水性UV涂料固化機(jī)理及影響因素淺析
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(shuō)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(guò)程中，水基光固化樹脂通過(guò)添加一種堿或者酸使其變成羧酸鹽才能溶于水，其中通過(guò)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(guò)來(lái)輸紙，在預(yù)干燥過(guò)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(shí)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(guò)形成化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)化學(xué)干燥。其固化過(guò)程一般可分為四個(gè)階段：①光與光引發(fā)劑之間相互作用，它可能包括對(duì)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(duì)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(duì)光固化的影響
固化前的干燥條件對(duì)固化速度的影響很大，不干燥或干燥不完全時(shí)，固化速度較慢，且隨曝光時(shí)間的延長(zhǎng)，膠凝率無(wú)明顯提高。這是因?yàn)檫^(guò)度包裝，盡管水對(duì)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(shí)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(shí)的周圍溫度對(duì)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(huì)增強(qiáng)，附著性更好。
2．水性UV固化樹脂對(duì)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�；⒓谆；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(duì)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(huì)增大，固化速度將加快。而且不同結(jié)構(gòu)的樹脂對(duì)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�；Ｒ虼艘话阋砸氡；图谆；鶠橹�，使樹脂具有較快的固化速度。
3．顏料對(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(huì)影響到光引發(fā)劑對(duì)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(huì)降低固化速度。各色顏料對(duì)不同波長(zhǎng)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(duì)紫外光的吸收順序?yàn)椋汉谏?gt;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(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)墨膜的固化速率反而沒有明顯的影響。當(dāng)顏料的用量過(guò)大時(shí)，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(duì)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(gè)最大的吸收波長(zhǎng)的原理，在選擇光固化引發(fā)劑的時(shí)候應(yīng)該使得光引發(fā)劑的吸收紫外線的波長(zhǎng)區(qū)正好在顏料非吸收區(qū)或是微吸收區(qū)（顏料有一個(gè)適于引發(fā)劑吸收的波長(zhǎng)窗口），即顏料的最大透過(guò)的波長(zhǎng)區(qū)應(yīng)與自由基引發(fā)劑的吸收波長(zhǎng)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(zhǎng)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(píng)獎(jiǎng)，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(guò)程中，光引發(fā)劑會(huì)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(zhǎng)，它們的配合使用可充分吸收不同波長(zhǎng)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(guò)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(guò)低不利于同顏料的吸收競(jìng)爭(zhēng)；過(guò)高光線不能順利地進(jìn)入涂層。涂料的固化速度開始時(shí)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(shí)，再增加其含量，固化速度反而會(huì)下降。
5．UV光源、輻照距離和光固化時(shí)間的影響
UV光源輻射的是一個(gè)波段內(nèi)的光，且各波長(zhǎng)光的能量分布是不一樣的。其中波長(zhǎng)為300nm～310nm模切燙印壓痕，360nm～390nm的光的能量分布是較好的，波長(zhǎng)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(shí)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(guò)程中，輻照距離和光固化時(shí)間也會(huì)對(duì)光固化產(chǎn)生影響。輻照距離越近秋山國(guó)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(gè)合適的光固化時(shí)間，時(shí)間太短，涂料的固化不完全，當(dāng)達(dá)到一個(gè)合適光固化時(shí)間時(shí)，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(shí)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。
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