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UV涂料配方中光引发剂如何选择

2023-03-20

  1、光引发剂概述

  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。


  2、光引发剂分类

  光引发剂主要包括两大类:自由基光引发剂和正离子光引发剂。自由基光引发剂还可以分为两类,即苯偶姻及其醚类、及苯偶酰二烷基缩酮,和芳香酮类。例如苯偶姻,它通过Norrish I型裂解反应形成自由基:苯甲酰自由基上的孤电子不能离域到苯环上,因而活性高,能够引发自由基聚合;而苄基醚上的孤电子较为稳定,仅能引发一些聚合体系,更多的时候用来终止聚合。 芳香酮类也是高效的光引发剂。例如二苯甲酮在受光照时发生n1π*跃迁,羰基氧上的一个孤电子跃迁到π*反键轨道上,形成激发态。激发态从含活泼氢的化合物上提氢,形成自由基而引发聚合。二苯酮与异丙醇在光照时形成自由基的过程如下: 二苯甲醇自由基很稳定,仅能二聚成苯频哪醇,或参与终止反应,不能引发聚合。能引发聚合的是异丙醇自由基。 正离子聚合的光引发剂也有两类:一类是芳基重氮盐;另一类为二芳基碘盐、三芳基锍盐、三芳基硒盐等。重氮盐进行光解产生Lewis酸及强质子酸:强质子酸引发正离子聚合。 碘盐及锍盐的光分解机理相似,以碘盐为例,其过程如下: 其中 H + X - 可 引发正离子聚合,而自由基 R ·及 Ph ·则引发自由基聚。


  3、光引发剂的选择

  (1)光引发剂的吸收光谱和光源发射光谱相匹配

  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光引发剂。

  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。

  (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。可以用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。

  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。

  (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。


  4、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。

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