Che cos'è la resina UV a base d'acqua?
Quick answer: In most UV systems, photoinitiators are selected by balancing wavelength fit, through-cure, color control, and line speed. Buyers usually compare a blended package instead of one isolated product.
Alla fine degli anni '60, la tecnologia di polimerizzazione a raggi ultravioletti (UV) è stata sviluppata e applicata all'industria delle resine da rivestimento come nuovo tipo di tecnologia verde. Il mio Paese ha iniziato a entrare nel campo dei rivestimenti fotopolimerizzabili negli anni '70 e negli ultimi anni si è sviluppato e applicato rapidamente. La resina UV è il componente principale del sistema di fotopolimerizzazione. Si tratta di un oligomero che, dopo essere stato irradiato dalla luce ultravioletta, può subire cambiamenti fisici e chimici in un breve periodo di tempo e viene rapidamente reticolato e polimerizzato. Dopo l'indurimento del rivestimento UV, le proprietà di base del film di rivestimento dipendono in larga misura dal suo principale materiale di formazione del film, la resina UV, e le proprietà della resina UV sono determinate dal polimero macromolecolare che costituisce la resina, dalla struttura molecolare, dal peso molecolare e dal peso molecolare del polimero. La densità del doppio legame e la temperatura di transizione vetrosa influiscono sulle proprietà della resina. Le resine UV tradizionali a base di olio hanno un peso molecolare elevato e un'alta viscosità, e sono insufficienti per il controllo del processo di rivestimento e delle prestazioni del film di vernice. I diluenti reattivi a base di acrilato contengono doppi legami insaturi e hanno una bassa viscosità. Aggiunti ai sistemi di polimerizzazione UV, possono ridurre la viscosità della resina, aumentarne la densità di reticolazione e migliorare le proprietà della pellicola della resina, per cui sono ampiamente utilizzati. Tuttavia, la maggior parte dei diluenti attivi è tossica e irritante per la pelle, le mucose e gli occhi dell'uomo. Inoltre, è difficile che i diluenti reagiscano completamente durante l'irradiazione UV e i monomeri residui influiscono direttamente sulle prestazioni a lungo termine del film polimerizzato. prestazioni, il che limita la sua applicazione nei materiali di imballaggio per i prodotti per l'igiene alimentare.
La resina UV a base d'acqua eredita e sviluppa le caratteristiche delle vernici UV tradizionali e delle vernici a base d'acqua e presenta i vantaggi della sicurezza e della protezione dell'ambiente, del risparmio energetico e dell'alta efficienza, della viscosità regolabile, del rivestimento sottile e del basso costo. In particolare, la resina UV all'acqua è una dispersione acquosa ad alto peso molecolare la cui viscosità può essere regolata dall'acqua, evitando così i danni dei diluenti reattivi e risolvendo la contraddizione tra la durezza e la flessibilità delle vernici UV tradizionali. Negli ultimi dieci anni, questo tipo di rivestimento si è sviluppato rapidamente ed è diventato una delle principali direzioni dello sviluppo dei rivestimenti.
1. Tipi di UV a base d'acqua
Le resine UV a base acquosa si riferiscono a resine UV solubili o disperdibili in acqua, che contengono una certa quantità di gruppi idrofili come gruppi carbossilici, idrossilici, amminici, eterei o ammidici nella molecola, nonché gruppi acrilici, metacrilici o alcheni. Gruppi insaturi come il propile. Attualmente, le resine UV a base acquosa includono principalmente poliacrilato a base acquosa, acrilato poliestere a base acquosa, acrilato epossidico a base acquosa e acrilato poliuretanico a base acquosa.
① Poliacrilato a base d'acqua
Il poliacrilato a base d'acqua è economico, ha una buona resistenza all'ingiallimento e una buona adesione a vari substrati, ma ha una bassa resistenza meccanica e durezza e una scarsa resistenza agli acidi e agli alcali. Pertanto, il poliacrilato a base d'acqua non viene generalmente utilizzato come resina principale nelle applicazioni pratiche e viene impiegato solo in combinazione per migliorare alcune proprietà di rivestimenti e inchiostri fotocurabili. I poliacrilati a base d'acqua sono generalmente polimerizzati dapprima con acido acrilico e vari acrilati, e parte dei gruppi carbossilici introdotti dall'acido acrilico reagiscono con i gruppi idrossilici dell'idrossietilacrilato o con i gruppi epossidici del glicidilmetacrilato, introducendo così il legame fotoattivo carbonio-carbonato, e quindi salificano il gruppo carbossilico con un'ammina organica.
②Acrilato di poliestere a base d'acqua
L'acrilato poliestere a base d'acqua è facile da preparare, è economico e presenta un film di vernice pieno, una buona brillantezza, una buona morbidezza, ma una scarsa resistenza all'ingiallimento. Generalmente si utilizzano diolo e anidride trimellitica (o dianidride piromellitica). Reazione, reazione di esterificazione con acido acrilico, introduzione del gruppo carbossilico e neutralizzazione con ammina per formare un sale.
③Acrilato epossidico a base d'acqua
L'acrilato epossidico a base acquosa presenta i vantaggi del prezzo contenuto, dell'elevata durezza del film di rivestimento, della buona adesione, dell'elevata lucentezza e della buona resistenza chimica, ma presenta anche i difetti della tradizionale resina epossidica al bisfenolo A, come la fragilità e la scarsa resistenza all'ingiallimento. . Molti studiosi scelgono resine epossidiche alifatiche con eccellenti proprietà fisiche e meccaniche e ottime proprietà anti-ingiallimento per sostituire le tradizionali resine epossidiche al bisfenolo A come matrice degli acrilati epossidici UV a base acqua, migliorando notevolmente le prestazioni complessive delle resine. Generalmente, l'acido acrilico viene utilizzato per esterificare la resina epossidica per ottenere l'acrilato epossidico (EA), e il gruppo ossidrilico dell'acrilato epossidico viene fatto reagire con un'anidride acida (come l'anidride maleica, l'anidride trimellitica, ecc.) per introdurre un gruppo idrofilo, quindi neutralizzato con un'ammina organica,
④Acrilato di uretano a base d'acqua
Il sistema di fotopolimerizzazione del poliuretano acrilato a base acquosa ha attirato molta attenzione grazie alla sua buona resistenza all'usura, alla resistenza chimica, alla resistenza alle basse temperature e alla flessibilità. Attualmente è la resina UV a base acquosa più studiata e commercializzata. Si veda la Tabella 1. Negli ultimi anni, alcune aziende straniere, come Bayer, AKZONOBEL, BASF, ecc. hanno fatto grandi passi avanti nel miglioramento delle prestazioni degli acrilati uretanici UV a base acqua. Come ad esempio i primer per autoveicoli, i topcoat e le vernici di finitura.
Utilizzando il diisocianato come materia prima, il diolo di poliestere o polietere come estensore della catena del segmento morbido, il diolo contenente carbossile (come l'acido dimetilico propionico) come estensore della catena idrofila, l'idrossiacrilato come agente di end-capping, attraverso la policondensazione in più fasi si può produrre l'acrilato di uretano polimerizzabile, per poi neutralizzarlo con ammoniaca o ammina organica per formare un sale e ottenere l'acrilato di uretano UV a base d'acqua (WPUA).
2. Nuovi progressi della resina UV a base d'acqua
①Sistema iperbrancato
Come nuovo tipo di polimero, il polimero iperbrancato ha una struttura sferica con un gran numero di gruppi terminali attivi e le catene molecolari non sono aggrovigliate. I polimeri iperramificati presentano i vantaggi della facile solubilità, del basso punto di fusione, della bassa viscosità e dell'elevata reattività. Pertanto, i gruppi acrilici e idrofili possono essere introdotti per sintetizzare oligomeri fotocurabili a base acquosa, aprendo una nuova strada per la preparazione di resine UV a base acquosa.
Asif et al. hanno utilizzato il poliestere iperbrancato BoltornTMHn ricco di gruppi idrossilici terminali per reagire con l'anidride succinica e il prepolimero IPDI-HEA, quindi neutralizzato con un'ammina organica per formare un sale e ottenere un poliestere iperbranciato a base acquosa (WHPUA) polimerizzabile con i raggi UV, come mostrato nella Figura 3. La ricerca ha dimostrato che la resina ha una rapida velocità di fotopolimerizzazione e buone proprietà fisiche. La ricerca mostra che la resina ha una rapida velocità di fotopolimerizzazione e buone proprietà fisiche. Con l'aumento del contenuto di segmento duro (IPDIHEA), la temperatura di transizione vetrosa della resina aumenta, così come la durezza e la resistenza alla trazione, ma l'allungamento a rottura diminuisce.
Su Lin et al. hanno utilizzato anidridi di acidi polibasici ed epossidi monofunzionali come materie prime per preparare dapprima poliesteri iperramificati, che sono stati ulteriormente fatti reagire con i gruppi idrossilici e carbossilici terminali dei polimeri iperramificati introducendo glicidilmetacrilato (GMA) e aggiungendo poi trigliceridi. L'etilammina (TEA) viene neutralizzata in un sale per ottenere un poliestere iperbrancato a base acquosa polimerizzabile con i raggi UV. I risultati mostrano che più gruppi carbossilici terminali sono presenti nella resina iperbrancata a base d'acqua, migliore è la solubilità in acqua; la velocità di polimerizzazione della resina aumenta con l'aumento dei doppi legami terminali.
②Sistema ibrido organico/inorganico
Il sistema ibrido organico/inorganico polimerizzabile con luce UV a base d'acqua è un efficace composito di resina UV a base d'acqua e materiali inorganici. I vantaggi dell'elevata resistenza all'usura e agli agenti atmosferici dei materiali inorganici sono introdotti nella resina per migliorare le prestazioni globali del film polimerizzato. Introducendo particelle inorganiche come nano-SiO2 o montmorillonite nel sistema di polimerizzazione UV mediante metodo di dispersione diretta, metodo sol-gel o metodo di intercalazione, è possibile preparare un sistema ibrido organico/inorganico fotocurabile. I monomeri sono incorporati nelle catene molecolari degli oligomeri UV acquosi.
Zhan Chuyin et al. hanno utilizzato il di-idrossibutile polidimetilsilossano (PDMS) per introdurre gruppi polisilossanici nel segmento morbido del poliuretano e li hanno opportunamente diluiti con monomeri acrilici per ottenere un'emulsione ibrida organica/inorganica (Si- PUA). Dopo la polimerizzazione del rivestimento in resina, il film di vernice presenta buone proprietà fisiche, elevato angolo di contatto e resistenza all'acqua.
Liang Hongbo et al. hanno utilizzato come materie prime il poliuretano iperbrancato polidrossi autoprodotto, l'anidride succinica, l'agente di accoppiamento silano KH560, il glicidilmetacrilato (GMA) e l'idrossietil metacrilato per preparare il poliuretano ibrido iperbrancato e la fotopolimerizzazione. Il poliuretano iperbrancato è stato poi idrolizzato con l'ortosilicato di etile e il titanato di n-butile in proporzioni diverse per preparare un sol di SiO2/TiO2 ibrido organico-inorganico di poliuretano iperbrancato fotocurabile. I risultati mostrano che con l'aumento del contenuto inorganico, la durezza del pendolo del rivestimento ibrido aumenta, la rugosità superficiale aumenta e la qualità superficiale del rivestimento ibrido SiO2 è migliore di quella del rivestimento ibrido TiO2.
③Sistema a doppia polimerizzazione
Per risolvere i problemi legati alla difficile polimerizzazione tridimensionale delle resine UV a base d'acqua e alla difficoltà di polimerizzazione di rivestimenti spessi e sistemi colorati, e per migliorare le prestazioni complessive del film di rivestimento, i ricercatori hanno sviluppato un sistema di doppia polimerizzazione che combina la fotopolimerizzazione con altri sistemi di polimerizzazione. La fotopolimerizzazione/termia, la fotopolimerizzazione/redox, la fotopolimerizzazione a radicali liberi/fotopolimerizzazione cationica e la fotopolimerizzazione/umidità sono sistemi comuni di doppia polimerizzazione e alcuni sistemi sono stati applicati, come l'adesivo protettivo elettronico UV è un sistema di doppia polimerizzazione A fotopolimerizzazione/redox o fotopolimerizzazione/umidità.
Zeng Fanchu et al. hanno introdotto il monomero funzionale acetoacetossietil metacrilato (AMME) nell'emulsione di acido poliacrilico e hanno introdotto un gruppo fotocurabile attraverso la reazione di addizione di Michael a bassa temperatura per sintetizzare un poliacrilato a base acquosa a polimerizzazione termica e a polimerizzazione UV. Essiccazione a temperatura costante di 60 °C, 2 × 5. Sotto l'irradiazione di una lampada al mercurio ad alta pressione da 6 kW, la durezza della resina dopo la formazione del film raggiunge 3H, la resistenza alla pulizia con alcol è fino a 158 volte e la resistenza agli alcali è fino a 24 ore.
④Sistema composito acrilato epossidico/acrilato di poliuretano
Il rivestimento in acrilato epossidico presenta i vantaggi di elevata durezza, buona adesione, elevata brillantezza e buona resistenza chimica, ma ha scarsa flessibilità ed elevata fragilità. L'acrilato poliuretanico a base acquosa ha le caratteristiche di buona resistenza all'abrasione e flessibilità, ma scarsa resistenza agli agenti atmosferici. L'efficace composizione delle due resine mediante modifica chimica, miscelazione fisica o ibridazione può migliorare le prestazioni di una singola resina e sfruttare appieno i vantaggi di entrambe, sviluppando così un sistema di fotopolimerizzazione ad alte prestazioni che combina i vantaggi di entrambe.
Wang Cundong et al. hanno dapprima utilizzato l'acido acrilico per esterificare il gruppo epossidico della resina epossidica E44 per ottenere l'EA; hanno poi utilizzato TDI, politetraidrofurano diolo (PTMG), DMPA e HEMA per sintetizzare l'acrilato uretanico UV a base d'acqua; mescolando in proporzioni diverse acqua/etanolo come iniziatore, acrilato poliuretanico anionico a base d'acqua come emulsionante, si è ottenuta un'emulsione composita epossiacrilato/poliuretano acrilato polimerizzabile con i raggi UV mediante emulsionamento. I risultati mostrano che la modifica migliora notevolmente la flessibilità del film di rivestimento, ma ha un effetto minimo su altre proprietà.
⑤ Fotoiniziatore macromolecolare o polimerizzabile
La maggior parte dei fotoiniziatori è costituita da piccole molecole di aril-alchil-chetoni, che non possono essere completamente decomposte dopo la fotopolimerizzazione; le piccole molecole residue o i prodotti della fotolisi migrano sulla superficie del rivestimento, causando ingiallimento o odore, e influiscono sulle prestazioni del film polimerizzato e sulla sua applicazione. . I ricercatori hanno sintetizzato fotoiniziatori polimerizzabili macromolecolari a base d'acqua introducendo gruppi fotoiniziatori, gruppi acrilici e gruppi idrofili in polimeri iperbrancati per superare gli svantaggi dei fotoiniziatori a piccole molecole. Wang Zhansi dell'Università di Scienza e Tecnologia di Anhui ha dapprima utilizzato acrilato di metile e dietanolammina come materie prime per sintetizzare un monomero MB di tipo AB2 e poi ha reagito con trimetilolpropano (TMP) come nucleo per sintetizzare poliuretano iperbrancato con terminazione idrossilica, L'anidride maleica è stata modificata in poliuretano iperramificato contenente gruppi carbossilici terminali e, dopo Z, il fotoiniziatore 1173 è stato utilizzato per modificare il poliuretano iperramificato carbossilico terminale per preparare due fotoiniziatori macromolecolari iperramificati polimerizzabili HPAE-1- MA-1173 e HPAE-2-MA-1173. I risultati della ricerca mostrano che l'assorbimento UV del prodotto presenta uno spostamento verso il rosso dell'assorbimento massimo rispetto al 1173, ma il tasso di fotoiniziatore è inferiore a quello del fotoiniziatore molecolare 1173.
3. Applicazione della resina UV a base d'acqua
Con il miglioramento della consapevolezza della protezione ambientale, negli ultimi anni i sistemi fotocurabili a base d'acqua hanno ricevuto sempre più attenzione, ma le ricerche sulla loro applicazione sono poche. Attualmente, le resine UV a base d'acqua sono utilizzate principalmente nei rivestimenti e negli inchiostri UV, tra cui la vernice UV a base d'acqua per la carta, la vernice UV a base d'acqua per il legno, la vernice UV a base d'acqua per i metalli, l'inchiostro UV a base d'acqua per la stampa flessografica, l'inchiostro UV a base d'acqua per la rotocalcografia, l'inchiostro a base d'acqua per la serigrafia, ecc. La vernice UV per carta a base d'acqua, che comprende la vernice UV a base d'acqua e il primer UV a base d'acqua, è il primo rivestimento UV a base d'acqua applicato, con una brillantezza superiore a 90. Il valore di applicazione delle vernici UV a base d'acqua nell'industria della finitura del legno è molto elevato, soprattutto per quanto riguarda il rivestimento del legno formato e del compensato. Pertanto, le vernici UV all'acqua per il legno sono anche le vernici UV all'acqua attualmente più utilizzate. Attualmente, alcuni prodotti a base di resina UV a base d'acqua sviluppati da alcuni Paesi sviluppati soddisfano i requisiti dei rivestimenti per autoveicoli e sono utilizzati anche in vari rivestimenti per autoveicoli, come primer, finiture e vernici per autoveicoli. Con lo studio approfondito dei sistemi fotocurabili a base acquosa, ci saranno più tipi di resine UV a base acquosa e i campi di applicazione continueranno ad espandersi.
4. Conclusioni e prospettive
La resina UV a base d'acqua è ancora in fase di ricerca e sviluppo. Sebbene esistano molti rapporti in letteratura, pochi prodotti sono stati effettivamente immessi sul mercato. Sono prodotti principalmente da paesi sviluppati come l'Europa e gli Stati Uniti, come UCB, ICI, CYTEC, BASF e altre aziende. La resina UV a base acquosa presenta i vantaggi della protezione dell'ambiente, del risparmio energetico, dell'alta efficienza, della viscosità controllabile e dell'eccellente resa del film. Può tenere conto della durezza e della flessibilità del film polimerizzato e ha un valore applicativo estremamente elevato e ampie prospettive di mercato. Tuttavia, le resine UV a base d'acqua presentano difetti quali scarsa bagnabilità dei substrati, scarsa resistenza all'acqua, scarsa resistenza ai lavaggi e scarsa stabilità allo stoccaggio, nonché residui di fotoiniziatori a piccole molecole e prodotti di fotolisi durante il processo di fotopolimerizzazione, che devono essere ulteriormente migliorati. Pertanto, è indispensabile sviluppare una tecnologia di resina UV a base acquosa per superare le attuali carenze della resina UV a base acquosa e sviluppare un sistema di fotopolimerizzazione a base acquosa con prestazioni migliori e un'applicazione più ampia.
A practical selection route for photoinitiator-related projects
When technical buyers or formulators screen photoinitiators, the most useful decision frame is usually cure quality plus application fit: which package cures reliably, keeps appearance acceptable, and still works under the lamp, film thickness, and substrate conditions of the actual process.
- Match the package to the lamp first: mercury lamps, UV LEDs, and visible-light systems can rank the same photoinitiators very differently.
- Check depth cure and surface cure separately: a film that feels dry on top can still be weak underneath.
- Balance yellowing with reactivity: the strongest deep-cure route is not always the best commercial choice if color or migration risk becomes unacceptable.
- Use the final formula as the benchmark: pigment load, monomer package, and film thickness can all change the apparent ranking of the same initiator.
Recommended product references
- CHLUMINIT 819: Useful when a formulation needs stronger absorption and deeper cure support.
- CHLUMINIT 1173: A practical comparison point for classic short-wave UV initiation.
- CHLUMINIT ITX: A useful long-wave support route in many printing-ink packages.
- CHLUMINIT CQ: A direct reference for visible-light and color-sensitive curing discussions.
FAQ for buyers and formulators
Why are blended photoinitiator packages so common?
Because one product may control yellowing or lamp fit well while another improves cure depth or line-speed performance, so the full package is often stronger than any single grade.
Should incomplete cure always be solved by adding more initiator?
Not automatically. The real limitation may be the lamp, film thickness, pigment shading, or the rest of the reactive system rather than simple under-dosage.
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