Selección de fotoiniciadores en formulaciones de recubrimientos UV
Los fotoiniciadores de radicales libres se dividen en dos categorías principales según el mecanismo de acción del fotoiniciador para producir radicales activos, a saber, fotoiniciadores de radicales libres de tipo escisión (también conocidos como fotoiniciadores de tipo I) y fotoiniciadores de radicales libres de captura de hidrógeno (también conocidos como fotoiniciadores de tipo II). Los fotoiniciadores de tipo escisión más utilizados son, desde el punto de vista estructural, principalmente aril alquil cetonas, y los grados más comunes son 184, 2959, 651, 907, 369, 1173, 819, TPO, MBF, 754, etc. Los fotoiniciadores de captura de hidrógeno más utilizados son, desde el punto de vista estructural, principalmente benzofenonas o cetonas aromáticas heterocíclicas, con grados comunes como BP, ITX y 2-EA. Los co-iniciadores comunes son principalmente aminas reactivas y benzoatos de aminas terciarias. En este artículo se combinará el rendimiento de los fotoiniciadores y los casos de uso para explicar brevemente la selección de fotoiniciadores en la formulación de recubrimientos fotopolimerizables (UV).
En primer lugar, el principio de coincidencia entre el espectro de absorción del fotoiniciador y el espectro de emisión de la fuente de luz.
Las fuentes de luz disponibles en el mercado son lámparas de mercurio, lámparas LED, lámparas de inducción y lámparas de halogenuros metálicos. En la selección de fotoiniciadores, según el espectro de emisión de la fuente de luz, se debe elegir un espectro de absorción más amplio de los iniciadores.
Ejemplos de aplicación. En las formulaciones de esmaltes de uñas, los tubos de lámparas para uñas más comunes son las lámparas fluorescentes y las lámparas LED. Las lámparas fluorescentes tienen un espectro de emisión de 370-420 nm y las lámparas LED tienen un espectro de emisión de alrededor de 365 nm/395 nm. Ambos espectros de emisión de las lámparas pertenecen a la región de longitud de onda larga y requieren la selección de iniciadores que absorban la luz en longitudes de onda más largas. Como muestra la tabla 1, que recoge los picos de absorción de varios fotoiniciadores comunes, si se desea obtener el efecto de iniciación deseado, se debe elegir un fotoiniciador con un pico de absorción superior a 365 nm, como TPO, 819, etc. En la prueba real, todos los fotoiniciadores TPO y 819 tienen un buen efecto de curado y el efecto previsto es consistente.
Segundo, selección de fotoiniciadores de curado profundo para sistemas coloreados.
En los sistemas coloreados, especialmente en los oscuros, el pigmento absorbe parte de la energía UV, lo que impide que la luz UV penetre en la película de pintura, de modo que la capa profunda del fotoiniciador no puede absorber suficiente energía para desencadenar la polimerización y, en última instancia, provoca un curado profundo deficiente. Cuanto más clara es la película, menor es la adhesión y más grave es el arrugamiento de la superficie, lo que afecta a las propiedades físicas y químicas de la película de pintura. En el proceso de curado por luz, cuanto mayor es la longitud de onda de la luz ultravioleta, mayor es su penetración y más fácil es llegar a las capas más profundas de la película, mientras que las ondas cortas no llegan fácilmente a las capas más profundas. Esto dificulta el inicio de la polimerización o provoca un curado incompleto en las capas más profundas de la película de pintura si no hay un fotoiniciador de onda larga que absorba la energía de las ondas largas. Por lo tanto, en los sistemas coloreados, es esencial elegir un fotoiniciador profundo. Según la tabla 1 anterior, se pueden elegir fotoiniciadores de onda larga, como TPO/819/651, para que funcionen mejor con fotoiniciadores de onda corta, como 184/1173.
Al igual que en la pintura de color de una sola capa UV, el sistema negro es propenso a una mala adhesión y al fenómeno de desprendimiento de la pintura de la rejilla 100. Tras añadir un 1,5 % de 819 a la formulación, la adherencia de la película de pintura aumentó significativamente, lo que indica que el 819 facilita el curado profundo. Además, en el sistema negro/blanco, el compuesto 907/ITX+184 y el compuesto 369/ITX+184 ofrecen un efecto excepcional.
En tercer lugar, existen requisitos para la selección de fotoiniciadores para sistemas de curado por luz amarilleantes.
En el sistema de barniz y blanco, la resistencia al amarilleamiento es un indicador importante del rendimiento de la película de pintura, además de la selección de una buena resistencia al amarilleamiento de la resina, los monómeros y los fotoiniciadores que provocan problemas de amarilleamiento también deben tenerse en cuenta. La presencia de un sustituyente como la N-dimetilamina en la estructura conjugada del fotoiniciador dará lugar a una mayor tendencia al amarilleamiento por irradiación; del mismo modo, la presencia de dicho sustituyente en la estructura de la amina activa también provocará un aumento del amarilleamiento.
La tabla 2 de la izquierda muestra la comparación del índice de amarilleamiento de diversas formulaciones de fotoiniciadores tras la solidificación con triacrilato de pentaeritritol propóxido como componente principal y sin fotoiniciador como referencia en blanco. Como se puede observar en la tabla, 184, 1173, 754 y MBF son fotoiniciadores menos amarillantes, por lo que son la mejor opción para las formulaciones de barnices y sistemas blancos.
Cuarto, el rendimiento de solubilidad en el diluyente activo y el oligómero.
La buena solubilidad es un requisito previo importante para la selección de fotoiniciadores en la formulación: cuanto mejor sea la compatibilidad, más estable será el sistema de formulación. Como se muestra en la figura de la izquierda, se muestra la solubilidad de algunos fotoiniciadores en disolventes y monómeros comunes.
Quinto, la elección del fotoiniciador UV-LED.
La fuente de luz UV-LED es un equipo de curado en rápido crecimiento en los últimos años, debido a su ahorro energético y respeto al medio ambiente, ya que no daña el sustrato, por lo que es muy popular, por lo que en el curado UV-LED también se está prestando cada vez más atención a la elección de los fotoiniciadores. Las formulaciones de curado UV-LED en la selección de fotoiniciadores también deben combinarse con los principios mencionados anteriormente, en primer lugar, para seleccionar el pico de absorción y el espectro de emisión de la fuente de luz que coincida con el fotoiniciador.
El espectro de emisión de la fuente de luz UV-LED se encuentra entre 360 y 405 nm, con una intensidad máxima en 365 nm, 375 nm, 385 nm, 395 nm y 405 nm, que pertenecen a la región de onda larga, por lo que se debe dar prioridad al uso de fotoiniciadores de onda larga. Tras realizar más pruebas, se encontraron varios fotoiniciadores con las tasas de absorción más altas a 365 nm, 385 nm y 395 nm, respectivamente. En términos de eficacia, DETX y EMK son fotoiniciadores adecuados para fuentes de luz UV-LED.
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