2025 Le guide complet des principes d'application des photo-initiateurs radicaux libres
Réponse rapide : Dans la plupart des systèmes UV, les photoinitiateurs sont sélectionnés en équilibrant la longueur d'onde, la polymérisation en profondeur, le contrôle de la couleur et la vitesse de ligne. Les acheteurs comparent généralement un mélange plutôt qu'un produit isolé.
Le photo-initiateur étant l'une des matières premières clés de la formule de photopolymérisation, il convient de prêter attention à certains principes communs lors de la formulation des applications, tels que : l'adéquation entre le principe et la source lumineuse, l'adéquation entre le principe et le pigment, l'adéquation entre le principe et l'épaisseur du revêtement, le principe de dosage, d'autres principes (principe de solubilité, principe de combinaison, principe de sécurité, principe de prix), etc. Quel que soit le type de principe de correspondance, l'objectif final est le même : concevoir une formulation rentable du produit. Les différentes formulations de la conception des exigences en matière de photo-initiateur sont également très différentes, la sélection spécifique du photo-initiateur, le dosage et la combinaison des expériences spécifiques à déterminer, en particulier maintenant de plus en plus de produits personnalisés, les différentes performances de la formulation du produit nécessitent le photo-initiateur correspondant à celui-ci.
Principes d'adaptation à la source lumineuse : la source lumineuse actuelle de l'industrie de la photopolymérisation est principalement constituée de lampes à mercure ; l'intensité spectrale principale des lampes à mercure conventionnelles à moyenne pression est indiquée dans le tableau 3 ; la figure 10 représente le spectre d'émission UV des lampes à mercure à moyenne pression ; le tableau 3 et la figure 10 montrent que les lampes à mercure de 220 nm à 1300 nm émettent des ondes lumineuses d'intensités différentes. Les lampes à halogénures métalliques sont une catégorie de lampes à mercure qui peuvent renforcer l'intensité de longueurs d'onde spécifiques en ajoutant différents métaux à la lampe à mercure pour modifier les longueurs d'onde d'émission de la lampe. Dans la pratique, elles sont souvent utilisées en conjonction avec des lampes à mercure à moyenne pression conventionnelles. Par conséquent, lors de la conception d'une formule de photopolymérisation, nous devons d'abord tenir compte du type de source lumineuse et choisir le photo-initiateur avec la longueur d'onde correspondante pour différentes sources lumineuses afin de maximiser l'efficacité de l'utilisation du photo-initiateur. Par exemple, la longueur d'onde d'absorption de la lumière du photo-initiateur α-hydroxycétone est courte, la lampe à mercure moyenne pression conventionnelle peut répondre aux besoins de production, mais la longueur d'onde d'absorption de la lumière du photo-initiateur acylphosphine-oxygène et du photo-initiateur thioxanthrone est plus longue et peut atteindre 370nm-400nm, Si la lampe à fer est choisie (renforcement spécifique de la bande 370nm-390nm), l'effet de polymérisation peut être obtenu de manière relativement satisfaisante par rapport à la lampe à mercure moyenne pression conventionnelle.
De nos jours, la technologie des sources lumineuses UV-LED devient de plus en plus mature, en particulier le coût de commercialisation des sources lumineuses de la bande 365nm, 385nm, 395nm, 405nm est de plus en plus bas, et elle présente de nombreux avantages par rapport à la source lumineuse de la lampe à mercure, tels que : économie d'énergie, protection de l'environnement, haute efficacité, santé, longue durée de vie, etc. Les sources lumineuses UV-LED étant des sources lumineuses à longueur d'onde unique, la sélectivité du photo-initiateur est fortement réduite par rapport aux lampes à mercure. Par conséquent, pour la sélection du photo-initiateur de la source de lumière UV-LED, il faut accorder plus d'attention au problème, dans le cas où la conception de la formule de photopolymérisation de la source de lumière UV-LED n'est pas parfaite, l'utilisation de la combinaison de la source de lumière UV-LED + la source de lumière de la lampe à mercure peut également être de différents degrés pour atteindre l'objectif d'économie d'énergie et de protection de l'environnement.
Principe d'adaptation à la couleur : le principe d'adaptation du photo-initiateur à la couleur se réfère principalement à la concordance entre le pic d'absorption UV du photo-initiateur et la fenêtre de transmission de la couleur, ce que l'on appelle la fenêtre de transmission se réfère à l'absorption de la lumière par le pigment/colorant dans une bande d'ondes lumineuses relativement faible, cette bande est propice à la transmission de la lumière UV, et donc à une plus grande action sur le photo-initiateur. Si le pic d'absorption UV du photo-initiateur ne correspond pas bien à la fenêtre de transmission du pigment/colorant, le pigment/colorant entrera en compétition avec le photo-initiateur pour absorber la longueur d'onde correspondante de la lumière UV, ce qui entraînera une diminution de l'efficacité du photo-initiateur, couplée à l'impact de l'agrégation bloquante de l'oxygène, ce qui peut sérieusement conduire à l'absence totale de polymérisation du produit. En outre, dans la pratique, le choix du photo-initiateur doit également correspondre à la couverture du pigment, au dosage, à la taille des particules, etc, par exemple : une forte couverture du pigment entraîne une absorption relativement forte de la lumière, de sorte que le photo-initiateur doit utiliser une partie des produits à forte absorption à la même concentration, mais il convient également d'augmenter la quantité de photo-initiateur ; le dosage du pigment correspondant à la quantité d'initiateur doit également être augmenté de manière appropriée ; la taille des particules du pigment ne favorise pas la pénétration de la lumière, de sorte que l'initiateur doit être sélectionné parmi les produits à forte absorption à la même concentration, ou la quantité d'initiateur doit être augmentée de manière appropriée.
Principe d'adaptation à l'épaisseur du revêtement : le problème de l'épaisseur du revêtement se pose inévitablement dans la pratique. Pour les revêtements épais, il faut veiller à ce que le principe de sélection des couches profondes tienne compte de la couche superficielle, de l'utilisation d'un photo-initiateur à grande longueur d'onde et d'une combinaison de photo-initiateurs à longueur d'onde relativement courte, la quantité d'initiateurs combinés devant également être ajustée en fonction de l'épaisseur du produit final. Pour les revêtements minces, il convient d'accorder une attention particulière à la question du blocage de l'oxygène, dans la sélection des photo-initiateurs, il est préférable d'avoir un certain effet de blocage anti-oxydation du photo-initiateur de type capture d'hydrogène et du photo-initiateur de type craquage utilisés conjointement avec l'augmentation appropriée de la quantité ajoutée, la combinaison la plus typique étant 184 + BP, mais la quantité ajoutée ne doit pas être trop importante, car une quantité trop importante est susceptible d'entraîner un phénomène de protection contre la lumière.
Principe de dosage : qu'il s'agisse d'une source lumineuse à lampe à mercure ou d'une source lumineuse UV-LED, le photo-initiateur dans le processus d'application réel doit non seulement tenir compte de la correspondance avec la source lumineuse, mais aussi de l'impact de l'absorbance, de la quantité d'additif et d'autres facteurs. Le principe de base est que la quantité d'additif doit répondre aux besoins de la polymérisation. Un photo-initiateur à haute activité peut être ajouté pour réduire la quantité d'additif approprié, un photo-initiateur à faible activité peut augmenter la quantité d'additif approprié, mais un photo-initiateur à haute activité et un photo-initiateur à faible activité peuvent également être utilisés conjointement, c'est-à -dire pour répondre aux besoins de la polymérisation et pour équilibrer le coût de la formule. L'augmentation de la quantité de photo-initiateur peut en effet améliorer la vitesse de polymérisation, mais il ne faut pas en ajouter plus, car l'ajout d'une trop grande quantité entraînera de nombreux problèmes, tels que l'apparition d'un phénomène de protection contre la lumière, l'augmentation du degré de couplage des radicaux libres, une température de polymérisation instantanée trop élevée entraînant une déformation du substrat sensible à la chaleur, une vitesse de polymérisation trop rapide ayant un impact négatif sur l'adhérence du produit, un retrait volumétrique accru, une déformation du produit, une réduction du poids moléculaire du produit final, une diminution des propriétés mécaniques globales, une augmentation du coût des matières premières, une diminution de la résistance au vieillissement, une aggravation du jaunissement du produit final, etc.La réduction de la quantité de photo-initiateur peut entraîner des problèmes directs de polymérisation insuffisante, d'augmentation de la consommation d'énergie, d'échec de la performance du produit final, etc.
Bernhard Steyrer et al. ont utilisé une imprimante 3D à 405 nm (DLP) pour comparer les spectres d'absorbance UV de l'Ivocerin (Bis (4-methoxybenzoyl) diethylgermanium, BAPO (819) et TPO-L (les spectres d'absorbance UV des trois photo-initiateurs sont présentés dans la figure 11, dans les mêmes conditions l'Ivocerin et le BAPO ont une absorbance plus élevée par rapport au TPOL dans les mêmes conditions). L'Ivocérine et le BAPO ont montré une forte activité photo-initiatrice à de faibles concentrations, et lorsque l'ajout de photo-initiateur a été augmenté, l'Ivocérine et le BAPO ont montré une protection contre la lumière plus évidente, ce qui a affecté négativement la performance du produit final.
Autres principes (principe de solubilité, principe de combinaison, principe de sécurité, principe de prix).
Principe de solubilité, différentes résines monomères ont une solubilité différente pour les photo-initiateurs, différents photo-initiateurs ont une solubilité différente dans la même résine ou le même monomère, et la solubilité du même initiateur dans la même résine ou le même monomère peut également être différente en fonction des saisons. La solubilité des photo-initiateurs peut souvent être résolue en ajustant le type de résine et de monomère ainsi que la quantité de photo-initiateur ajoutée. À l'heure actuelle, la solubilité des photo-initiateurs à radicaux libres commerciaux conventionnels est relativement faible : 369, 819, PBZ, etc.
Principe de combinaison, chaque photo-initiateur a ses avantages et ses inconvénients uniques, comme le 1173 largement utilisé, bien que l'activité photo-initiatrice soit élevée, bon marché, et bonne compatibilité avec le monomère de résine, mais sa longueur d'onde d'absorption de la lumière est courte, le fond de revêtement épais sec déficient, l'odeur, facile à volatiliser. En comprenant parfaitement les avantages et les inconvénients de chaque photo-initiateur, puis en les combinant efficacement avec l'utilisation des résultats, il est souvent possible d'obtenir 1 + 1 > 2. Combinaison avec l'utilisation du principe général des longueurs d'onde complémentaires, des types de complémentaires, des types de rationalisés, les combinaisons classiques courantes sont : 184 + BP, TPO + 184, 819 + 1173, ITX + 907, BP + EMK, etc.
Principes de sécurité, les photo-initiateurs commerciaux actuels sont plus ou moins nocifs pour l'homme, dans l'utilisation du processus, il faut essayer d'éviter l'utilisation d'odeur, de volatilité, de facilité à sublimer le produit, en plus des débris générés après les résidus d'exposition et les questions de migration doivent également être pris en compte lors de la conception de la formulation, en particulier l'application finale dans l'emballage alimentaire, l'emballage cosmétique, l'emballage pharmaceutique et d'autres produits en contact étroit avec le corps humain. Par rapport aux photo-initiateurs traditionnels à petites molécules, les photo-initiateurs à grandes molécules et les photo-initiateurs polymérisables sont relativement plus sûrs et leur utilisation peut être envisagée dans certaines industries sensibles aux exigences de sécurité. À l'heure actuelle, les photo-initiateurs commerciaux à petites molécules présentent une sécurité relativement élevée 2959 et la CQ (quinone camphrée).
Principe de prix, ces dernières années, avec l'émergence fréquente de politiques de protection de l'environnement, diverses matières premières chimiques ont montré divers degrés de pénurie, l'industrie des photo-initiateurs en 2017, il y a des produits individuels disponibles au prix de la situation, de sorte que dans la conception de la formulation devrait toujours prêter attention aux changements de prix sur le marché et préparer un plan de sauvegarde. Bien que la maximisation des profits des produits est la poursuite des gens, mais parfois il n'est pas le moins cher le prix plus élevé le profit, pour assurer la qualité du produit sous la prémisse d'essayer de choisir photo-initiateur à faible coût pour concevoir un produit rentable reconnu par tout le monde.
Un itinéraire de sélection pratique pour les projets liés aux photoinitiateurs
Lorsque les acheteurs techniques ou les formulateurs évaluent des photoinitiateurs, le cadre de décision le plus utile concerne généralement la qualité de la polymérisation associée à l'adéquation à l'application : quel paquet polymérise de manière fiable, maintient une apparence acceptable et fonctionne toujours sous la lampe, l'épaisseur du film et les conditions du substrat du processus réel.
- Associez d'abord le paquet à la lampe : Les lampes à mercure, les LED UV et les systèmes de lumière visible peuvent classer de la même manière des photoinitiateurs très différents.
- Vérifier la polymérisation en profondeur et la polymérisation de surface séparément : un film sec en apparence peut être faible en dessous.
- Équilibrer le jaunissement avec la réactivité : La voie de polymérisation profonde la plus forte n'est pas toujours le meilleur choix commercial si la couleur ou le risque de migration deviennent inacceptables.
- Utilisez la formule finale comme référence : La charge de pigment, le paquet de monomère et l'épaisseur du film peuvent tous modifier le classement apparent du même initiateur.
Références de produits recommandées
- CHLUMINIT TPO-L: Une référence solide à faible jaunissement pour les systèmes UV orientés LED.
- CHLUMINIT TMO: Un point de comparaison précieux lorsque des discussions sur le jaunissement inférieur ou le remplacement du TPO sont importantes.
- CHLUMINIT 819: Utile lorsqu'une formulation nécessite une absorption plus forte et un soutien à une cure plus profonde.
- CHLUMINIT 184: Un critère de référence classique pour le durcissement rapide des surfaces par radicaux libres dans de nombreux systèmes UV.
FAQ pour les acheteurs et les formulateurs
Pourquoi les mélanges de photoinitiateurs sont-ils si courants ?
Parce qu'un produit peut contrôler le jaunissement ou bien s'adapter à la lampe, tandis qu'un autre améliore la profondeur de durcissement ou les performances en vitesse de ligne, l'ensemble complet est souvent plus performant que n'importe quel grade individuel.
Une polymérisation incomplète doit-elle toujours être résolue en ajoutant plus d'initiateur ?
Pas automatiquement. La limitation réelle peut être la lampe, l'épaisseur du film, la teinte du pigment, ou le reste du système réactif plutôt qu'un simple sous-dosage.
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