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影响uv光油和LEDuv光油性能的因素有哪些?

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发表时间:2021-10-21 21:43作者:亚展化工

影响uv光油和LEDuv光油性能的因素很多,在这里主要讨论一下单体对uv光油和LEDuv光油性能的影响。

UV 上光油因有着快速固化、无溶剂、绿色环保等优点发展迅速,但传统的 UV 光油普遍采用高压汞灯或金属卤素灯等光源,具有能耗高、产生臭氧等问题,对 UV 上光油的发展造成了一些不利影响。随着科技的发展,近些年来出现的 UV-LED 固化光油可以克服传统 UV 光油的高能耗、高热量和排放臭氧的问题,是目前上光油研究的热点。 作为 UV-LED 固化光油重要组成成分之一的单体,对光油的流变性和固化膜的性能有重要影响,能否正确合理地选择单体,是开发 UV-LED 固化光油的关键。通过研究不同常用单体对 UV-LED 固化光油性能的影响,为 UV-LED 固化光油的进一步发展提供理论依据,以期推动 UV-LED 固化光油的市场应用。

1 实验

1.1 材料和设备

主要材料:预聚物为二官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯;环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯(CTFA),相对分子质量为 200,粘度为 10~25 mPa·s,己二醇二丙烯酸酯(HDDA),相对分子质量为 226,粘度为 5~10 mPa·s,二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA),相对分子质量为 300,粘度为 10~18 mPa·s,三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),相对分子质量为 296,粘度为70~120 mPa·s;2, 4, 6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯(TPO),苯基双(2, 4, 6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(819);流平剂 BYK-UV3510,毕克化学有限公司;白卡纸(定量为 220 g/cm2),转移纸(定量为 230 g/cm2),


主要设备:DT-200B 型电子计数天平,常熟金羊砝码仪器有限公司;手持温变粘度计;K100 型表面张力仪,德国 KRUSS;磁力加热搅拌器,上海司乐仪器有限公司;QTY-32 漆膜弯曲试验仪,天津永利达;UV-LED 固化光源(365 nm),上海依瓦塔;百格刀;3M 胶带,3M 中国有限公司;手涂型丝棒(24 μm),颖旭化工机械(上海)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 光油制备

按照 UV-LED 固化光油的基本配方,控制光油其他组分比例不变,只改变单体种类,即分别加入相同质量的 CTFA,TPGDA,HDDA 和 TMPTA,在烧杯中混合,用磁力搅拌器在 25 ℃下搅拌至均匀混合,制得光油。

1.2.2 性能测试

1)粘度。室温下使用手持温变粘度计和岩田 2号粘度杯进行测试。

2)表面张力。将表面张力仪的温度参数设为25 ℃,选用吊环法进行测试。

3)固化速度。室温下用丝棒将光油涂布到转移纸上(光油层厚度约为 24 um),经过 UV-LED 灯照射一次后(辐射功率为 4 W/cm2),按压光油表面,观察光油上是否有指纹,感觉是否粘手。感觉到粘手且有明显指纹说明光油固化不完全,此时,降低传送速度,重新涂布照射,直到固化完全。以传送带速度来表征 UV-LED 固化光油的固化速度,固化速度越大,说明光油的固化性能越好。

4)附着力。室温下将光油样品用手涂型丝棒涂布在转移纸上(光油层厚度约为 24um),经过

UV-LED 固化光源照射固化(辐射功率为 4 W/cm2),使用划格法测试光油样品的附着力。用百格刀划10×10 个 1 mm×1 mm 的方格,然后用手抓住 3M 胶带一端,保持垂直,迅速扯掉胶带,参照 GB/T 9286—98,将附着力分为 6 个等级(0~5)。0~5 级的脱落面积分别为 0,0~5%,5%~15%,15%~35%,35%~65%,65%~100%。

5)柔韧性。室温下将光油样品用手涂型丝棒涂布在白卡纸上(光油层厚度约为 24 m),经过

UV-LED 固化光源照射固化(辐射功率为 4 W/cm2),使用 QTY-32 漆膜弯曲实验仪测试柔韧性,膜层首次弯曲断裂时所用的轴承的直径即样品柔韧性的表征。

2 结果与讨论

2.1 粘度

粘度是指流体流动的阻力,也被称为内摩擦力,是评价 UV-LED 固化光油的重要参数,其大小直接影响光油能否顺利涂布到基材上。分别测试不同单体制成的光油的粘度。可以看出,单体种类不同,所制成光油的粘度也不尽相同。一般来说,光油的粘度受单体官能团数目影响,单体官能团越大,相对分子质量越大,促使光油粘度增大。实验发现 CTFA 制成的光油粘度仅次于 TMPTA 制成的光油粘度,HDDA 制成的光油粘度最小。这主要与CTFA 本身的结构有关,CTFA 含有一环状三烃甲基,使其分子结构更加紧凑,并且其自身粘度仅次于TMPTA,因此单官的 CTFA 所制光油的粘度反而大于双官能团单体 HDDA 和 TPGDA 所制的光油。TPGDA 和 HDDA 都为直链结构,但 TPGDA 相对分子质量较大,主链较长,支链间缠绕的机会就多,分子间作用力较大,因此 TPGDA 的粘度大于 HDDA 的粘度。

2.2 表面张力

表面张力表征的是液体表面相邻 2 个部分之间的相互牵引力,合适的表面张力对光油的性能有重要的影响。分别测试不同单体制成的光油的表面张力,可以看出,单体的种类不同,所制成的光油的表面张力也各不相同,但差别不大。表面张力具有使液体表面积收缩到最小的趋势,单体分子间作用力越大,这种趋势越明显,表面张力也就越大。TMPTA 拥有立体状的分子结构,且支链较长,光油内部分子间吸引力大,因而表面张力**;HDDA 和TPGDA 都为直链结构,表面张力非常相近,但由于TPGDA 比 HDDA 多了 2 个乙氧基,相对分子质量较大,使光油内部分子间作用力相对较大,相应地,其表面张力略大一些;CTFA 分子链较短,且相对分子质量较小,所制光油的表面张力最小。

2.3 固化速度

固化速度表征的是光油在印刷介质上固化成膜的速率,它是光油固化成膜过程中非常重要的表征。较高的固化速度对 UV-LED 光油的干燥成膜以及印刷品的质量是非常重要的。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**。单官能体 CTFA 仅有 1 个反应基团,导致光固化速率较低;三官能团单体 TMPTA 含有 3 个反应性基团,光固化

反应活性较高,固化速度较大。

2.4 附着力

附着力是指光油膜层与印刷油墨层的结合力,对UV-LED 固化光油的性能有着重要影响。分别测试不同单体种类制成的光油的附着力,结果如表 1。可以看出,CTFA 和 HDDA 制成的光油的附着力**,TMPTA 制成的光油的附着力最差。 附着力**的单体与附着力最差的单体的对比

,可以看到,附着力**的光油在切口交叉处光油层仅有少许脱落,而附着力最差的光油涂层沿切割边缘大碎片剥落,甚至一些方格部分全部脱落。单官能团单体只含有 1 个光活性基团,在光固化反应中不会产生交联点,使反应体系交联密度下降,经光固化反应后形成线性而不是交联的高聚物[12],因此CTFA 的附着力较好。TMPTA 固化产物为网状结构,交联密度大,不利于分子链的扩散,使固化膜层的附着力变差。

2.5 柔韧性

柔韧性是衡量光油性能的重要指标之一,直接影响着印后加工的精细程度和印刷品的质量。分别测试不同单体种类制成的光油的柔韧性。可以看出,随着单体官能团的增加,光油的柔韧性逐渐下降。光固化过程中,碳碳双键转化成单键,分子间距变小,密度增加,会造成体积收缩,光油固化膜的柔韧性下降。单官能团的单体中碳碳双键含量低,固化后交联点较少,强度不高,柔性较好。HDDA和 TPGDA 都为双官能团单体,直链结构,因此柔韧性相差不大;TMPTA 含有的不饱和双键较多,结构立体,固化后交联密度大,柔性较差。

3 UV-LED 固化光油的性能测试

根据以上实验结果,发现 TMPTA 反应活性较高,可赋予光油固化膜一定的硬度和耐磨性,HDDA 有较强的稀释能力,可有效调节 UV-LED 固化光油的粘度,因此选用这 2 种单体进行复配,控制光油的粘度,改变单体比例,进行多次复配实验,发现当 TMPTA与 HDDA 的质量比为 3 :7 时,所配制的 UV-LED 光油综合性能较好,测得其粘度为 368 mPa·s,表面张力为为21.58 mN/m,固化速度为 75 m/min,附着力为 2,柔韧性为 10 mm,可满足市场上对光油的性能要求。

4 结语

单体对 UV-LED 固化光油的性能有很大影响:一般随着单体官能团的增加,光油的粘度、表面张力和固化速度随之增大,光油固化膜的附着力和柔韧性随之减少,但由于 CTFA 有一环状支链,本身粘度较大,导致所配光油的粘度较大;单体对光油表面张力的影响不太显著,4 种单体所配光油的表面张力差别不大;复配单体 TMPTA 和 HDDA 的质量比为 3 :7 时,所配制的 UV-LED 的光油综合性能较好,测得其粘度为368 mPa·s,表面张力为 21.58 mN/m,固化速度为 75 m/min,附着力为 2,柔韧性为 10 mm,可满足市场上对光油的性能要求。广州市亚展化工从业多年关于uv光油和LEDuv光油行业,为您解答更多疑惑与问题。




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