紫外光固化反應(yīng)中對固化后涂膜性能的影響因素很多，斯洛伐克技術(shù)大學(xué)(Slovak University of Technology)的Viera Jancovicová等人對其中部分因素的影響進(jìn)行了研究實(shí)驗(yàn)。

　　試驗(yàn)中的采用了一個低粘度的脂肪族聚氨酯四丙烯酸酯齊聚體Craynor 925，和光引發(fā)劑Darocure 1173(2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮)。光引發(fā)劑的用量介于0.5-5wt.%之間，所得到的涂料粘度為2700 mPa•s@25◦C，密度為1.1g•cm−3。反應(yīng)是在鋁片和玻璃片上進(jìn)行的，涂布是采用了旋涂的方式(轉(zhuǎn)速為2000–4000rpm)，固化采用了功率為250W的中壓汞燈。通過調(diào)節(jié)光源到樣品的距離來得到不同的照射光強(qiáng)(5cm = 23mW•cm−2，9cm = 17mW•cm−2，12cm = 12mW•cm−2，15cm = 7mW•cm−2)。

光引發(fā)劑濃度的影響

　　光引發(fā)劑是光固化反應(yīng)中的重要成分，它在紫外光照射下產(chǎn)生自由基，從而引發(fā)反應(yīng)。光引發(fā)劑的實(shí)際效果同時也受到多種因素的影響，包括濃度、是否有氧存在，以及光照時間等。不同光引發(fā)劑濃度下的固化情況見表1和圖1所示。

表1

光引發(fā)劑濃度和光強(qiáng)對最大轉(zhuǎn)換率(Xmax)和最大相對聚合速率(Rp)的影響(10μm，PE膜覆蓋)

圖1 光照時間和轉(zhuǎn)換率的關(guān)系(10μm，PE膜覆蓋)，輻照強(qiáng)度分別為23mW•cm−2(a)和7mW•cm−2(b)

　　從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看到，最大的聚合速度出現(xiàn)在光引發(fā)劑濃度為3wt.%時(23mW•cm−2時Xmax為92%，以及7mW•cm−2時為86%)。也就是說，當(dāng)光引發(fā)劑濃度從3%增加到5%的時候，雙鍵轉(zhuǎn)換率是降低的。這是因?yàn)楣庖�發(fā)劑也是一個內(nèi)部的過濾器，這種對光的過濾導(dǎo)致了UV光穿透能力的降低。同時隨著引發(fā)自由基濃度的增加也會導(dǎo)致自由基組合中止反應(yīng)的增加，這種副反應(yīng)并不會導(dǎo)致聚合反應(yīng)的發(fā)生。

外部條件的影響

　　輻照強(qiáng)度、涂膜厚度、溫度以及氧阻聚的存在，都會大大影響到固化過程，以及固化后涂膜的性能。輻照強(qiáng)度、膜厚，以及氧氣是否存在的影響結(jié)果見圖2和圖3所示。隨著輻照強(qiáng)度的增加，雙鍵轉(zhuǎn)換率升高。在本實(shí)驗(yàn)條件下，聚合速度和雙鍵轉(zhuǎn)換率和光強(qiáng)都表現(xiàn)出強(qiáng)烈的關(guān)系。

圖2 在不同輻照強(qiáng)度下輻照時間對聚氨酯丙烯酸酯Craynor 925固化的影響(光引發(fā)劑濃度3wt.%，膜厚10 μm)，未膜覆蓋(a)，和PE膜覆蓋(b).

　　當(dāng)固化材料被PE膜覆蓋時，氧氣被隔絕，這時光強(qiáng)的影響很大。在未覆蓋PE膜情況下，光強(qiáng)較低時固化的程度很低，涂膜的硬化度都不足夠。

圖3 在不同涂膜厚度下輻照時間對聚氨酯丙烯酸酯Craynor 925固化的影響(光引發(fā)劑濃度3wt.%，輻照強(qiáng)度7mW•cm−2，空氣條件)

　　在空氣條件下，涂膜厚度對固化效果的影響如圖3所示。最厚的涂膜在固化的初始階段表現(xiàn)出最高的反應(yīng)速度，這可能是因?yàn)橥磕ど蠈悠鸬綄ρ鯕庾韪舻男Ч�，從而使得底層的反�?yīng)更加有效。隨著光聚合反應(yīng)的進(jìn)行，涂膜的粘度增加，氧氣的穿透變得困難，薄涂層的光聚合表現(xiàn)得更加有效。反應(yīng)的后期(照射時間長于10秒)，涂膜越厚反應(yīng)的降低越多，這可能是因?yàn)楸砻婀袒�后膜層對光有更高的吸收，從而降低了UV光的穿透能力，也可能同時帶來涂膜的不均勻性而是的更差的附著力。

固化過程中的光澤變化

　　涂層的厚度影響樣品最后的光澤(圖4)。從圖中可以明顯看出，最終的光澤隨著厚度的增加首先會增加(在20μm到30μm區(qū)間)。但當(dāng)涂層厚度大于30μm(40μm)時，卻得到了更低的G∞，這是由于樣品固化過程中所的橘皮效應(yīng)所產(chǎn)生的。降低樣品厚度或者光聚合速度都可以消除橘皮現(xiàn)象。樣品最終的光澤和UV照射強(qiáng)度也相關(guān)(圖4)。

圖4 不同膜厚條件下聚氨酯丙烯酸酯Craynor 925在固化過程中光澤隨輻照時間的變化(光引發(fā)劑濃度3wt.%，輻照強(qiáng)度，23mW•cm−2(a)和7mW•cm−2(b)

組分對油墨穩(wěn)定性的影響

　　噴墨油墨在環(huán)境影響下的低穩(wěn)定性，是對其在戶外應(yīng)用的一個廣泛問題。采用涂料對噴墨進(jìn)行一層阻隔性的保護(hù)，是一種行之有效延緩這種影響的方法。表2中列出了在不同厚度涂層保護(hù)情況下、加速老化后的顏色變化值ΔE∗ab。從表中可以看出，對于品紅和青色的影響最大。

表2

有無涂層情況下5和20小時照射下的總體顏色變化ΔE∗ab，保護(hù)涂層組分為Craynor 925/Darocure 1173 (3 wt.%)，涂層厚度為10,15和20μm。油墨的四色為青(C)，品紅(M)，黃(Y)，黑(B)。

　　從表2中可以看出，通過涂層保護(hù)后，顏色變化值ΔE∗ab會更小一些，但對于不同厚度的涂層差別不大。由于涂層的厚度并不太影響顏色的穩(wěn)定性，因此可以采用更薄一些的涂層(10μm)，這樣UV固化可以更快，效率更高。

結(jié)論

　　當(dāng)涂層被可以隔絕氧氣的PE膜所覆蓋情況下，光照強(qiáng)度對樣品的固化影響不大。在沒有阻隔層的空氣條件固化時，光強(qiáng)對固化效果的影響會增加。另外，涂層厚度會影響雙鍵轉(zhuǎn)換率，最薄涂層(10μm)的轉(zhuǎn)換率是最高的。

　　固化樣品的最終光澤受UV光強(qiáng)度的影響。更高的光強(qiáng)會帶來更高的光澤。本實(shí)驗(yàn)中的最高光澤是厚度為30μm的涂層。

　　對于噴墨油墨的顏色穩(wěn)定性，涂布上涂層是有幫助的。有涂層條件下所表現(xiàn)出來的總體顏色差別ΔE∗ab值比沒有涂層的要低。但是，涂層的厚度對于ΔE∗ab值影響不大。

文章來源：網(wǎng)絡(luò)

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