涂料 | 水性UV涂料固化機理及影響因素淺析
一、水性UV涂料的固化干燥機理
水性UV涂料主要是由預聚物（水基光固化樹脂）、光引發(fā)劑、顏料、胺類物質、水、助溶劑和其它添加劑等配制而成。其干燥固化結合了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：水性體系的預揮發(fā)干燥和紫外光固化。
1.預揮發(fā)干燥機理
預干燥是光固化之前必須有的一道工序，不進行預干燥將導致光固化的最終結果不理想。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可示為：R-COOH+NH→R-COO+NH（水溶性）反過來輸紙，在預干燥過程中發(fā)生的反應是：
R-COO+NH→R-COOH（水不溶）+NH↑
2．光固化成膜機理
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)預聚物發(fā)生聚合、交聯接枝反應，在很短的時間內固化成三維的網狀高分子聚合物，得到硬化膜發(fā)展史，實質是通過形成化學鍵實現化學干燥。
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作用引發(fā)鏈或聚合反應；④聚合反應繼續(xù)，液態(tài)的組分轉變?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行討論總論，這些因素有以下幾方面：
1．水性體系的預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，只達到表干，而不能達到實干。
由于體系內含有大量的水，體系在一定溫度下固化時標準及認證，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。因此施行預熱的話，涂料的固化性會增強，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，在紫外光的照射下，分子中的不飽和基團互相交聯，由液態(tài)涂層變成固態(tài)涂層。通常采用引入丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基醚或烯丙基的方法，使合成的樹脂具有不飽和基團認證，從而可以在合適的條件下進行固化，丙烯酸酯由于其反應活性高而經常被使用。
對于自由基型紫外光固化體系，隨分子中雙鍵含量的增加，涂膜的交聯速度會增大，固化速度將加快。而且不同結構的樹脂對固化速度影響不同軟包裝，各種官能團的反應活性一般按以下順序升高：乙烯基醚<烯丙基<甲基丙烯�；�<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。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)劑對于光的吸收設備維護與保養(yǎng)，并進而影響到能夠生成的自由基的濃度，結果會降低固化速度。
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，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，導致了墨膜表層固化而底層不固化，易產生“皺皮”現象。
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，經分解產生自由基，從而引發(fā)體系中不飽和鍵聚合，交聯固化成一整體。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鍵。
根據不同的引發(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入涂層。涂料的固化速度開始時隨著復合光引發(fā)劑的增加而增加，但當復合光引發(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生影響。輻照距離越近秋山國際，光照越強，光引發(fā)劑生成自由基的速度越快，引起聚合的雙鍵數目越多，樹脂的交聯程度也就越高，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，當達到一個合適光固化時間時，固化膜的拉伸強度達到最大惠普，繼續(xù)增加光固化時間，固化膜的拉伸強度反而下降，并且固化樹脂出現黃變現象。
文章來源：網絡
普瑞特機械
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