|
涂料 | 水性UV涂料固化機(jī)理及影響因素淺析时间:2019-02-03 阅读 一、水性UV涂料的固化干燥機(jī)理 水性UV涂料主要是由預(yù)聚物(水基光固化樹脂)、光引發(fā)劑、顏料、胺類物質(zhì)、水、助溶劑和其它添加劑等配制而成。其干燥固化結(jié)合了UV光固化和水性涂料滲透蒸發(fā)二種干燥形式,具體說主要有兩種干燥方式:水性體系的預(yù)揮發(fā)干燥和紫外光固化。
1.預(yù)揮發(fā)干燥機(jī)理 預(yù)干燥是光固化之前必須有的一道工序,不進(jìn)行預(yù)干燥將導(dǎo)致光固化的最終結(jié)果不理想。在水性UV涂料的制造過程中,水基光固化樹脂通過添加一種堿或者酸使其變成羧酸鹽才能溶于水,其中通過加氨水使其成鹽的反應(yīng)可示為:R-COOH+NH→R-COO+NH(水溶性)反過來輸紙,在預(yù)干燥過程中發(fā)生的反應(yīng)是: R-COO+NH→R-COOH(水不溶)+NH↑
2.光固化成膜機(jī)理 UV固化水性材料的固化是指在紫外光的照射下,光引發(fā)劑吸收紫外光的輻射能后分裂成自由基,引發(fā)預(yù)聚物發(fā)生聚合、交聯(lián)接枝反應(yīng),在很短的時間內(nèi)固化成三維的網(wǎng)狀高分子聚合物,得到硬化膜發(fā)展史,實(shí)質(zhì)是通過形成化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)化學(xué)干燥。 其固化過程一般可分為四個階段:①光與光引發(fā)劑之間相互作用,它可能包括對光的吸收和光引發(fā)劑之間的相互作用;②光引發(fā)劑分子發(fā)生重排,形成自由基中間體;③自由基與齊聚物中的不飽和基團(tuán)作用引發(fā)鏈或聚合反應(yīng);④聚合反應(yīng)繼續(xù),液態(tài)的組分轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w聚合物。
二、影響水性UV涂料固化干燥的因素 影響水性UV涂料固化干燥的因素很多,本文只對其主要的影響因素進(jìn)行討論總論,這些因素有以下幾方面: 1.水性體系的預(yù)干燥對光固化的影響 固化前的干燥條件對固化速度的影響很大,不干燥或干燥不完全時,固化速度較慢,且隨曝光時間的延長,膠凝率無明顯提高。這是因為過度包裝,盡管水對抑制氧的阻聚作用有一定的效果,但是這只能使墨膜表面迅速固化,只達(dá)到表干,而不能達(dá)到實(shí)干。 由于體系內(nèi)含有大量的水,體系在一定溫度下固化時標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)證,隨著墨膜表面水分的迅速揮發(fā),墨膜表面迅速固化,膜層里面的水則難以逸出,大量的水殘留在墨膜中,阻止了墨膜的進(jìn)一步固化打樣,固化速度降低。另外,UV照射時的周圍溫度對UV涂料的固化有很大的影響。溫度越高,固化性越好。因此施行預(yù)熱的話,涂料的固化性會增強(qiáng),附著性更好。
2.水性UV固化樹脂對光固化的影響 水性UV固化樹脂要進(jìn)行自由基光固化軟包裝,這就要求樹脂分子必須帶有不飽和基團(tuán),在紫外光的照射下,分子中的不飽和基團(tuán)互相交聯(lián),由液態(tài)涂層變成固態(tài)涂層。通常采用引入丙烯;、甲基丙烯;⒁蚁┗鸦蛳┍姆椒,使合成的樹脂具有不飽和基團(tuán)認(rèn)證,從而可以在合適的條件下進(jìn)行固化,丙烯酸酯由于其反應(yīng)活性高而經(jīng)常被使用。 對于自由基型紫外光固化體系,隨分子中雙鍵含量的增加,涂膜的交聯(lián)速度會增大,固化速度將加快。而且不同結(jié)構(gòu)的樹脂對固化速度影響不同軟包裝,各種官能團(tuán)的反應(yīng)活性一般按以下順序升高:乙烯基醚<烯丙基<甲基丙烯酰基<丙烯;。因此一般以引入丙烯酰基和甲基丙烯;鶠橹,使樹脂具有較快的固化速度。
3.顏料對水性UV涂料光固化的影響 作為水性UV固化涂料中非光敏性的組分,顏料與引發(fā)劑競爭吸收UV光,這在很大程度上影響到UV固化體系中體系的固化特點(diǎn)。由于顏料能夠吸收一部分輻射能量,這將會影響到光引發(fā)劑對于光的吸收設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng),并進(jìn)而影響到能夠生成的自由基的濃度,結(jié)果會降低固化速度。 各色顏料對不同波長的光線有不同的吸收率(透光率),顏料的吸收率越小,透光率越大,涂層的固化速度越快。炭黑的紫外線吸收能力較高出版,固化得最慢,白色顏料反光性強(qiáng),也妨礙了固化。一般而言,對紫外光的吸收順序為:黑色>紫色>藍(lán)色>青色>綠色>黃色>紅色。 相同的顏料的配比濃度不同,對墨膜固化速度的影響是不同的。隨著顏料用量的增加出版動態(tài),墨膜的固化速率均有不同程度的下降。其中黃色顏料的用量對墨膜的固化速率影響最大,其次為紅色顏料、綠色顏料。 由于黑色對紫外光的吸收率最大,使得黑墨的透光率最低,所以其用量的變化對墨膜的固化速率反而沒有明顯的影響。當(dāng)顏料的用量過大時,墨膜表層的固化速率雖快曬版,但是表層的顏料吸收大量紫外光,降低了紫外光的透光率,影響深層墨膜的固化,導(dǎo)致了墨膜表層固化而底層不固化,易產(chǎn)生“皺皮”現(xiàn)象。
4.光引發(fā)劑對水性UV光固化的影響 光引發(fā)劑的作用是在其吸收紫外光能后排版,經(jīng)分解產(chǎn)生自由基,從而引發(fā)體系中不飽和鍵聚合,交聯(lián)固化成一整體。光引發(fā)劑的性能是水性光固化體系能否順利聚合固化的關(guān)鍵。 根據(jù)不同的引發(fā)劑有一個最大的吸收波長的原理,在選擇光固化引發(fā)劑的時候應(yīng)該使得光引發(fā)劑的吸收紫外線的波長區(qū)正好在顏料非吸收區(qū)或是微吸收區(qū)(顏料有一個適于引發(fā)劑吸收的波長窗口),即顏料的最大透過的波長區(qū)應(yīng)與自由基引發(fā)劑的吸收波長區(qū)能重合。另外光引發(fā)劑的吸收波峰應(yīng)盡可能與光源發(fā)射的主波長相近。
光引發(fā)劑必須具有與水性光固化體系一定的相溶性以及低的水蒸氣揮發(fā)度評獎,以使光引發(fā)劑得以發(fā)散,有利于得到滿意的固化效果。否則,在干燥的過程中,光引發(fā)劑會隨著水蒸氣一起揮發(fā)掉,降低引發(fā)劑的效率。不同的光引發(fā)劑煙草包裝,具有不同的吸收波長,它們的配合使用可充分吸收不同波長的紫外線,提高紫外光輻射量的吸收,從而大大加快墨膜的固化速率。 所以可以通過多種光引發(fā)劑的配合使用,并調(diào)整各種光引發(fā)劑的配比以獲得固化速率快且性能優(yōu)異的墨膜。體系中復(fù)合光引發(fā)劑的含量要適量顯影,過低不利于同顏料的吸收競爭;過高光線不能順利地進(jìn)入涂層。涂料的固化速度開始時隨著復(fù)合光引發(fā)劑的增加而增加,但當(dāng)復(fù)合光引發(fā)劑量增加到一定值時,再增加其含量,固化速度反而會下降。
5.UV光源、輻照距離和光固化時間的影響 UV光源輻射的是一個波段內(nèi)的光,且各波長光的能量分布是不一樣的。其中波長為300nm~310nm模切燙印壓痕,360nm~390nm的光的能量分布是較好的,波長位于UV-A區(qū)域約360nm效果最佳。為使固化體系達(dá)到最佳的組合,UV光源的選擇既要考慮體系所含顏料的UV光的吸收特性,同時又要兼顧到引發(fā)劑的UV吸收特性。
在水性UV涂料的干燥固化過程中,輻照距離和光固化時間也會對光固化產(chǎn)生影響。輻照距離越近秋山國際,光照越強(qiáng),光引發(fā)劑生成自由基的速度越快,引起聚合的雙鍵數(shù)目越多,樹脂的交聯(lián)程度也就越高,墨膜的固化速度就越快金屬包裝,反之越慢。 水性UV涂料的光固化還必須有一個合適的光固化時間,時間太短,涂料的固化不完全,當(dāng)達(dá)到一個合適光固化時間時,固化膜的拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大惠普,繼續(xù)增加光固化時間,固化膜的拉伸強(qiáng)度反而下降,并且固化樹脂出現(xiàn)黃變現(xiàn)象。 文章來源:網(wǎng)絡(luò) 普瑞特機(jī)械 歡迎關(guān)注家居薈 長按二維碼即可關(guān)注家居薈公眾號,了解更多更有用和有趣的家居知識! |