta på bara några sekunder. Detta ger en mer effektiv limningsprocesen.
  • Enkomponentslim: UV-lim är 1-komponentsprodukter och ingen blandning behövs.
  • Inga lösningsmedel: Eftersom limmets formulering kan innehålla mycket korta kedjor och också monomerer går det att få även lågviskösa lim utan att använda lösningsmedel.
  • Lång hållbarhetstid
  • Fluorescerande: Vissa UV-lim innehåller fluorescenser för att möjliggöra enkel inspektion av att det kommit lim överallt vid kvalitetskontrollen. Det finns fluorescenser som lyser blått men även rött (Dymax Ultra-Red) om det limmade materialet lyser i samma färg.
  • På samma tema finns också lim med See-Cure teknologi, dvs att limmet går från blått i ohärdat tillstånd till transparent i härdat. På så sätt är det enkelt att i en kvalitetskontroll kunna verifiera att limmet härdat ordentligt.
  • Delhärdning möjlig: Härdningen kan påbörjas vid ett tillfälle och sedan avslutas vid ett annat om processen kräver det.
  • UV-lim är inte giftiga efter härdning och det finns även medicinsk klassade lim för till exempel injektionsnålar, katetrar och annan medicinsk utrustning.
  • Det finns UV-lim som även har sekundära härdningsmekanismer för till exempel skuggade områden där ljuset inte kommer åt. Sekundära mekanismer kan till exempel vara fukthärdning, värmehärdning eller anaerob (syrefri) härdning.

    Dymax See-Cure teknologi
    See-Cure teknologi för att enkelt kontrollera att limmet är färdighärdat.

Nackdelar och begränsningar med UV-lim

  • UV-lampa krävs: För att kunna härda ett ljushärdande lim krävs investering i utrustning.
  • Inte alla material är lämpliga: Endast material som släpper igenom ljuset går att härda limmet igenom.
  • Skuggade områden: Ljuset från UV-lampan behöver nå hela fogen (om inte ett lim med sekundär härdning används). Delar av limmet som inte nås kommer inte att härda.
  • Det kan vara svårt att härda djupt. UV/Vis-ljuset når bara ner ett visst djupt. Begränsningen ligger runt ca 10 mm djup.
  • Syreinhibering: Akryl-baserade UV-lim kan råka ut för något som kallas syreinhibering. Syre från luften kan hindra härdningsreaktionen. Detta leder till att fogen närmast luften får en klibbig yta (mellan två material finns minimalt med syre så mindre risk där).
  • Krympning: UV-lim kan ha ganska hög krympning under härdning, speciellt akryl-baserade (akryl) sorter. Detta kan leda till sämre vidhäftning och högre stress.
  • Kan kräva efterhärdning: Vissa epoxi-baserade UV-lim kan kräva efterhärdning i värme för att uppnå sina bästa egenskaper.
  • Det är viktigt att limmet/fotoinitiatorn matchar våglängden på lampan som används. Alla lim passar alltså inte till samma lampa.
  • UV-ljus är skadligt för människan. Det är därför viktigt att skydda ögon och hud med lämplig skyddsutrustning.
    Flourescerande UV-lim.
    Flourescerande lim för att enkelt kunna inspektera limfogen.

    Letar du efter ett UV-lim?

    Behöver du hjälp att välja?

5 snabbhärdande medicinklassade lim

Medicinklassade lim är vanligt förekommande i konstruktion och produktion av medicintekniska komponenter.

Limmet gör det möjligt att kombinera olika material och på ett effektivt och ekonomiskt sätt foga samman dem.

Lösningsmedelslim är fortfarande vanligt i stora delar av världen men allt fler länder och medicintekniska företag tar ansvar för vår miljö och arbetsmiljö och frångår dessa.

De lim som används till medicinteknik är biokompatibla enligt den äldre standarden USP IV eller den nya ISO 10993.

Vid produktion av volymprodukter för medicinindustrin ställs krav på hög produktionstakt. Då behövs lim med kort härdtid.

Nedan listar vi de vanligaste snabbhärdande limtyperna med godkännande för ”medical devices”, olika grader av medicinskt godkända lim.

1. Ljushärdande- eller UV-härdande akryllim

Ljushärdande akryllim är den snabbast härdande limtypen. Den kan härdas på under sekunden i gynnsamma fall och börjar inte härda förrän det belyses med rätt typ av ljus vilket är en fördel.

Dessa typer av lim klarar av att limma och kombinera olika materialtyper som plast, metall och glas.

De utgör den största och mest universella limgruppen i vilken allt från lättflytande till gelformiga lim samt från mjuka och flexibla till hårda och styva lim finns. Kräver speciell (UV-)lampa för härdningen.

Exempel på produkt: Dymax 1180-M

2. Värmehärdande epoxilim

Kan ibland härdas på några få sekunder vid t ex 150C. Dessa lim är mest lämpliga för metaller och härdplaster men kan även limma andra plastmaterial och glas.

Epoxilim tål höga temperaturer och är dessutom väldigt kemikalietåliga lim.

Inom medicinsk industri har epoxi-lim också fördelen att de tål flest sorters sterilisering och flest upprepade steriliseringscykler jämfört med andra typer av lim.

Produkterna inom denna kategori är ofta en-komponentslim och är därmed enkla att dosera till en rimlig kostnad.

Exempel på produkt: Epo-Tek MED-353ND

3. UV-härdande epoxilim

UV-härdande epoxilim är generellt långsammare än den akrylbaserade motsvarigheten och härdas normalt på några få minuter men snabbare varianter som härdar på ett antal sekunder förekommer.

UV-härdande epoxilim behöver alltid efterhärda i rumstemperatur i 24 timmar innan de uppnår sina slutliga egenskaper. Denna process kan skyndas på med värme.

Limtypen kräver speciella UV-lampor att härdas med. Limtypen är mer kemikalieresistent och temperaturtålig än akrylbaserade ljushärdande lim.

Exempel på produkt: Epo-Tek MED-OG198-54

4. Cyanoakrylatlim (snabblim)

Cyanoakrylatlim fixerar på några sekunder. Limtypen är vanlig att använda för små plastdetaljer men kan även ge bra resultat på metall. Undvik dock att limma glas.

Vanligtvis härdar cyanoakrylat i rumstemperatur men det finns också varianter som härdar med hjälp av ljus eller värme.

Härdhastigheten är beroende av luftfuktighet i omgivningen och/eller fuktigheten på detaljerna som ska limmas.

Cyanoakrylat fungerar bäst i tunna spalter mellan de detaljer som ska limmas. De flesta är extremt lättflytande (från kapillärverkande) men det finns också mer trögflytande sorter som inte rinner iväg. Denna typ av lim är oftast endast testade för cytotoxicitet (ISO-10993-5).

Exempel på produkt: Permabond 4C10Permabond 820

5. Värmehärdande silikonlim

Silikonlimmen tillhör inte de absolut mest snabbhärdande limmen med en härdtid upp emot 15 minuter.

Silikon är väldigt flexibla och limmar ofta silikondetaljer och andra material vanliga att använda i implantat av olika slag.

Silikonlim har det överlägset största användbara temperaturområdet från -50 upp till över 200°C och behåller sin elasticitet i extrema temperaturer.

Dessa lim omfattas inte av härdplastkungörelsen och anses betydligt mer arbetsmiljövänliga. De är också av naturen biokompatibla och går att implantera längre perioder.

Exempel på produkt: Nusil MED2-4213

Summering

Alla lim inom dessa limtyper är inte biokompatibla utan det är speciella och relativt få lim som har någon form av medicinskt godkännande för biokompabilitet.

  • Se till att riktig och uppdaterad dokumentation finns tillgänglig för de lim du väljer.
  • Vilken limtyp som passar bäst för en medicinteknisk komponent avgörs av en rad funktionskrav och inte minst produktionstekniska krav.
  • Kontakta någon av våra limtekniker så kan vi hjälpa er hitta en lösning. Vi tar hänsyn till en rad aspekter:
    – Hur ska den färdiga komponenten ska användas?
    – Vad ska den tåla i form av laster, kemikalier och temperatur?
    – Grad av exponering som hudkontakt, korttidsimplantat eller långtidsimplantat?
    – Hur ska detaljen produceras utifrån årsantal och komplexitet?