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uvled固化-光引发剂和固化特点

2017-06-14 09:39阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/3169486460

uvled固化——光引发剂和固化研究：
传统汞灯产生的辐射光谱范围宽广，其中紫外区的辐射量非常显著，尤其是UVC、UVB、UVA和UVV区域。该光谱宽度可以让人们根据光源的类型和强度以及配方中物质的种类来选择合适的光引发剂，进而优化丙烯酸酯型油墨、涂料、粘合剂、密封剂和复合材料的固化，从而阻断或吸收紫外光（例如颜料和填料）。
这些传统低压汞灯辐射出的无效固化作用的紫外线占70%～75%，最多的是高能量的红外光，它们能产生大量的热量。典型的汞灯保持凉爽需要大量流动的气流，因此需要消耗额外的能量。如此高流量的气流使得采用惰性气体来改善表面固化性能变得没有实用价值。（昂贵的惰性气体会随着空气的冷却不断地消耗掉。）
uvled固化-光引发剂和固化特点
在过去的10年中，用发光二极管产生合适量的高通量强紫外光源已经取得了长足进展。对于UV/LED技术，现在有许多商业用途，不需使用大量流动的空气，以及降低的成本就能更广泛地用于热敏基材，从而提供更经济的紫外光固
化性能。（当在高输出量的系统[>4瓦/厘米]中使用水冷却时，与典型的汞灯系统1,2相比，能源节约估计高达50%。）其它的优点还包括：有一个具有“即开即关”、无需预热的紧凑工艺，及更持久的UV光源（20000小时vs.2000小时）。
与广阔的UV固化市场非常一致，UVLED固化自引进以来取得了巨大进展，自2009年以来，每年的增长超过50%，在国际市场上独占鳌头3。
随着UVLED装置功率和效率的改进，它们将广泛应用于更多的工艺中，如应用于数码平板喷绘中。在印刷中，UV/LED系统分成两部分：低功率空气冷却系统和高功率水冷却系统。低功率系统通常安装在喷墨扫描，而高功率系统也慢慢地开始用于传统的高速印刷设备中。
然而，在柔版印刷行业，考虑到性价比，需要有效的高功率的紫外光输出，由于UV/LED的总成本较高、有限的油墨选择，以及低生产速度，弧光灯仍然是一种选择的方法3。采用UV/LED固化时的关键问题是找到高性价比工艺，确保所有油墨能完全和安全地固化。
今天用于UVLED印刷的油墨是经过专门设计，并调整至UVLED能发出窄辐射谱带或波长范围的光。进行的改进或是在（高性价比）扩大输出选择和功率方面，或者通过调整光引发剂效率得到最实用的UV/LED输出，可以采用这种新型固化技术的领域呈几何级增长。
为了更好地确定最先进的UVLED光源（特别是水冷Phoseon 8W/395nm、H?nle 365/395nm和Excelitas 9W/385～395nm和6W/365nm）在传统的UV固化配方的实际范围内能做的工作，在2009年和2011年RAHN公司分别进行了两项研究4,5。根据这些研究结果，在2012年和2013年分别进行了两次后续实验研究设计，以便对UV/LED固化提供更量化的理解，从而能为客户提供正确的原料选择建议。下面是对这些重要研究结果的概述。
研究：基本性能和简单的着色体系
第一项研究的目的是对UVLED固化和“标准”的中压汞灯固化的某些基本特征进行量化比较。进行这项工作是为了更好地了解最终用户从传统紫外灯向UV/LED光源转变时会遇到的差异。由于我们的大多数客户群集中在油墨和涂料领域，第一项研究将主要集中在有色体系。
第一部分：透明涂料光引发剂的基础研究
大多数光引发剂的主要吸收范围是低于LED灯的365/395nm峰的波长范围。然而，UVLED光源不是纯粹的单色光谱，大多数光引发剂具有宽的吸收谱带，当只考虑最大值时，这些经常会被忽略。一些光引发剂在365nm和/或395nm左右或以上的区域不吸收。
需要注意的是与365nm的灯相比，395nm的UVLED光源能产生的功率/面积（峰值辐照度）是前者的10倍。还要注意的是与传统汞灯相比，395nm光源能提供更大的峰值辐照度。考虑到谱带重叠的可能性，应该能找到一种或多种光引发剂（或者更可能的是光引发剂的组合），可以提供足够的自由基来引发高效的聚合反应，即使是着色体系。
用校准过的基于EIT的“Power PuckⅡ”四波段多功能UV能量计来读取本实验中UV/LED光源特定的输出功率
型光引发剂在光照射后会裂解产生两个自由基，其中只有一个具有反应活性并引发聚合反应。II型光引发剂照射后生成激发态，但必须获取原子或电子来作为聚合反应的引发剂。根据最大吸收来严格判断，最好的光引发剂候选品种是：I型：BDMM、BAPO、TPO、TPO-L、LTM、PMP；2型：ITX、DETX、EHA、EMK和聚合的II型光引发剂。
为验证这一原理，将简单的清漆配方[50%的环氧丙烯酸酯、50%异冰片丙烯酸酯（IBOA）]和不同百分含量添加量的光引发剂混合。在Leneta卡纸上刮涂25微米的薄膜，以45米/分钟的速度在灯下通过。用乙醇往复摩擦来测定以45米/分钟的速度连续通过395nm和365nm的UV/LED光源后的反应程度。
测定后得到的“最佳”结果是将待测漆膜先暴露于长波长395nm的光、然后暴露于较短波长365nm的UV光来促进表面的固化。
结果
1型光引发剂的总体反应活性：
BDMM= TPO> BAPO> PMP> LTM
TPO与BDMM一样快，但黄变程度较低；
只使用MBF，固化很差；
只使用DMHA或BDK，没有固化；
本筛选中没有对2型光引发剂和EMK[4,4'-双(二乙氨基)苯甲酮]分别进行单独测试。
注：虽然MBF本身得到的结果不理想，它确实对其它光引发剂有出色的溶解能力，在固化中可能存在一些协同效应。
光引发剂浓度对反应的影响
在相同的清漆配方中对BDMM绘制了光引发剂的浓度曲线（最高达15%），同时测试固化与线速度（剂量）的关系。

光源与基材距离的影响
UVLED光源被描述为非聚焦型系统，进行测试来研究光源与基材距离对“反应性”的影响（从溶剂往复摩擦推断）。
与基材的距离在4到8毫米之间可以看差异，但是距离更长反应性没有进一步降低。在距离4毫米时得到改进的固化也可能归因于在该距离时温度更高，是110℃，而8mm时的温度为60℃。由于网格的原因，无法实现更短的距离
考虑的其它参数是涂膜厚度/质量和稳定剂对反应的影响。对6至80微米厚的涂层进行了测试，结果证明固化几乎没有差别。一种解释可能是，获得充分的固化需要高浓度的光引发剂和波长为395纳米的光拥有较强的渗透性克服了传统体系中常见的表面固化抑制作用。厚度低于6微米的涂膜表现出差的表面固化效果。在清漆配方中对高达4%的罐内稳定剂进行测试，发现对固化速度没有影响。

结果与建议：清漆体系

当膜厚大于6微米时，添加5%TPO的清漆在速度为45米/分钟时能固化。低于此厚度，涂层表现出严重的来自氧的固化抑制作用。BAPO受到的影响比TPO更大。BDMM和PMP受到的影响比TPO稍微好一点，但它们固化后易黄变，因此通常将它们排除在清漆适合的光引发剂之外。同样预期EMK也将有明显的黄变现象。

加入II型引发剂，可能认为可降低氧的抑制作用，但同样，黄变可能相当严重。结果显示II型光引发剂在LED待测波长区几乎没有反应活性，其中ITX对黄变起主要作用。虽然本研究没有专门进行测试，低质量涂膜的不透明发白可能主要是由于没有II型光引发剂的推动作用，从而导致不完全固化，但由于其加入会导致黄变。
结果和建议：有色体系
在含少量颜料的测试体系中，使用II型光引发剂，在高达45米/分钟的速度时，相对较低质量的膜可以固化。然而，当颜料的量增加到市售印刷密度所需的水平时，所需光引发剂的用量接近20%。颜料含量越低，所需光引发剂的量越低。（喷墨配方的典型的颜料浓度需要的光引发剂的量为5%～8%。）
结论
UVLED非常适合用于喷墨的固化，喷墨通常是高膜厚、低颜料含量和慢固化的体系。丝网印刷油墨和其它类似的低颜料含量、厚膜和慢速装饰体系与喷墨体系相似能够充分固化。柔版油墨及平版印刷油墨是薄膜和高颜料含量，需要相对较慢的运行速度。 深圳市云硕灯业有限公司（www.ysuvled.com）专业固化系统生产厂家 欢迎咨询服务

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