Зачем использовать композиционный фотоинициатор в светоотверждаемых составах?
Фотоинициаторы являются очень важным компонентом фотоотверждаемых составов и источником свободных радикалов. Однако чрезмерное использование фотоинициаторов влечет за собой множество проблем, таких как увеличение количества мигрирующих веществ, снижение атмосферостойкости, недостаточная толщина отвержденной пленки покрытия и увеличение стоимости.
Эксперименты показали, что использование композитных фотоинициаторов в фотоотверждаемых составах позволяет эффективно преодолеть вышеуказанные проблемы, обеспечивая тем самым множество преимуществ. Особенно важно, что при этом можно получить лучшие результаты отверждения.
В экспериментах использовались четыре широко распространенных фотоинициатора: 184, 1173, TPO и 819. По химическому составу они относятся к двум классам соединений: α-гидроксикетонам и ацилфосфиновым оксидам.
| English name | Product name | CAS number |
| HCPK | Photoinitiator 184 | 947-19-3 |
| HMPP | Photoinitiator 1173 | 7473-98-5 |
| TPO | Photoinitiator TPO | 75980-60-8 |
| BAPO | Photoinitiator 819 | 162881-26-7 |
Для отверждения используется 100-ваттная ртутная лампа Oriel (спектр излучения показан на рис. 2), толщина пленки контролируется на уровне 50 мкм.
Рис. 2 Спектр излучения ртутной лампы Oriel 100 Вт
Степень отверждения определялась с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) по изменению характерного пика поглощения акрилатной ненасыщенной двойной связи при 810 см-1. Полоса 750-780 см-1 также использовалась в качестве опорного пика, поскольку она не изменяется в течение всего процесса фотоотверждения.
Формула для расчета степени превращения двойной связи (Reacted Acrylate Unsaturation, RAU) выглядит следующим образом:
Где RL — отношение пика поглощения акрилатной двойной связи к эталонному пику в жидком состоянии; и RC — отношение пика поглощения акрилатной двойной связи к эталонному пику после УФ-отверждения.
Основное поглощение HCPK (Photoinitiator 184) находится в диапазоне длин волн 240-250 нм, а пик поглощения — в диапазоне 320-335 нм. Другой гидроксикетоновый фотоинициатор, HMPP (Darocur 1173), имеет аналогичное поглощение в диапазоне 320-335 нм с пиком при 265-280 нм. Просто используя комбинацию этих двух фотоинициаторов, уже можно начать более эффективно использовать мощность УФ-лампы (рис. 2).
Спектры TPO и BAPO (Photoinitiator 819) значительно отличаются от двух предыдущих: Photoinitiator TPO имеет сильное поглощение в диапазоне 360-395 нм, а BAPO — в диапазоне 360-410 нм. Добавление двух последних фотоинициаторов позволяет лучше использовать два других основных диапазона длин волн ртутной лампы — 370 и 408 нм.
В первом эксперименте для сравнения использовали одинаковое количество (весовое соотношение) фотоинициатора 184 и композитного фотоинициатора. При облучении УФ-светом с одинаковой энергией 4,5 мДж/см2 степень превращения двойной связи в формуле с использованием 184 составляет 24,8%, в то время как в формуле с композитным фотоинициатором она достигает 79,6%.
Во втором эксперименте с использованием 6% фотоинициатора 184 и композитного фотоинициатора при энергии облучения 4,5 мДж/см2 скорость превращения двойной связи в первом случае составляет 18,9%, а во втором — 67,2%. Разница очень существенна.
В третьем эксперименте использовалось 4% 184 и 3% композитного фотоинициатора, соответственно, что означает, что в последней рецептуре с использованием композитного фотоинициатора использовалось меньшее количество фотоинициатора. При одинаковой энергии облучения (4,5 мДж/см2) степень превращения двойной связи в первом случае составляет 50,9%, а во втором — 66,8%, что выше.
В четвертом эксперименте использовали 6% 184 и 4,5% композитного фотоинициатора, соответственно. При неизменной энергии излучения (4,5 мДж/см2) степень конверсии двойной связи в первом случае составляет 58,3%, а во втором — 67,9%. Третий и четвертый эксперименты показывают, что степень конверсии двойной связи может быть выше при использовании композитного фотоинициатора даже в меньшем количестве.
Результаты эксперимента показывают, что использование композитных фотоинициаторов может значительно повысить эффективность инициирования фотоинициаторов. Хотя в приведенных выше экспериментах сравнивался только один фотоинициатор (Photoinitiator 184) в качестве эталонного объекта, а облучение проводилось только ртутной лампой, результаты могут в достаточной степени проиллюстрировать преимущества композитных фотоинициаторов.
Мы знаем, что использование фотоинициаторов в формуле не является лучшим, потому что слишком большое количество фотоинициатора будет поглощать ультрафиолетовый свет, что значительно влияет на эффективность проникновения ультрафиолетового света во время глубокого отверждения, тем самым влияя на глубину отверждения.
Использование этого композитного фотоинициатора позволяет не только снизить стоимость рецептур, но и добиться лучшего глубокого отверждения, уменьшить остатки фотоинициатора и снизить затраты.