Présentation des données relatives aux monomères UV couramment utilisés dans le domaine du jet d'encre UV
Il existe de nombreux types de monomères durcissant à la lumière UV, et la méthode de classification est également compliquée. Par exemple, selon le mécanisme de la réaction de durcissement, ils peuvent être divisés en type de durcissement radicalaire et en type de durcissement cationique ; selon le nombre de groupes fonctionnels impliqués dans la réaction, ils peuvent être divisés en monomère monofonctionnel, bifonctionnel, trifonctionnel et multifonctionnel. Cet article a l'intention d'utiliser les diagrammes suivants pour la classification, en espérant donner un peu d'inspiration ou d'aide aux amis qui sont engagés dans la conception de formules pour jet d'encre UV.
Actuellement, les acrylates et certains monomères contenant de l'azote sont largement utilisés dans les jets d'encre durcissant aux UV. Par conséquent, cet article se concentre également sur le résumé de ces monomères.
Les amis qui sont familiers avec la conception de formulations pour jet d'encre savent que l'odeur du monomère, la dilution et le point Tg sont des données plus importantes.
Quels sont les facteurs habituellement liés à l'odeur des monomères (Odeur) Le poids moléculaire de l'acrylate est faible, mais il n'a pratiquement pas d'odeur. Si vous y réfléchissez bien, vous constaterez que des liaisons hydrogène sont formées entre les molécules, ce qui les rend difficiles à fuir, et nous nous demandons donc si un monomère a une odeur. Plus la pression de vapeur est élevée, plus la substance est facile à émettre, de sorte que la concentration de la substance que nous pouvons recevoir est relativement élevée. Une fois la dose augmentée, le goût s'exprimera facilement. Bien sûr, il y a d'autres facteurs, comme une substance facile à décomposer à température ambiante. Les petits composants moléculaires odorants qui s'échappent auront également une odeur. Les composés contenant des groupes sulfhydryles, bien connus dans l'industrie de la photopolymérisation, devraient appartenir à cette catégorie. En outre, certaines odeurs proviennent des réactions ajoutées au cours du processus de production d'un matériau donné. C'est pourquoi certains fournisseurs de monomères proposent deux ou plusieurs versions de monomères, le plus souvent des monomères sans toluène ou des monomères de haute pureté.
La viscosité du monomère (visqueux), nous pensons généralement que plus la viscosité du monomère est faible, meilleure est la performance de dilution. Dans le système acrylique, la plupart des monomères se conforment à cette règle. La viscosité reflète l'intensité de la force intermoléculaire. À la même température, plus la force intermoléculaire est forte, plus la viscosité est élevée. La force de dilution n'est pas seulement liée à la viscosité du monomère, mais aussi à sa polarité. La viscosité des acrylates à chaînes de carbone de longueur moyenne (C8~C10) n'est pas élevée, mais ils sont parfois utilisés dans les formulations. En plus d'affecter la vitesse de durcissement et la dureté de la couche de film, le plus grand danger caché est que la polarité de la partie de la chaîne de carbone est relativement faible et que la force intermoléculaire entre le monomère et lui-même est faible, de sorte qu'il peut également interagir avec les molécules de résine. La force étant également faible, il est probable que la résine ne puisse pas être bien dissoute après en avoir ajouté, c'est-à-dire que la compatibilité avec le système d'encre peut être problématique.
Tg est la température de transition vitreuse. La signification de ce paramètre est comprise selon la physique des polymères. Il s'agit de la valeur critique de la température à laquelle les maillons de la chaîne du polymère peuvent tourner librement. Elle est différente du point de fusion et du point d'ébullition des petites molécules. Il ne s'agit pas d'un changement soudain de température endothermique et exothermique, mais d'une large gamme de changements de température. Afin de faciliter la caractérisation, la valeur est généralement prise à un certain point de cette plage. Bien entendu, les données de caractérisation sont étroitement liées à la méthode de mesure, de sorte que le même échantillon dans différentes conditions d'essai peut varier considérablement, de sorte que les données de Tg présentées dans l'article suivant ne constituent qu'une référence. Maintenant que nous comprenons la signification de Tg, nous pouvons également comprendre un peu mieux un concept plus important de "trois états et deux transitions" dans les matériaux polymères (strictement parlant, cela concerne les polymères amorphes).
La compréhension de l'état vitreux est similaire à celle du verre que nous avons vu. Le verre est en fait non cristallisé, mais à température ambiante, c'est un système "solide", alors qu'à proprement parler il devrait être "liquide", seules les conditions de température restreignent certains mouvements de ses molécules. Pour un polymère amorphe, lorsqu'il est dans un état vitreux, le "segment" ne peut pas bouger, et il est dans l'état dit "verrouillé". À ce moment-là, le système est aussi dur que le verre.
L'état de haute élasticité est en fait un état dans lequel le "segment de chaîne" peut se déplacer librement, mais la chaîne polymère entière ne peut pas encore glisser. À ce stade, le système présente une bonne élasticité.
L'état d'écoulement visqueux est l'état dans lequel la chaîne de polymère peut se déplacer, comme notre liquide ordinaire. Bien entendu, pour le polymère réticulé, la contrainte n'augmente pas lorsqu'il atteint la température d'écoulement visqueux, car le mouvement de la chaîne de polymère est limité.
"Deux transitions" est le lien entre "état" et "état", comprenant principalement l'état vitreux et l'état viscoélastique. Il n'est pas difficile de comprendre que lorsque l'état vitreux se situe dans une plage de température inférieure, c'est-à-dire lorsque le point Tg dont nous parlons est très bas, il peut se trouver dans un état viscoélastique à température ambiante. "Impossible de passer à travers. Par conséquent, lors de la conception de la formule de l'encre dure, nous espérons que le point Tg est élevé, ce qui permettra un "séchage complet" et une dureté de surface élevée ; lors de la conception de la formule de l'encre molle, c'est un peu plus difficile, et nous espérons que le point Tg de la couche de film durci peut se situer dans la région élastique. Nous espérons que la Tg de la couche de film durcie se situe dans la région élastique, de manière à ce qu'elle ait de meilleures propriétés de traction.
Indice de réfraction : généralement, plus l'indice de réfraction est élevé, meilleure est la brillance, car la lumière est plus facile à réfracter dans les deux sens sur la surface superficielle. En outre, un indice de réfraction élevé peut également contribuer à améliorer la couverture du pigment, mais s'il n'est pas trop élevé, cet effet positif est presque négligeable.
Nous reviendrons plus tard sur ces paramètres.
2. Monomère acrylate monofonctionnel couramment utilisé pour le jet d'encre UV
2.1 Acrylates monofonctionnels avec des chaînes de carbone saturées de différentes longueurs
Le diagramme de structure et le tableau de structure et de données de l'acrylate à chaîne carbonée saturée partiellement pur sont les suivants :
Le tableau 2-1 montre que la valeur Tg des homopolymères ayant différentes longueurs de chaîne de carbone varie considérablement. Lorsque le nombre d'atomes de carbone augmente, la valeur Tg diminue d'abord, puis augmente. Lorsque le nombre d'atomes de carbone augmente jusqu'à une certaine valeur, il constitue le "segment de chaîne" le plus long, et le fait de continuer à augmenter équivaut au "segment de chaîne" suivant, de sorte que la Tg change en conséquence. Examinons plusieurs acrylates avec les isomères n-butyle, iso-butyle et tert-butyle. Nous constatons que le n-butyle a le point Tg le plus bas et le tert-butyle le plus élevé, ce qui signifie que l'encombrement stérique a l'effet inverse. Le mouvement du "segment de chaîne" a une plus grande influence.
En outre, nous examinons le Tg des deux isomères de l'ester décylique. On constate que la longueur d'un "segment de chaîne" est d'environ C5. Si la valeur est plus grande, le point Tg est plus élevé.
Comment appliquer cet acrylate avec différentes chaînes de carbone sur l'encre ?
Nous examinons tout d'abord les données relatives à la pression de vapeur. Les esters éthyliques et butyliques de faible poids moléculaire ont généralement une forte odeur et sont rarement utilisés dans les formulations d'encre. Bien que les esters de décyle et les esters de lauryle avec des chaînes de carbone légèrement plus longues aient une viscosité et une Tg plus faibles, il semble qu'ils puissent être appliqués à l'encre souple pour obtenir une résistance au frottement très douce, mais nous ne devons pas ignorer leur polarité. Ces monomères ne doivent pas être ajoutés en trop grande quantité. En général, ils sont utilisés comme monomères supplémentaires pour la plastification interne. Les monomères sont largement utilisés dans la synthèse des résines adhésives, et la quantité ajoutée n'a pas besoin d'être trop importante. Les monomères sont largement utilisés dans la synthèse des résines adhésives, et il n'est pas nécessaire d'en ajouter une trop grande quantité. Ces monomères sont également utilisés dans l'impression 3D à jet d'encre et, en raison de leur compatibilité, ils donnent aux modèles imprimés un aspect et un toucher cireux.
Parmi les monomères susmentionnés, BA, 2-EHA, ISODA, 2-PHA, LA et SA sont tous disponibles auprès des principaux fabricants de matières premières photodurcissables.
2.2 Acrylates monofonctionnels avec des carbocycles non aromatiques
Outre le groupe hydroxyle de l'alcool, d'autres parties de l'alcool avant l'acrylation ont un anneau formé par des atomes de carbone. Les monomères avec des anneaux carbocycliques sont également utilisés dans le domaine du jet d'encre, mais leur quantité est relativement faible. Nous examinons ci-dessous ses applications possibles en fonction de ses paramètres structurels.
La comparaison de ces trois groupes côte à côte s'explique par le fait que seuls les substituants situés à différentes positions sur le groupe cyclohexyle sont différents, et que l'effet sur la Tg du groupe cyclohexyle est très différent. La différence entre le TMCHA et le TBCHA et le CHA peut être de plusieurs dizaines de degrés Celsius. On peut constater que plus les substituants rigides tels que les groupes méthyles sont directement substitués sur l'anneau, plus le polymère sera "dur" après durcissement. En fait, la structure annulaire saturée présente également l'avantage de la résistance à l'eau et d'un meilleur jaunissement. La résistance à l'eau est bonne parce que la polarité des groupes est faible. D'après l'expérience de "compatibilité similaire", l'effet hydrophobe est évident. La bonne résistance au jaunissement s'explique par le fait qu'il n'est pas comme les monomères contenant une structure de cycle aromatique, qui est facilement oxydée par des facteurs complexes tels que la lumière et la chaleur dans l'environnement au niveau du groupe méthyle substitué par le cycle aromatique pour former une structure "quinone". La conjugaison entraîne un décalage vers le rouge de sa longueur d'onde d'absorption, et il y a une certaine longueur d'onde d'absorption dans la région de la lumière visible, de sorte que le résultat du jaunissement peut être vu macroscopiquement.
Nous examinons ensuite un groupe d'acrylates à structure bi- ou polycyclique. Sans exception, ces acrylates ont une Tg plus élevée et une vitesse de polymérisation relativement plus rapide.
Le plus connu est l'acrylate d'isobornyle (IBOA), qui a une odeur particulière, semblable à celle de l'huile de camphre. La synthèse de ce type de monomère est généralement obtenue à partir de l'oléfine correspondante par catalyse acide de Lewis afin d'obtenir un groupe hydroxyle, puis avec de l'acide acrylique. L'estérification, le processus et les considérations de coût empêchent la pureté de ces produits d'être très élevée. En outre, il existe une série d'acrylates à anneaux, le dicyclopentadiène (DCPA), l'adamantane (Adamantane), mais leur prix n'est pas bon marché, les données correspondantes sont difficiles à collecter de manière exhaustive, et ils doivent être appliqués dans des domaines spéciaux. Seule la structure et certains paramètres sont indiqués à titre de référence.
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