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UV涂料配方中引发剂的选择思路
2020年05月08日    阅读量:1250    新闻来源:润奥化工应用实验室  |  投稿

★   光引发剂简述   ★

在光固化产品中,光引发剂是关键组分之一,是一种能吸收辐射能量,经过化学变化,产生具有引发聚合能力的活性中间体(自由基或阳离子)的物质。

在实际生产中,使用的多是产生自由基的自由基光引发剂,产生阳离子的阳离子光引发剂非常少。本文重点介绍自由基光引发剂涂料在线coatingol.com


❤   光引发剂分类   ❤

自由基光引发剂按光引发剂产生活性自由基的作用机理不同,主要分为两大类:裂解型自由基光引发剂,也称Ⅰ型光引发剂;夺氢型自由基光引发剂,又称Ⅱ型光引发剂。

常用的裂解型光引发剂从结构上看多是芳基烷基酮类化合物。市面上常见的牌号有:184, 2959,651,907,369,1173,819,TPO,MBF,754等。

常用的夺氢型光引发剂从结构上看,都是二苯甲酮或杂环芳酮类化合物。市面上常见牌号有:BP,ITX,2-EA。此外夺氢型光引发剂需要助引发剂配合使用,现常用的助引发剂主要是活性胺和叔胺型苯甲酸酯。


⊙   光引发剂的选择   ⊙

光引发剂在光固化产品中能否有效地引发聚合反应,最终达到所需的性能,取决于光引发体系与辐照条件、产品组分相互协调。因此,根据自身生产工艺和产品配方选择相应的光引发剂尤其重要。


在以下篇幅,将结合光引发剂的性能和具体案例逐一阐述光引发剂的筛选方法。


1.光引发剂的吸收光谱和光源发射光谱相匹配


市面上常用的光源有汞灯,LED灯,无极灯,金属卤素灯等。其中汞灯使用最广泛,发射波谱在200-450nm,属于通用型;LED灯在低能量固化项目中有广泛应用,发射波长集中在365/375/385/395/405nm。

在选择光引发剂的时候,要根据光源发射光谱选择对该光谱有较大吸收的引发剂。


案例:在甲油胶配方中,光引发剂选择受光源很大制约。常见美甲灯灯管分两种,荧光灯管和LED灯管。荧光灯管发射光谱在370-420nm,LED灯管发射光谱在365nm/395nm左右。两种灯管发射光谱都属于长波区,需要选择吸收光波长较长的引发剂。


表1是各种常见光引发剂的吸收峰,如需达到理想的引发效果就要选择吸收峰在365nm以上的光引发剂,例如TPO,819等,784虽然吸收峰波长较长,但其本身价格太高市场使用较少。

在实际测试中,所有光引发剂中TPO和819效果最好,与预测效果一致。如需了解更多甲油胶项目技术信息,请参考润奥化工微信文章《光固化甲油胶单体的选择》。


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2.有色体系深层固化光引发剂选择


在有色体系,尤其是深色体系中,颜料本身会吸收一部分紫外光能量,导致紫外光无法穿透漆膜,深层的光引发剂无法吸收足够能量来引发聚合,最终造成深层固化不良。轻者附着力下降,严重的会造成表面起皱,影响漆膜表观以及物化性能。

在紫外光中,波长越长穿透性越强,越容易到达漆膜深层,而短波则不易到达漆膜深层。这就造成,在漆膜深层如果没有长波光引发剂吸收这部分长波带来的能量,就很难引发聚合。因此,在有色体系中,深层光引发剂是必不可少的。参照表1,可以选择出TPO/819/651等长波光引发剂与184/1173等短波光引发剂复配使用,效果较好。

案例:

在UV单涂色漆中,黑色体系容易出现附着力不良,百格掉漆的现象。在配方中增加1.5%的819后,漆膜附着力明显增加,说明819对深层固化起到促进作用。

另外在黑/白色体系中,907/ITX+184复配,369/ITX+184复配,效果突出。


3.对黄变有要求的体系光引发剂选择


在有些清漆和白色体系中,耐黄变是考察漆膜性能的一项重要指标,除了选择耐黄变性能好的树脂、单体以外,光引发剂的黄变也应该尽量避免。光引发剂共轭结构中如存在N-二甲氨基这样的取代基,辐照黄变倾向一般比较高,同样在活性胺结构中存在这种取代基,也将导致黄变加重。

表2是在以丙氧化季戊四醇三丙烯酸酯为主体,不加光引发剂为空白参照的,各光引发剂黄变指标。

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从上表看出,184、1173、754、MBF均为黄变较小的光引发剂,为清漆和白色体系配方的最佳选择。


4.在活性稀释剂和低聚物中有较好的溶解性能


良好的溶解性能是将光引发剂添加到体系中的重要前提,越好的相容性,体系配方越稳定。

以下是一些光引发剂在常用溶剂和单体中的溶解性能。

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近年来涂料水性越来越多,水性UV也备受重视。目前市场上在水中有较大溶解度的产品屈指可数,已经商品化的有:KIPEM,819DW,BTC,BPQ,QTX等,2959在水中溶解度可达到1.7%,也可用于水性UV产品。


5.其他性能


在选择光引发剂时尽量选择气味小,毒性低,热稳定性好,不易挥发迁移的。所选光引发剂成分符合当地法律法规。


★  UV-LED光引发剂的选择   ★


UV-LED光源是近年来发展较快的固化设备,因其节能环保,不损伤基材备受欢迎。因此在UV-LED固化中光引发剂的选择使用也越来越受重视。下面结合上述的几点原则,阐述怎样对UV-LED固化中选择合适的光引发剂。

首先,要选择吸收峰和光源发射光谱匹配的光引发剂。

从表4可以看出UV-LED光源的发射光谱在360-405nm之间,在365nm、375nm、385nm、395nm、405nm处强度最高,这些都属于长波区,应优先使用长波光引发剂。

通过进一步测试,在365nm,385nm,395nm波长处,分别找到了吸收率最高的几款光引发剂。

从效能上讲,DETX和EMK为UV-LED光源最优光引发剂。具体测试结果见表5表6表7。


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表4. LED光源的辐射波长和强度

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表5. 引发剂在365nm处的吸收强度

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表6. 引发剂在385nm处吸收强度

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表7. 引发剂在405nm处的吸收强度


尽管从效能上看,我们已经找到了不错的两款光引发剂来解决UV-LED固化的问题,但是实际应用却存在其他困难。许多光引发剂因可能对环境或人体健康造成损害而被限制使用。因此开发出新型环境友好型光引发剂迫在眉睫。通过不断的努力,光引发剂生产商已经取得可喜的突破。目前在UV-LED光引发剂中有Omnipol TX,Omnipol 910,IHT-PI 389等环境友好型产品可供使用。


结语

综上,光引发剂的选择不是一个独立的工作,是与整个体系,乃至施工工艺相配合的。需要参照光源,体系其它组分,光固化产品的性能要求,综合考虑选择既经济又高效的光引发剂。


标签:工业涂料原材料产品资讯涂装应用技术中心涂料助剂
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