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    UV涂料配方中光引發劑如何選擇

    2023-03-20

      1、光引發劑概述

      在光固化產品中,光引發劑是關鍵組分之一,是一種能吸收輻射能量,經過化學變化,產生具有引發聚合能力的活性中間體(自由基或陽離子)的物質。

      在實際生產中,使用的多是產生自由基的自由基光引發劑,產生陽離子的陽離子光引發劑非常少。本文重點介紹自由基光引發劑。


      2、光引發劑分類

      光引發劑主要包括兩大類:自由基光引發劑和正離子光引發劑。自由基光引發劑還可以分為兩類,即苯偶姻及其醚類、及苯偶酰二烷基縮酮,和芳香酮類。例如苯偶姻,它通過Norrish I型裂解反應形成自由基:苯甲酰自由基上的孤電子不能離域到苯環上,因而活性高,能夠引發自由基聚合;而芐基醚上的孤電子較為穩定,僅能引發一些聚合體系,更多的時候用來終止聚合。 芳香酮類也是高效的光引發劑。例如二苯甲酮在受光照時發生n1π*躍遷,羰基氧上的一個孤電子躍遷到π*反鍵軌道上,形成激發態。激發態從含活潑氫的化合物上提氫,形成自由基而引發聚合。二苯酮與異丙醇在光照時形成自由基的過程如下: 二苯甲醇自由基很穩定,僅能二聚成苯頻哪醇,或參與終止反應,不能引發聚合。能引發聚合的是異丙醇自由基。 正離子聚合的光引發劑也有兩類:一類是芳基重氮鹽;另一類為二芳基碘鹽、三芳基锍鹽、三芳基硒鹽等。重氮鹽進行光解產生Lewis酸及強質子酸:強質子酸引發正離子聚合。 碘鹽及锍鹽的光分解機理相似,以碘鹽為例,其過程如下: 其中 H + X - 可 引發正離子聚合,而自由基 R ·及 Ph ·則引發自由基聚。


      3、光引發劑的選擇

      (1)光引發劑的吸收光譜和光源發射光譜相匹配

      在選擇光引發劑的時候,要根據光源發射光譜選擇對該光譜有較大吸收的光引發劑。

      如需達到理想的引發效果就要選擇吸收峰在365nm以上的光引發劑,例如TPO,819等,784雖然吸收峰波長較長,但其本身價格太高市場使用較少。

      在實際測試中,所有光引發劑中TPO和819效果最好,與預測效果一致。

      (2)有色體系深層固化光引發劑選擇

      在有色體系,尤其是深色體系中,顏料本身會吸收一部分紫外光能量,導致紫外光無法穿透漆膜,深層的光引發劑無法吸收足夠能量來引發聚合,最終造成深層固化不良。輕者附著力下降,嚴重的會造成表面起皺,影響漆膜表觀以及物化性能。

      在紫外光中,波長越長穿透性越強,越容易到達漆膜深層,而短波則不易到達漆膜深層。這就造成,在漆膜深層如果沒有長波光引發劑吸收這部分長波帶來的能量,就很難引發聚合。因此,在有色體系中,深層光引發劑是必不可少的??梢杂肨PO/819/651等長波光引發劑與184/1173等短波光引發劑復配使用,效果較好。

      案例:在UV單涂色漆中,黑色體系容易出現附著力不良,百格掉漆的現象。在配方中增加1.5%的819后,漆膜附著力明顯增加,說明819對深層固化起到促進作用。

      另外在黑/白色體系中,907/ITX+184復配,369/ITX+184復配,效果突出。

      (3)對黃變有要求的體系光引發劑選擇

      在有些清漆和白色體系中,耐黃變是考察漆膜性能的一項重要指標,除了選擇耐黃變性能好的樹脂、單體以外,光引發劑的黃變也應該盡量避免。光引發劑共軛結構中如存在N-二甲氨基這樣的取代基,輻照黃變傾向一般比較高,同樣在活性胺結構中存在這種取代基,也將導致黃變加重。

      184、1173、754、MBF均為黃變較小的光引發劑,為清漆和白色體系配方的最佳選擇。

      (4)在活性稀釋劑和低聚物中有較好的溶解性能

      良好的溶解性能是將光引發劑添加到體系中的重要前提,越好的相容性,體系配方越穩定。

      (5)其他性能

      在選擇光引發劑時盡量選擇氣味小,毒性低,熱穩定性好,不易揮發遷移的。所選光引發劑成分符合當地法律法規。


      4、結語

      綜上,光引發劑的選擇不是一個獨立的工作,是與整個體系,乃至施工工藝相配合的。需要參照光源,體系其它組分,光固化產品的性能要求,綜合考慮選擇既經濟又高效的光引發劑。

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