2025 La guía completa sobre los principios de la aplicación de fotoiniciadores de radicales libres
El fotoiniciador, como una de las materias primas clave en la fórmula de fotopolimerización, presenta algunos principios comunes a los que hay que prestar atención al formular aplicaciones, tales como: adecuación del principio a la fuente de luz, adecuación del principio al pigmento, adecuación del principio al espesor del recubrimiento, principio de dosificación, otros principios (principio de solubilidad, principio de combinación, principio de seguridad, principio de precio), etc. Independientemente del tipo de principio de adecuación, el objetivo final es el mismo: diseñar una formulación rentable del producto. Las diferentes formulaciones del diseño de los requisitos del fotoiniciador también son muy diferentes, la selección específica del fotoiniciador, la dosificación y la combinación de experimentos específicos para determinar, especialmente ahora que cada vez hay más productos personalizados, el rendimiento diferente de la formulación del producto requiere el fotoiniciador correspondiente.
Principios de combinación con la fuente de luz: la fuente de luz actual de la industria de la fotopolimerización es principalmente las lámparas de mercurio, la intensidad espectral principal de las lámparas de mercurio de presión media convencionales se muestra en la Tabla 3, la Figura 10 es el espectro de emisión UV de las lámparas de mercurio de presión media, de la Tabla 3 y la Figura 10 se puede ver que en la lámpara de mercurio en 220 nm-1300 nm hay diferentes intensidades de ondas de luz de emisión. Las lámparas de halogenuros metálicos son una clase de lámparas de mercurio que pueden aumentar la intensidad de longitudes de onda específicas añadiendo diferentes metales a la lámpara de mercurio para cambiar las longitudes de onda de emisión de la lámpara. En la práctica, se utilizan a menudo junto con lámparas de mercurio de presión media convencionales. Por lo tanto, al diseñar una fórmula de fotopolimerización, debemos considerar primero el tipo de fuente de luz y elegir el fotoiniciador con la longitud de onda correspondiente para las diferentes fuentes de luz, a fin de maximizar la eficiencia de la utilización del fotoiniciador. Por ejemplo, la longitud de onda de absorción de la luz del fotoiniciador α-hidroxicetona es corta, por lo que una lámpara de mercurio de presión media convencional puede satisfacer las necesidades de producción, pero la longitud de onda de absorción de la luz del fotoiniciador de acilfosfina y del fotoiniciador de tioxantrona es más larga, puede alcanzar los 370 nm-400 nm, si se elige una lámpara de hierro (mejora específica de la banda de 370 nm-390 nm), en comparación con la lámpara de mercurio de presión media convencional Si se selecciona la lámpara de hierro (mejora específica de la banda de 370 nm-390 nm), se puede obtener un efecto de polimerización relativamente bueno en comparación con la lámpara de mercurio de presión media convencional.
Hoy en día, la tecnología de fuentes de luz UV-LED es cada vez más madura, especialmente el coste de comercialización de las fuentes de luz de 365 nm, 385 nm, 395 nm y 405 nm, que es cada vez más bajo, y tiene muchas ventajas en comparación con las fuentes de luz de lámparas de mercurio, tales como: ahorro de energía, protección del medio ambiente, alta eficiencia, salud, larga vida útil, etc., lo que hace que la gente aumente la inversión en la formulación de fuentes de luz UV-LED. Como las fuentes de luz UV-LED son fuentes de luz de longitud de onda única, en comparación con las lámparas de mercurio, las fuentes de luz UV-LED reducen en gran medida la selectividad del fotoiniciador. Por lo tanto, para la selección del fotoiniciador de la fuente de luz UV-LED es necesario prestar más atención al problema de la compatibilidad. En el caso de que el diseño de la fórmula de fotopolimerización de la fuente de luz UV-LED no sea perfecto, el uso de una combinación de fuente de luz UV-LED + fuente de luz de lámpara de mercurio también puede lograr en diferentes grados el objetivo de ahorro de energía y protección del medio ambiente.
Principio de compatibilidad del color: el principio de compatibilidad del fotoiniciador con el color se refiere principalmente a la compatibilidad entre el pico de absorción UV del fotoiniciador y la ventana de transmisión del color. La denominada ventana de transmisión se refiere a la banda de onda luminosa en la que la absorción de la luz por el pigmento/colorante es relativamente débil, lo que favorece la transmisión de la luz UV y, por lo tanto, aumenta la acción sobre el fotoiniciador. Si el pico de absorción UV del fotoiniciador no se adapta bien a la ventana de transmitancia del pigmento/colorante, el pigmento/colorante competirá con el fotoiniciador para absorber la longitud de onda correspondiente de la luz UV, lo que provocará una disminución de la eficacia del fotoiniciador, junto con el impacto de la agregación por bloqueo del oxígeno, lo que puede provocar que el producto no se polimerice en absoluto. Además, en la práctica, la elección del fotoiniciador también debe coincidir con la cobertura del pigmento, la dosis, el tamaño de las partículas, etc., por ejemplo: una cobertura fuerte del pigmento implica una absorción relativamente fuerte de la luz, por lo que el fotoiniciador debe utilizar algunos productos de la misma concentración con alta absorbancia, pero también es conveniente aumentar la cantidad de fotoiniciador; la dosis de pigmento correspondiente a la cantidad de iniciador también debe aumentarse adecuadamente; el tamaño de las partículas del pigmento no es propicio para El tamaño grande de las partículas del pigmento no es propicio para la penetración de la luz, por lo que el iniciador debe seleccionarse entre productos con alta absorbancia a la misma concentración, o debe aumentarse adecuadamente la cantidad de iniciador.
Principio de adecuación al espesor del recubrimiento: en la aplicación práctica se plantea inevitablemente el problema del espesor del recubrimiento. El fotoiniciador para recubrimientos gruesos debe seleccionarse teniendo en cuenta la capa superficial, utilizando una combinación de fotoiniciadores de longitud de onda larga y fotoiniciadores de longitud de onda relativamente corta, y la cantidad de iniciador combinado también debe ajustarse en función del espesor del producto final. En el caso de recubrimientos finos, se debe prestar especial atención a la cuestión del bloqueo del oxígeno. En la selección de fotoiniciadores, se puede considerar preferible utilizar fotoiniciadores de tipo captura de hidrógeno con cierto efecto bloqueador de la oxidación y fotoiniciadores de tipo craqueo, junto con un aumento adecuado de la cantidad añadida. La combinación más típica es 184 + BP, pero la cantidad añadida no debe ser excesiva, ya que en caso contrario se tiende a producir un fenómeno de protección contra la luz.
Principio de dosificación: tanto si se trata de una fuente de luz de lámpara de mercurio como de una fuente de luz UV-LED, en el proceso de aplicación real del fotoiniciador, además de tener en cuenta la compatibilidad con la fuente de luz, también es necesario considerar el impacto de la absorbancia, la cantidad de aditivo y otros factores. La cantidad añadida debe satisfacer las necesidades de polimerización como principio básico; se puede añadir un fotoiniciador de alta actividad para reducir la cantidad adecuada, se puede aumentar la cantidad de fotoiniciador de baja actividad, pero también se pueden utilizar conjuntamente fotoiniciadores de alta actividad y fotoiniciadores de baja actividad, es decir, para satisfacer las necesidades de polimerización y equilibrar el coste de la fórmula. Aumentar la cantidad de fotoiniciador puede mejorar la velocidad de curado, pero no es mejor añadir más, ya que añadir demasiado puede traer muchos problemas, como: la aparición del fenómeno de protección contra la luz, el aumento del grado de acoplamiento de radicales libres, la temperatura de polimerización instantánea demasiado alta, lo que provoca la deformación del sustrato sensible al calor, la velocidad de polimerización demasiado rápida, lo que tiene un impacto negativo en la adhesión del producto, el aumento de la contracción del volumen y la deformación del producto, la reducción del peso molecular del producto final, el deterioro de las propiedades mecánicas generales, el aumento de los costes de las materias primas, la disminución de la resistencia al envejecimiento, el agravamiento del amarilleamiento del producto final, etc.; reducir la cantidad de fotoiniciador puede acarrear problemas directos de polimerización insuficiente, aumento del consumo de energía, fallo del rendimiento del producto final, etc.
Bernhard Steyrer et al. utilizaron una impresora 3D de 405 nm (DLP) para comparar los espectros de absorbancia UV de la ivocerina (bis (4-metoxibenzoil) dietilgermanio, BAPO (819) y TPO-L (los espectros de absorbancia UV de tres fotoiniciadores se muestran en la figura 11, en las mismas condiciones, la ivocerina y el BAPO tienen una absorbancia mayor en comparación con el TPOL en las mismas condiciones). El BAPO mostró una alta actividad fotoiniciadora en concentraciones bajas, y cuando se aumentó la adición de fotoiniciador, la ivocerin y el BAPO mostraron un escudo contra la luz más evidente, lo que afectó negativamente al rendimiento del producto final.
Otros principios (principio de solubilidad, principio de combinación, principio de seguridad, principio de precio).
Principio de solubilidad: las diferentes resinas monoméricas tienen diferente solubilidad con los fotoiniciadores, los diferentes fotoiniciadores tienen diferente solubilidad en la misma resina o monómero, y la solubilidad del mismo iniciador en la misma resina o monómero también puede ser diferente en diferentes estaciones. La solubilidad de los fotoiniciadores a menudo se puede resolver ajustando el tipo de resina y monómero, así como la cantidad de fotoiniciador añadido. En la actualidad, la solubilidad de los fotoiniciadores de radicales libres comerciales convencionales es relativamente pobre en variedades: 369, 819, PBZ, etc.
Principio de combinación: cada fotoiniciador tiene sus ventajas y desventajas únicas, como el ampliamente utilizado 1173, que, aunque tiene una alta actividad fotoiniciadora, es barato y tiene buena compatibilidad con el monómero de resina, su longitud de onda de absorción de la luz es corta, el fondo del recubrimiento grueso se seca deficientemente, tiene olor y es fácil de volatilizar. Si se comprenden bien las ventajas y desventajas de cada fotoiniciador y se combinan eficazmente, a menudo se pueden obtener resultados 1 + 1 > 2. La combinación con el uso del principio general de longitudes de onda complementarias, tipos complementarios y tipos simplificados, las combinaciones clásicas comunes son: 184 + BP, TPO + 184, 819 + 1173, ITX + 907, BP + EMK, etc.
Principios de seguridad: los fotoiniciadores comerciales actuales son más o menos nocivos para los seres humanos, por lo que en su uso se debe intentar evitar el uso de productos olorosos, volátiles y fáciles de sublimar. Además, al diseñar la formulación, se deben tener en cuenta los residuos generados tras la exposición y los problemas de migración, especialmente en la aplicación final en envases de alimentos, envases de cosméticos, envases de productos farmacéuticos y otros productos en contacto directo con el cuerpo humano. En comparación con los fotoiniciadores tradicionales de moléculas pequeñas, los fotoiniciadores de moléculas grandes y los fotoiniciadores polimerizables son relativamente mucho más seguros y pueden considerarse para su uso en algunas industrias sensibles a los requisitos de seguridad. En la actualidad, los fotoiniciadores comerciales de moléculas pequeñas tienen una seguridad relativamente alta, como el 2959 y el CQ (canforoquinona).
En cuanto al principio del precio, en los últimos años, con la frecuente aparición de políticas de protección medioambiental, diversas materias primas químicas han mostrado diversos grados de escasez, y en la industria de los fotoiniciadores en 2017 hay productos individuales disponibles al precio de la situación, por lo que en el diseño de la formulación siempre se debe prestar atención a los cambios de precios en el mercado y preparar un plan de respaldo. Aunque la maximización de los beneficios de los productos es el objetivo de todos, a veces no es cierto que cuanto más barato es el precio, mayor es el beneficio. Para garantizar la calidad del producto, se debe intentar elegir fotoiniciadores de bajo coste para diseñar productos rentables y reconocidos por todos.
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