UV-härtende Klebstoffe, Lacke und Vergussmassen

UV-härtende Klebstoffe, Lacke und Vergussmassen vernetzen innerhalb von Sekunden, sobald ein Photoinitiator Strahlung im passenden Wellenlängenbereich absorbiert. Ob eine Formulierung vollständig durchhärtet, entscheiden vier Größen: die Wellenlänge, die Bestrahlungsstärke am Bauteil, die Dosis und der Reaktionsmechanismus – radikalisch bei Acrylaten, kationisch bei Epoxiden. Wellenlänge und Bestrahlungsstärke müssen dabei getrennt spezifiziert und gemessen werden; eine Dosisangabe allein beschreibt den Prozess nicht.

Photopolymerisation unter UV-Licht wandelt flüssige Acrylat- oder Epoxidformulierungen innerhalb von Sekunden in vernetzte Festkörper um und hat sich in der Elektronik-, Optik- und Medizintechnikfertigung als Alternative zu thermischer oder Zweikomponentenhärtung etabliert. Der Prozess wird durch wenige physikalisch-chemische Größen bestimmt: Wellenlänge, Bestrahlungsstärke, Dosis und die Reaktionskinetik des jeweiligen Bindemittelsystems.

Zwischen radikalisch härtenden Acrylaten und kationisch härtenden Epoxiden bestehen grundlegende Unterschiede in Sauerstoffempfindlichkeit, Schrumpf und Nachhärtungsverhalten, die die Werkstoffauswahl für eine gegebene Anwendung bestimmen. Gleichzeitig verändert der Wechsel von Quecksilberdampflampen zu UV-LED-Systemen die Anforderungen an Formulierung und Prozessführung, während regulatorische Vorgaben zu Quecksilber und kritischen Photoinitiatoren zusätzliche Randbedingungen setzen.

Der vorliegende Fachbericht ordnet die technologischen Grundlagen, die zentralen Prozessgrößen und die Marktentwicklung für UV-Klebstoffe, UV-Lacke und UV-Vergussmassen fachlich ein und stellt eine quellenbelegte Auswahl marktverfügbarer Produkte zusammen. Den Härtungsvorgang selbst behandelt UV-Härtung und Photopolymerisation ausführlich, die Prozessführung im Fügespalt UV-Kleben, Vergießen und Verkapseln.

UV-Härtung beruht auf der Umwandlung absorbierter Lichtenergie in chemische Energie durch einen Photoinitiator, der reaktive Spezies – freie Radikale oder Kationen – erzeugt und damit eine Kettenreaktion aus flüssigen Monomeren und Oligomeren zu einem vernetzten Polymernetzwerk auslöst.

Bei der radikalischen Photopolymerisation spalten Typ-I-Initiatoren wie Phosphinoxide (TPO) unter UV-Absorption unimolekular in Startradikale, die an Doppelbindungen acrylierter Monomere addieren; die Reaktion läuft über die vier Elementarschritte Initiierung, Kettenwachstum, Kettenübertragung und Abbruch ab.

Bei der kationischen Photopolymerisation erzeugen Onium-Salze (meist Triarylsulfonium-Hexafluoroantimonat) unter Bestrahlung eine starke Säure, die Epoxidringe protoniert und öffnet.

Beide Mechanismen unterscheiden sich grundlegend in ihrer Empfindlichkeit gegenüber Umgebungseinflüssen: Radikalische Systeme werden durch Luftsauerstoff an der Oberfläche gehemmt, kationische Systeme durch Luftfeuchtigkeit. Für die Prozessauslegung ist entscheidend, dass nicht die eingestrahlte Gesamtenergie allein, sondern das Zusammenspiel aus Wellenlänge, Bestrahlungsstärke, Zeit und Reaktionsmechanismus über den erreichten Vernetzungsgrad entscheidet.

Für die Prozessauswahl sind zwei Unterscheidungsebenen relevant: die Chemie des Bindemittelsystems (radikalisch gegenüber kationisch) und die Strahlungsquelle (Quecksilberdampflampe gegenüber UV-LED), ergänzt um die Entscheidung zwischen Single-Cure- und Dual-Cure-Systemen für geometrisch anspruchsvolle Bauteile.

Die Prozessführung einer UV-Härtung wird über eine begrenzte Zahl physikalischer Größen beschrieben, die jeweils getrennt spezifiziert und gemessen werden müssen:

• Wellenlänge (nm): Bestimmt, ob das Emissionsspektrum der Lampe mit dem Absorptionsband des Photoinitiators überlappt; ohne Überlappung findet keine Initiierung statt, unabhängig von der eingestrahlten Leistung.
• Bestrahlungsstärke E (mW/cm² beziehungsweise W/cm²): Strahlungsleistung pro Flächeneinheit, die am Werkstück ankommt – nicht zu verwechseln mit der elektrischen Leistungsaufnahme der Lampe.
• Dosis beziehungsweise Energie H (mJ/cm² oder J/cm²): Zeitintegral der Bestrahlungsstärke, H = E · t bei konstanter Bestrahlungsstärke.
• Photonenenergie (eV oder J): Über E = h·c/λ direkt von der Wellenlänge abhängig; ein 365-nm-Photon trägt 3,40 eV.
• Eindringtiefe und kritische Energie (Lambert-Beer): Beschreibt, wie tief eine gegebene Bestrahlungsstärke in eine Schicht vordringt und ab welcher Oberflächenenergie die Polymerisation einsetzt.
• Schichtdicke und Füllstoffgehalt: Bestimmen zusammen mit der Absorption des Photoinitiators, wie weit die Härtung in die Tiefe fortschreitet.
• Temperatur: Beeinflusst Molekülmobilität, Endumsatz und die Gültigkeit von Dosis-Zeit-Äquivalenzen.

Welcher Sensor welche dieser Größen belastbar erfasst, behandelt die Auswahl geeigneter UV-Sensoren; warum zwei Messgeräte an derselben Quelle unterschiedliche Werte anzeigen können, erklärt die spektrale Fehlanpassung.

Bei der Prozessauslegung treten wiederkehrende Fehlannahmen auf, die zu unvollständiger Härtung oder Reklamationen führen können:

• „Die Dosis in mJ/cm² allein beschreibt den Prozess vollständig“: Aus einer gemessenen Gesamtenergie lassen sich weder Bestrahlungsstärkeprofil noch Zeit rekonstruieren, und unterschiedliche Profile können bei gleicher Dosis unterschiedliche Materialeigenschaften erzeugen. Für die radikalische Photopolymerisation gilt das Bunsen-Roscoe-Reziprozitätsgesetz zudem über keinen relevanten Bedingungsbereich, weil die Polymerisationsrate mit der Quadratwurzel der Bestrahlungsstärke skaliert statt linear mit der Dosis.
• „Eine höhere Bestrahlungsstärke kompensiert einen Wellenlängen-Mismatch“: Trifft die Emission der Lampe nicht das Absorptionsband des Photoinitiators, passieren die Photonen die Formulierung ohne Reaktion; das gilt unabhängig von der eingestrahlten Leistung.
• „Die Sauerstoffinhibierung betrifft das gesamte Volumen“: Gelöster Sauerstoff im Volumen wird unter Bestrahlung rasch verbraucht; das eigentliche Problem ist die kontinuierlich nachdiffundierende Sauerstoffschicht an der Oberfläche, die insbesondere bei geringer Bestrahlungsstärke zu klebrigen, unausgehärteten Oberflächen führt.
• „Die elektrische Lampenleistung entspricht der optischen Bestrahlungsstärke am Werkstück“: Angaben in W/cm beschreiben die zugeführte elektrische Leistung, nicht die am Bauteil ankommende UV-Strahlung; bei gleicher elektrischer Leistung können unterschiedliche Systembauformen stark abweichende Bestrahlungsstärken liefern.
• „Eine bei 365 nm formulierte Acrylatformulierung härtet mit jeder 365-nm-LED gleichermaßen oberflächentrocken“: Für eine klebfreie Oberfläche benötigen mehrere gängige Acrylat-Klebstoffsysteme zusätzliche Strahlung im Bereich 220–260 nm zur Überwindung der Sauerstoffinhibierung – eine Anforderung, die mit rein bei 365 nm emittierenden LED-Systemen nicht erfüllbar ist und in der Formulierungsauswahl berücksichtigt werden muss.
• „Die Sichtverbindung zwischen Lampe und Klebstelle ist verzichtbar“: In Schattenbereichen hinter UV-undurchlässigen Bauteilen (Metalle, Keramik, gefüllte Kunststoffe) bleibt reines UV-Material flüssig, auch wenn benachbarte, direkt belichtete Bereiche vollständig ausgehärtet sind.

Hinzu kommt die Alterung der Quelle: Bestrahlungsstärke und Spektrum verschieben sich über die Betriebsdauer, weshalb ein einmal freigegebenes Prozessfenster regelmäßig nachgemessen werden muss – siehe Alterung von UV-Lampen und UV-LEDs.

Gefüllte oder pigmentierte Formulierungen zeigen ein grundlegend anderes Härtungsverhalten als klare Systeme. Opake Pigmente wie Ruß oder Titandioxid absorbieren einen Teil der für den Photoinitiator benötigten UV-Strahlung selbst, bevor sie tiefere Schichten erreicht; anorganische Füllstoffe wie Glaskugeln oder Kieselsäure streuen zusätzlich das Licht und reduzieren die Intensität in der Tiefe exponentiell.

Das Ergebnis ist ein Härtungsgradient, bei dem oberflächennahes Material vollständig aushärtet, während der Kern flüssig bleibt. Das Lambert-Beer-Gesetz beschreibt diesen Zusammenhang quantitativ über die Penetrationstiefe D_p, bei der die Intensität auf das 1/e-fache abfällt, und die kritische Energie E_c, die zur Initiierung der Polymerisation mindestens erforderlich ist.

Für pigmentierte Systeme empfiehlt sich der Wechsel zu längeren Wellenlängen (385 oder 405 nm statt 365 nm), da diese von vielen Pigmenten weniger stark gestreut und absorbiert werden. Eine reine Dosiserhöhung ist nur begrenzt hilfreich, da sie in oberflächennahen Bereichen zu Übervernetzung und Vergilbung führen kann, ohne die Kernhärtung wesentlich zu verbessern. Zusätzlich beeinflusst die Schichtdicke die während der Härtung entstehende Schrumpfspannung: Typische Werte liegen bei 1–2 % linearem beziehungsweise 2–5 % volumetrischem Schrumpf, der bei dickeren Schichten dreidimensional wirkt und mechanische Spannungen auf angrenzende Bauteile ausüben kann, wenn die Härtung schneller erfolgt, als sich Spannungen relaxieren lassen.

Für geometrisch anspruchsvolle Bauteile mit Hinterschnitten oder UV-undurchlässigen Materialien (Metalle, Keramik, gefüllte Kunststoffe) haben sich Dual-Cure-Systeme etabliert, die eine UV-Primärhärtung mit einem Sekundärmechanismus kombinieren: UV plus Feuchtehärtung für Schattenbereiche ohne zusätzlichen Wärmeeintrag, UV plus Wärmenachhärtung für hochbelastbare Verklebungen sowie UV plus anaerobe Härtung für inaktive Substrate.

Eine chemiebedingte Alternative bieten kationische Epoxidsysteme, deren Onium-Salz-Photoinitiatoren nach Belichtungsende eine sauer katalysierte Dunkelreaktion fortsetzen und dadurch auch ohne zweiten Härtungsmechanismus Schattenbereiche erreichen können, allerdings mit geringerer Anfangsfestigkeit und höherer Feuchteempfindlichkeit als Acrylate. Für Anwendungen ohne jede Sichtverbindung zwischen Lichtquelle und Klebstelle wird in der Forschung experimentell auch der Einsatz nichtoptischer Anregung (etwa Röntgenstrahlung) diskutiert, die keine direkte Line-of-Sight-Voraussetzung benötigt; dieser Ansatz befindet sich jedoch im Forschungsstadium und nicht in breiter industrieller Anwendung.

• Wellenlängenverschiebung von 365 nm zu 385, 395 und 405 nm: UV-LEDs erreichen bei längeren Wellenlängen eine höhere Wall-Plug-Effizienz, was jedoch reformulierte, auf die jeweilige Wellenlänge abgestimmte Photoinitiatorsysteme erfordert, da klassische, für Quecksilberlampen entwickelte Initiatoren bei 405 nm an Wirkungsgrad verlieren können.
• Zunahme von Dual-Cure-Formulierungen: Neue Produktlinien kombinieren UV- mit Feuchtehärtung, um Schattenbereiche ohne zusätzlichen Wärmeeintrag zu erreichen, mit der technischen Konsequenz eines zusätzlichen, zeitlich getrennten Nachhärtungsschritts in der Prozessplanung.
• Inline-Dosisregelung als Standard in regulierten Branchen: Geschlossene Regelkreise ersetzen zunehmend die periodische Stichprobenmessung, mit der Konsequenz, dass Prozessdaten durchgängig für die Chargen-Rückverfolgbarkeit vorliegen.
• Photoinitiatoren ohne kritische Einstufung: Als Reaktion auf die REACH-Einstufung von TPO werden alternative, aliphatische Mehrfachinitiatoren mit geringerer Zytotoxizität entwickelt, mit der Konsequenz, dass bestehende Formulierungen bei Rohstoffwechseln erneut auf Härtungsverhalten und Absorption geprüft werden müssen.
• Miniaturisierung in Elektronik und Optik: Kleinere Bauteilgeometrien mit engeren Kavitäten erhöhen den Bedarf an Dual-Cure-Systemen und präziser Dosiskontrolle, da die klassische Volllicht-Härtung an geometrischen Grenzen stößt.

Die Auswahl beginnt bei der Frage, welche Wellenlänge den Klebstoff im Fügespalt tatsächlich erreicht – bestimmt durch Substrattransparenz, Schattenbereiche und die spektrale Passung zwischen Lampe und Photoinitiator – und leitet daraus ab, ob ein Single-Cure-Acrylat ausreicht oder ein Dual-Cure- beziehungsweise kationisches System für unbelichtete Zonen erforderlich ist. Erst im Anschluss an diese Klärung von Anwendung, technischem Problem, Mess- und Prozessgröße sowie geeigneter Technologie wird eine konkrete Produktauswahl sinnvoll möglich.

Welches Spektrum die vorhandene Quelle tatsächlich liefert, zeigt eine Messung am Bauteil; gemessene Spektren gängiger Lampentypen stehen in der Spektrendatenbank für UV-Lampen zum Vergleich bereit.

Die folgende Auswahl ist eine quellenbelegte Zusammenstellung marktverfügbarer Produkte auf Basis öffentlich zugänglicher Herstellerdatenblätter. Sie erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit; die Angaben zu Wellenlänge und chemischer Basis sind den jeweiligen technischen Datenblättern entnommen und vor einer Prozessauslegung stets am aktuellen Datenblatt zu verifizieren. Der Produktname verweist jeweils auf das ausgewertete Herstellerdokument – technisches Datenblatt, Produktdatenblatt oder Produktseite. Opsytec vertreibt keine Klebstoffe, Lacke oder Vergussmassen; die Übersicht dient allein der fachlichen Einordnung.

Was ist der Unterschied zwischen Bestrahlungsstärke und Dosis?
Bestrahlungsstärke (mW/cm²) beschreibt die momentan am Werkstück ankommende Strahlungsleistung pro Fläche, Dosis (mJ/cm²) das Zeitintegral dieser Größe über die Belichtungsdauer. Aus einem gemessenen Dosiswert allein lassen sich weder Bestrahlungsstärkeprofil noch Belichtungszeit rekonstruieren, weshalb beide Größen für die Prozessdokumentation getrennt erfasst werden sollten.

Warum kompensiert eine höhere Bestrahlungsstärke keinen falschen Wellenlängenbereich?
Initiierung setzt voraus, dass die Lampenemission mit dem Absorptionsband des Photoinitiators überlappt. Liegt kein spektraler Match vor, bleiben die Photonen für die Reaktion ungenutzt, unabhängig von der eingestrahlten Leistung – eine reine Leistungserhöhung erzeugt hier keinen zusätzlichen Umsatz.

Warum bleiben UV-Klebstoffe in Schattenbereichen oft flüssig?
Radikalisch härtende Systeme benötigen eine direkte Sichtverbindung zur Lichtquelle, da die Aktivierung des Photoinitiators auf tatsächlich eintreffenden Photonen beruht. Bereiche hinter UV-undurchlässigen Bauteilen, Metallen oder in Hinterschnitten erhalten keine ausreichende Bestrahlung und härten nicht aus, sofern kein zweiter Härtungsmechanismus wie Feuchte- oder Wärmenachhärtung vorgesehen ist.

Was unterscheidet radikalische von kationischer UV-Härtung?
Radikalische Acrylatsysteme härten innerhalb von Sekunden, sind aber an der Oberfläche sauerstoffempfindlich und zeigen einen linearen Schrumpf von 1–2 %. Kationische Epoxidsysteme sind unempfindlich gegenüber Sauerstoff, härten nach Belichtungsende im Dunkeln weiter nach und schrumpfen geringer, reagieren dafür empfindlich auf Luftfeuchtigkeit und bauen Anfangsfestigkeit langsamer auf.

Verdrängt UV-LED die Quecksilberdampflampe vollständig?
Nicht kurzfristig: 2025 hielten Quecksilberlampen noch gut die Hälfte des Umsatzes im Markt für UV-Härtungssysteme, während UV-LED-Lösungen deutlich stärker wachsen. Die RoHS-Ausnahme für Quecksilberlampen läuft regulär erst 2027 zur Überprüfung an, ohne dass ein automatisches Verbot damit verbunden ist – der Verfahrensstand ist unter RoHS und UV-Lampen im Einzelnen dargestellt.

Welche Normen sind für UV-Vergussmassen relevant?
Für reaktive Harzmassen und Vergusssysteme ist die IEC-60455-Normenfamilie einschlägig, insbesondere IEC 60455-2:2023 für Prüfverfahren wie Härtungsgrad und mechanische Eigenschaften. In der Medizintechnik kommen zusätzlich ISO 10993 zur biologischen Bewertung sowie branchenspezifische Zulassungsnormen aus Automotive und Luftfahrt zur Anwendung, abhängig vom Einsatzbereich des vergossenen Bauteils.

Warum gilt das Reziprozitätsgesetz nicht uneingeschränkt für UV-Klebstoffe?
Das Bunsen-Roscoe-Gesetz setzt eine lineare Abhängigkeit der Reaktionsrate von der Bestrahlungsstärke voraus. Radikalische Polymerisation folgt wegen bimolekularer Radikalterminierung stattdessen einer Quadratwurzel-Abhängigkeit, sodass identische rechnerische Dosen bei unterschiedlicher Kombination von Zeit und Bestrahlungsstärke abweichende Umsätze und Materialeigenschaften liefern können, was eine empirische Prozessvalidierung erforderlich macht.

Welche Rolle spielt Sauerstoff bei der UV-Härtung?
Sauerstoff quencht Radikale zu reaktionsträgen Peroxyradikalen und wirkt dadurch überwiegend als Oberflächeneffekt, da gelöster Sauerstoff im Volumen unter Bestrahlung rasch verbraucht wird, während kontinuierlich nachdiffundierender Sauerstoff an der Grenzfläche zur Luft die klebfreie Aushärtung verzögert. Kationische Systeme sind von diesem Effekt nicht betroffen, dafür aber feuchtigkeitsempfindlich.

Welche Bestrahlungsstärke benötigt UV-Klebstoff?
Das lässt sich nicht pauschal beantworten – maßgeblich sind das Datenblatt des Klebstoffs und der Absorptionsbereich seines Photoinitiators. Übliche Angaben liegen bei einigen zehn bis einigen hundert mW/cm² im passenden Wellenlängenbereich, zusammen mit einer Mindestdosis.

• ISO 10993-1:2018/2025 – Biologische Bewertung von Medizinprodukten, Teil 1; Neufassung als EN ISO 10993-1:2026 seit 15.01.2026 verfügbar.
• IEC 60455-2:2023 – Prüfverfahren für reaktive Harzmassen (Vergussmassen), 4. Auflage 2023.
• ASTM D1002 / D3163-01(2023) – Zugscherfestigkeit metallischer beziehungsweise starrer Kunststoff-Klebverbindungen.
• UV-Curable Adhesives Market – Mordor Intelligence, Datenstand 2026; Marktvolumen und Segmentanteile.
• UV-Curable Coatings Market Report – Grand View Research, 2025; globale Marktzahlen für UV-Lacke.
• RoHS-Ausnahme 4(f)-IV – Clarifications on 2027 Expiration, UV+EB Technology, 2026; regulatorischer Status von Quecksilberlampen.

Einen Überblick über die für UV-Anwendungen maßgeblichen Regelwerke gibt Richtlinien, Normen und Standards im UV.

Die folgenden wissenschaftlichen Veröffentlichungen bilden die primäre Grundlage für die in diesem Bericht dargestellten Aussagen zu Reaktionskinetik, Reziprozitätsgesetz und Messmethodik. Auf vollständige Herstellerdatenblätter und Normendokumente wird verwiesen.

• Wydra JW, Cramer NB, Stansbury JW, Bowman CN: The reciprocity law concerning light dose-relationships applied to BisGMA/TEGDMA photopolymers. Dental Materials 30(6):605–612, 2014.
• Palagummi SV, Hong T, Wang Z, Moon CK, Chiang MYM: Resin Viscosity Determines the Condition for a Valid Exposure Reciprocity Law in Dental Composites. Dental Materials, 2019/2020.
• Sangermano M, Roppolo I, Chiappone A: New Horizons in Cationic Photopolymerization. Polymers 10(2):136, 2018.
• Eibel A, Fast DE, Gescheidt G: Choosing the ideal photoinitiator for free radical photopolymerizations. Polymer Chemistry 9:5107–5115, 2018.
• Lang M, Hirner S, Wiesbrock F, Fuchs P: A Review on Modeling Cure Kinetics and Mechanisms of Photopolymerization. Polymers 14(10):2074, 2022.
• Bennett J: Measuring UV Curing Parameters of Commercial Photopolymers used in Additive Manufacturing. Additive Manufacturing 18:203–212, 2017.
• Stadler E, Eibel A, Fast D, Freißmuth H, Holly C, Wiech M, Moszner N, Gescheidt G: A versatile method for the determination of photochemical quantum yields via online UV-Vis spectroscopy. Photochemical & Photobiological Sciences 17:660–669, 2018.
• Noè C, Hakkarainen M, Sangermano M: Cationic UV-Curing of Epoxidized Biobased Resins. Polymers 13(1):89, 2021.
• Bauer F et al.: Free-Radical Photopolymerization. Polymers, 2022.

Redaktionsstand: 2. September 2026.

Ob das freigegebene Prozessfenster an der real eingesetzten Quelle noch eingehalten wird, zeigt erst die Messung am Bauteil. Wir vermessen Spektrum, Bestrahlungsstärke und Dosis Ihres Härtungsprozesses und beraten zur passenden Messtechnik – vom flachen Spektralradiometer UVpad für den Durchlauf durch die Anlage über das Radiometer RMD Pro und die UV-Curing-Sensoren der Serie XT für die Prozessüberwachung bis zu UV-Bestrahlungskammern für reproduzierbare Härtungsversuche im Labor. Schreiben Sie uns Ihre Fragestellung.