Einführung von Daten über häufig verwendete UV-Monomere im UV-Tintenstrahl
Es gibt viele Arten von UV-Licht härtenden Monomeren, und die Klassifizierungsmethode ist ebenfalls kompliziert. Nach dem Mechanismus der Aushärtungsreaktion können sie beispielsweise in radikalisch härtende und kationisch härtende Monomere unterteilt werden; nach der Anzahl der an der Reaktion beteiligten funktionellen Gruppen können sie in monofunktionale, bifunktionale, trifunktionale und multifunktionale Monomere unterteilt werden. In diesem Artikel sollen die folgenden Diagramme zur Klassifizierung verwendet werden, in der Hoffnung, Freunden, die sich mit der Entwicklung von UV-Tintenstrahlformulierungen befassen, eine Inspiration oder Hilfe zu geben.
Gegenwärtig sind Acrylate und einige stickstoffhaltige Monomere in UV-härtbaren Tintenstrahldruckern weit verbreitet. Daher konzentriert sich dieser Artikel auch auf eine Zusammenfassung dieser Monomere.
Freunde, die mit der Entwicklung von Tintenstrahlformulierungen vertraut sind, wissen, dass Monomergeruch, Verdünnung und Tg-Punkt die wichtigeren Daten sind.
Welche Faktoren hängen in der Regel mit dem Geruch von Monomeren zusammen (Geruch) Das Molekulargewicht des Acrylats ist klein, aber es hat fast keinen Geruch. Wenn man genau darüber nachdenkt, stellt man fest, dass sich zwischen den Molekülen Wasserstoffbrückenbindungen bilden, die ein Entweichen erschweren, so dass wir darüber nachdenken, ob ein Monomer einen Geruch hat, wenn es groß ist. Je höher der Dampfdruck ist, desto leichter kann die Substanz entweichen, so dass die Konzentration der Substanz, die wir aufnehmen können, relativ hoch ist. Wenn die Dosis hoch ist, wird der Geschmack leicht herauskommen. Natürlich spielen auch andere Faktoren eine Rolle, z. B. eine Substanz, die sich bei Raumtemperatur leicht zersetzen lässt. Die geruchsintensiven kleinmolekularen Bestandteile, die entweichen, sind ebenfalls geruchsintensiv. Verbindungen mit Sulfhydrylgruppen, die in der Lichthärtungsindustrie gut bekannt sind, sollten zu dieser Kategorie gehören. Darüber hinaus stammen einige Gerüche aus den Reaktionen, die bei der Herstellung eines bestimmten Materials hinzugefügt werden. Daher bieten einige Monomerlieferanten zwei oder mehrere Versionen von Monomeren an, in der Regel toluolfreie oder hochreine Monomere.
Die Viskosität des Monomers (Viskosität): Je niedriger die Viskosität des Monomers, desto besser die Verdünnungsleistung. Im Acrylatsystem entsprechen die meisten Monomere einer solchen Regel. Die Viskosität spiegelt die Stärke der intermolekularen Kraft wider. Je stärker die intermolekulare Kraft bei gleicher Temperatur ist, desto höher ist die Viskosität. Die Verdünnungskraft hängt nicht nur von der Viskosität des Monomers ab, sondern auch von der Polarität des Monomers. Die Viskosität von Acrylaten mit mittellangen Kohlenstoffketten (C8~C10) ist nicht hoch, wird aber manchmal in Formulierungen verwendet. Neben der Beeinträchtigung der Aushärtungsgeschwindigkeit und der Härte der Filmschicht besteht die größte versteckte Gefahr darin, dass die Polarität des Kohlenstoffkettenanteils relativ gering ist und die intermolekulare Kraft zwischen dem Monomer und ihm selbst gering ist, so dass es auch mit den Harzmolekülen interagieren kann. Die Kraft ist ebenfalls gering, und es ist wahrscheinlich, dass sich das Harz nach der Zugabe von mehr Harz nicht gut auflösen lässt, d. h. die Kompatibilität mit dem Tintensystem kann problematisch sein.
Tg ist die Glasübergangstemperatur. Die Bedeutung dieses Parameters wird in der Polymerphysik verstanden. Es handelt sich um den kritischen Wert der Temperatur, bei dem die Kettenglieder im Polymer gerade noch frei rotieren können. Er unterscheidet sich vom Schmelzpunkt und Siedepunkt kleiner Moleküle. Es handelt sich nicht um eine Die plötzliche Änderung der endothermen und exothermen Temperatur ist ein breiter Bereich von Temperaturänderungen. Um die Charakterisierung zu erleichtern, wird der Wert normalerweise an einem bestimmten Punkt in diesem Bereich genommen. Natürlich stehen die Charakterisierungsdaten in engem Zusammenhang mit der Messmethode, so dass die gleiche Probe unter verschiedenen Testbedingungen sehr unterschiedlich sein kann. Die im folgenden Artikel vorgestellten Tg-Daten sind daher nur eine Referenz. Nachdem wir nun die Bedeutung von Tg verstanden haben, können wir auch ein etwas tieferes Verständnis des wichtigeren Konzepts der "drei Zustände und zwei Übergänge" in Polymermaterialien gewinnen (streng genommen gilt dies für amorphe Polymere).
Das Verständnis des Glaszustandes ist ähnlich wie beim Glas, das wir gesehen haben. Das Glas ist eigentlich nicht kristallisiert, aber bei Raumtemperatur ist es ein "festes" System, aber streng genommen sollte es "flüssig" sein, nur die Temperaturbedingungen schränken die Bewegung der Moleküle ein. Wenn sich ein amorphes Polymer im Glaszustand befindet, kann sich das "Segment" nicht bewegen und es befindet sich im so genannten verschlossenen Zustand. Zu diesem Zeitpunkt ist das System so hart wie Glas.
Der hochelastische Zustand ist eigentlich ein Zustand, in dem sich das "Kettensegment" frei bewegen kann, aber die gesamte Polymerkette noch nicht gleiten kann. Zu diesem Zeitpunkt hat das System eine gute Elastizität.
Der viskose Fließzustand ist der Zustand, in dem sich die Polymerkette bewegen kann, ähnlich wie unsere gewöhnliche Flüssigkeit. Natürlich nimmt die Spannung bei vernetzten Polymeren nicht zu, wenn sie die Temperatur des viskosen Fließens erreichen, da die Bewegung der Polymerkette eingeschränkt ist.
"Zwei Übergänge" ist die Verbindung zwischen "Zustand" und "Zustand", die hauptsächlich den Glaszustand und den viskoelastischen Zustand umfasst. Es ist nicht schwer zu verstehen, dass, wenn der Glaszustand in einem niedrigeren Temperaturbereich liegt, d. h. wenn der Tg-Punkt, über den wir sprechen, sehr niedrig ist, er sich bei Raumtemperatur in einem viskoelastischen Zustand befinden kann. "Da kommt man nicht durch". Daher hoffen wir bei der Entwicklung der Formel für harte Tinte, dass der Tg-Punkt hoch ist, so dass sie "gründlich trocknet" und die Oberflächenhärte ebenfalls hoch ist; bei der Entwicklung der Formel für weiche Tinte ist es etwas schwieriger, und wir hoffen, dass der Tg-Punkt der ausgehärteten Filmschicht im elastischen Bereich liegen kann. So kann sie bessere Dehnungseigenschaften haben.
Brechungsindex: Je höher der Brechungsindex, desto besser der Glanz, weil sich das Licht an der Oberfläche leichter hin- und herbewegen kann. Darüber hinaus kann ein hoher Brechungsindex auch dazu beitragen, die Deckkraft des Pigments zu verbessern, aber wenn er nicht zu hoch ist, ist dieser positive Effekt fast vernachlässigbar.
Auf diese Parameter werden wir später näher eingehen.
2. Im UV-Tintenstrahlverfahren üblicherweise verwendetes monofunktionelles Acrylatmonomer
2.1 Monofunktionelle Acrylate mit gesättigten Kohlenstoffketten unterschiedlicher Länge
Das Strukturdiagramm sowie die Struktur- und Datentabelle von teilweise reinem gesättigtem Kohlenstoffkettenacrylat lauten wie folgt:
Aus Tabelle 2-1 geht hervor, dass die Tg von Homopolymeren mit unterschiedlichen Kohlenstoffkettenlängen stark variiert. Mit zunehmender Anzahl der Kohlenstoffatome sinkt der Tg-Wert zunächst und steigt dann an. Wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome bis zu einem bestimmten Wert ansteigt, stellt dies einen längsten "Kettenabschnitt" dar, und ein weiterer Anstieg entspricht dem nächsten "Kettenabschnitt", so dass sich die Tg entsprechend ändert. Betrachten wir verschiedene Acrylate mit den Isomeren n-Butyl, iso-Butyl und tert-Butyl. Wir stellen fest, dass n-Butyl den niedrigsten Tg-Punkt und tert-Butyl den höchsten hat, was bedeutet, dass die sterische Hinderung den entgegengesetzten Effekt hat. Die Bewegung des "Kettensegments" hat einen größeren Einfluss.
Darüber hinaus betrachten wir die Tg der beiden Decylester-Isomere. Es ist zu erkennen, dass die Länge eines "Kettensegments" etwa C5 beträgt. Ist der Wert größer, ist der Tg-Punkt höher.
Wie bringt man dieses Acrylat mit unterschiedlichen Kohlenstoffketten auf die Tinte auf?
Als erstes untersuchen wir die Dampfdruckdaten. Ethyl- und Butylester mit kleineren Molekulargewichten haben in der Regel einen starken Geruch und werden selten in Tintenformulierungen verwendet. Obwohl Decylester und Laurylester mit etwas längeren Kohlenstoffketten eine niedrigere Viskosität und einen niedrigeren Tg-Wert aufweisen, scheint es, dass sie in weicher Tinte verwendet werden können, um eine sehr weiche und abriebfeste Farbe zu erhalten, aber wir sollten ihre Polarität nicht außer Acht lassen. Solche Monomere sollten nicht zu viel zugesetzt werden. Im Allgemeinen werden sie als zusätzliche Monomere für die interne Plastifizierung verwendet. Monomere werden häufig bei der Synthese von Klebstoffharzen verwendet, und die Zugabemenge muss nicht zu hoch sein. Der eine Grund ist die gerade erwähnte Kompatibilität, der andere ist, dass bei einer großen Zugabemenge die Aushärtung langsam erfolgt. Diese Monomere werden auch beim 3D-Tintenstrahldruck verwendet, und aufgrund ihrer Kompatibilität verleihen sie den gedruckten Modellen ein wachsartiges Aussehen und Gefühl.
Von den oben genannten Monomeren sind BA, 2-EHA, ISODA, 2-PHA, LA und SA bei den großen Herstellern von lichthärtenden Rohstoffen erhältlich.
2.2 Monofunktionelle Acrylate mit nichtaromatischen Carbocyclen
Neben der alkoholischen Hydroxylgruppe haben andere Teile des Alkohols vor der Acrylierung einen aus Kohlenstoffatomen bestehenden Ring. Monomere mit carbocyclischen Ringen werden auch im Bereich des Tintenstrahldrucks verwendet, allerdings ist die Menge relativ gering. Im Folgenden werden die möglichen Anwendungen im Hinblick auf ihre strukturellen Parameter erörtert.
Wenn man diese drei nebeneinander vergleicht, liegt das daran, dass nur die Substituenten an den verschiedenen Positionen der Cyclohexylgruppe unterschiedlich sind, und die Auswirkungen auf die Tg der Cyclohexylgruppe sind sehr unterschiedlich. Der Unterschied zwischen TMCHA und TBCHA und CHA kann mehrere zehn Grad Celsius betragen. Je starrer Substituenten wie Methylgruppen direkt am Ring substituiert sind, desto "härter" wird das Polymer nach der Aushärtung sein. Tatsächlich hat die gesättigte Ringstruktur auch den Vorteil der Wasserbeständigkeit und der besseren Vergilbung. Die Wasserbeständigkeit ist gut, weil die Polarität der Gruppen gering ist. Nach den Erfahrungen mit "ähnlicher Kompatibilität" ist der hydrophobe Effekt offensichtlich. Die gute Vergilbungsbeständigkeit ist darauf zurückzuführen, dass es sich nicht um Monomere mit einer aromatischen Ringstruktur handelt, die durch komplexe Faktoren wie Licht und Wärme in der Umgebung leicht an der Methylgruppe oxidiert werden, die durch den aromatischen Ring ersetzt wird und eine "Chinon"-Struktur bildet. Die Konjugation führt zu einer Rotverschiebung seiner Absorptionswellenlänge und zu einer gewissen Wellenlängenabsorption im Bereich des sichtbaren Lichts, so dass das Ergebnis der Vergilbung makroskopisch zu sehen ist.
Als nächstes betrachten wir eine Gruppe von Acrylaten mit bi- oder polyzyklischen Strukturen. Diese Acrylate haben ausnahmslos eine höhere Tg und eine relativ schnellere Aushärtungsgeschwindigkeit.
Das bekannteste ist Isobornylacrylat (IBOA), das einen besonderen Geruch hat, der an Kampferöl erinnert. Die Synthese dieses Monomertyps erfolgt in der Regel aus dem entsprechenden Olefin durch Lewis-Säure-Katalyse, um die Hydroxylgruppe zu erhalten, und wird mit Acrylsäure durchgeführt. Aufgrund von Veresterungs-, Verfahrens- und Kostenerwägungen ist der Reinheitsgrad solcher Produkte nicht sehr hoch. Darüber hinaus gibt es Dicyclopentadien (DCPA), Adamantan (Adamantane) Reihe von Acrylaten mit Ringen, aber der Preis ist nicht billig, die entsprechenden Daten sind schwer zu sammeln umfassend, sollte es in speziellen Bereichen angewendet werden. Nur die Struktur und einige Parameter sind als Referenz aufgeführt.
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