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影響uv光油和LEDuv光油性能的因素有哪些?

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發表時間:2021-10-21 21:43作者:亞展化工

影響uv光油和LEDuv光油性能的因素很多,在這里主要討論一下單體對uv光油和LEDuv光油性能的影響。

UV 上光油因有著快速固化、無溶劑、綠色環保等優點發展迅速,但傳統的 UV 光油普遍采用高壓汞燈或金屬鹵素燈等光源,具有能耗高、產生臭氧等問題,對 UV 上光油的發展造成了一些不利影響。隨著科技的發展,近些年來出現的 UV-LED 固化光油可以克服傳統 UV 光油的高能耗、高熱量和排放臭氧的問題,是目前上光油研究的熱點。 作為 UV-LED 固化光油重要組成成分之一的單體,對光油的流變性和固化膜的性能有重要影響,能否正確合理地選擇單體,是開發 UV-LED 固化光油的關鍵。通過研究不同常用單體對 UV-LED 固化光油性能的影響,為 UV-LED 固化光油的進一步發展提供理論依據,以期推動 UV-LED 固化光油的市場應用。

1 實驗

1.1 材料和設備

主要材料:預聚物為二官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯;環三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯(CTFA),相對分子質量為 200,粘度為 10~25 mPa·s,己二醇二丙烯酸酯(HDDA),相對分子質量為 226,粘度為 5~10 mPa·s,二縮三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA),相對分子質量為 300,粘度為 10~18 mPa·s,三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),相對分子質量為 296,粘度為70~120 mPa·s;2, 4, 6-三甲基苯甲?;⑺嵋阴?TPO),苯基雙(2, 4, 6-三甲基苯甲?;┭趸?819);流平劑 BYK-UV3510,畢克化學有限公司;白卡紙(定量為 220 g/cm2),轉移紙(定量為 230 g/cm2),


主要設備:DT-200B 型電子計數天平,常熟金羊砝碼儀器有限公司;手持溫變粘度計;K100 型表面張力儀,德國 KRUSS;磁力加熱攪拌器,上海司樂儀器有限公司;QTY-32 漆膜彎曲試驗儀,天津永利達;UV-LED 固化光源(365 nm),上海依瓦塔;百格刀;3M 膠帶,3M 中國有限公司;手涂型絲棒(24 μm),穎旭化工機械(上海)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 光油制備

按照 UV-LED 固化光油的基本配方,控制光油其他組分比例不變,只改變單體種類,即分別加入相同質量的 CTFA,TPGDA,HDDA 和 TMPTA,在燒杯中混合,用磁力攪拌器在 25 ℃下攪拌至均勻混合,制得光油。

1.2.2 性能測試

1)粘度。室溫下使用手持溫變粘度計和巖田 2號粘度杯進行測試。

2)表面張力。將表面張力儀的溫度參數設為25 ℃,選用吊環法進行測試。

3)固化速度。室溫下用絲棒將光油涂布到轉移紙上(光油層厚度約為 24 um),經過 UV-LED 燈照射一次后(輻射功率為 4 W/cm2),按壓光油表面,觀察光油上是否有指紋,感覺是否粘手。感覺到粘手且有明顯指紋說明光油固化不完全,此時,降低傳送速度,重新涂布照射,直到固化完全。以傳送帶速度來表征 UV-LED 固化光油的固化速度,固化速度越大,說明光油的固化性能越好。

4)附著力。室溫下將光油樣品用手涂型絲棒涂布在轉移紙上(光油層厚度約為 24um),經過

UV-LED 固化光源照射固化(輻射功率為 4 W/cm2),使用劃格法測試光油樣品的附著力。用百格刀劃10×10 個 1 mm×1 mm 的方格,然后用手抓住 3M 膠帶一端,保持垂直,迅速扯掉膠帶,參照 GB/T 9286—98,將附著力分為 6 個等級(0~5)。0~5 級的脫落面積分別為 0,0~5%,5%~15%,15%~35%,35%~65%,65%~100%。

5)柔韌性。室溫下將光油樣品用手涂型絲棒涂布在白卡紙上(光油層厚度約為 24 ?m),經過

UV-LED 固化光源照射固化(輻射功率為 4 W/cm2),使用 QTY-32 漆膜彎曲實驗儀測試柔韌性,膜層首次彎曲斷裂時所用的軸承的直徑即樣品柔韌性的表征。

2 結果與討論

2.1 粘度

粘度是指流體流動的阻力,也被稱為內摩擦力,是評價 UV-LED 固化光油的重要參數,其大小直接影響光油能否順利涂布到基材上。分別測試不同單體制成的光油的粘度??梢钥闯?,單體種類不同,所制成光油的粘度也不盡相同。一般來說,光油的粘度受單體官能團數目影響,單體官能團越大,相對分子質量越大,促使光油粘度增大。實驗發現 CTFA 制成的光油粘度僅次于 TMPTA 制成的光油粘度,HDDA 制成的光油粘度最小。這主要與CTFA 本身的結構有關,CTFA 含有一環狀三烴甲基,使其分子結構更加緊湊,并且其自身粘度僅次于TMPTA,因此單官的 CTFA 所制光油的粘度反而大于雙官能團單體 HDDA 和 TPGDA 所制的光油。TPGDA 和 HDDA 都為直鏈結構,但 TPGDA 相對分子質量較大,主鏈較長,支鏈間纏繞的機會就多,分子間作用力較大,因此 TPGDA 的粘度大于 HDDA 的粘度。

2.2 表面張力

表面張力表征的是液體表面相鄰 2 個部分之間的相互牽引力,合適的表面張力對光油的性能有重要的影響。分別測試不同單體制成的光油的表面張力,可以看出,單體的種類不同,所制成的光油的表面張力也各不相同,但差別不大。表面張力具有使液體表面積收縮到最小的趨勢,單體分子間作用力越大,這種趨勢越明顯,表面張力也就越大。TMPTA 擁有立體狀的分子結構,且支鏈較長,光油內部分子間吸引力大,因而表面張力**;HDDA 和TPGDA 都為直鏈結構,表面張力非常相近,但由于TPGDA 比 HDDA 多了 2 個乙氧基,相對分子質量較大,使光油內部分子間作用力相對較大,相應地,其表面張力略大一些;CTFA 分子鏈較短,且相對分子質量較小,所制光油的表面張力最小。

2.3 固化速度

固化速度表征的是光油在印刷介質上固化成膜的速率,它是光油固化成膜過程中非常重要的表征。較高的固化速度對 UV-LED 光油的干燥成膜以及印刷品的質量是非常重要的。由表 1 可以看出,CTFA 所制光油的固化速度最小,TMPTA 所制光油的固化速度**。單官能體 CTFA 僅有 1 個反應基團,導致光固化速率較低;三官能團單體 TMPTA 含有 3 個反應性基團,光固化

反應活性較高,固化速度較大。

2.4 附著力

附著力是指光油膜層與印刷油墨層的結合力,對UV-LED 固化光油的性能有著重要影響。分別測試不同單體種類制成的光油的附著力,結果如表 1??梢钥闯?,CTFA 和 HDDA 制成的光油的附著力**,TMPTA 制成的光油的附著力最差。 附著力**的單體與附著力最差的單體的對比

,可以看到,附著力**的光油在切口交叉處光油層僅有少許脫落,而附著力最差的光油涂層沿切割邊緣大碎片剝落,甚至一些方格部分全部脫落。單官能團單體只含有 1 個光活性基團,在光固化反應中不會產生交聯點,使反應體系交聯密度下降,經光固化反應后形成線性而不是交聯的高聚物[12],因此CTFA 的附著力較好。TMPTA 固化產物為網狀結構,交聯密度大,不利于分子鏈的擴散,使固化膜層的附著力變差。

2.5 柔韌性

柔韌性是衡量光油性能的重要指標之一,直接影響著印后加工的精細程度和印刷品的質量。分別測試不同單體種類制成的光油的柔韌性??梢钥闯?,隨著單體官能團的增加,光油的柔韌性逐漸下降。光固化過程中,碳碳雙鍵轉化成單鍵,分子間距變小,密度增加,會造成體積收縮,光油固化膜的柔韌性下降。單官能團的單體中碳碳雙鍵含量低,固化后交聯點較少,強度不高,柔性較好。HDDA和 TPGDA 都為雙官能團單體,直鏈結構,因此柔韌性相差不大;TMPTA 含有的不飽和雙鍵較多,結構立體,固化后交聯密度大,柔性較差。

3 UV-LED 固化光油的性能測試

根據以上實驗結果,發現 TMPTA 反應活性較高,可賦予光油固化膜一定的硬度和耐磨性,HDDA 有較強的稀釋能力,可有效調節 UV-LED 固化光油的粘度,因此選用這 2 種單體進行復配,控制光油的粘度,改變單體比例,進行多次復配實驗,發現當 TMPTA與 HDDA 的質量比為 3 :7 時,所配制的 UV-LED 光油綜合性能較好,測得其粘度為 368 mPa·s,表面張力為為21.58 mN/m,固化速度為 75 m/min,附著力為 2,柔韌性為 10 mm,可滿足市場上對光油的性能要求。

4 結語

單體對 UV-LED 固化光油的性能有很大影響:一般隨著單體官能團的增加,光油的粘度、表面張力和固化速度隨之增大,光油固化膜的附著力和柔韌性隨之減少,但由于 CTFA 有一環狀支鏈,本身粘度較大,導致所配光油的粘度較大;單體對光油表面張力的影響不太顯著,4 種單體所配光油的表面張力差別不大;復配單體 TMPTA 和 HDDA 的質量比為 3 :7 時,所配制的 UV-LED 的光油綜合性能較好,測得其粘度為368 mPa·s,表面張力為 21.58 mN/m,固化速度為 75 m/min,附著力為 2,柔韌性為 10 mm,可滿足市場上對光油的性能要求。廣州市亞展化工從業多年關于uv光油和LEDuv光油行業,為您解答更多疑惑與問題。




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