Introduzione ai dati dei monomeri UV comunemente utilizzati nel getto d'inchiostro UV
Esistono molti tipi di monomeri polimerizzanti a luce UV e anche il metodo di classificazione è complicato. Ad esempio, in base al meccanismo della reazione di polimerizzazione, possono essere suddivisi in tipo di polimerizzazione a radicali liberi e tipo di polimerizzazione a cationi; in base al numero di gruppi funzionali coinvolti nella reazione, possono essere suddivisi in monomero monofunzionale, bifunzionale, trifunzionale e multifunzionale. Questo articolo intende utilizzare i seguenti diagrammi per classificare, sperando di dare un po' di ispirazione o di aiuto agli amici che sono impegnati nella progettazione di formulazioni a getto d'inchiostro UV.
Attualmente, gli acrilati e alcuni monomeri contenenti azoto sono ampiamente utilizzati nei getti d'inchiostro a polimerizzazione UV. Pertanto, questo articolo si concentra anche sulla sintesi di questi monomeri.
Gli amici che hanno familiarità con la progettazione di formulazioni a getto d'inchiostro sanno che l'odore del monomero, la diluizione e il punto Tg sono i dati più importanti.
Quali fattori sono solitamente correlati all'odore dei monomeri (Odore) Il peso molecolare dell'acrilato è piccolo, ma non ha quasi odore. Se ci si pensa bene, si scopre che tra le molecole si formano legami a idrogeno che ne rendono difficile la fuoriuscita, per cui stiamo pensando se un monomero ha un odore Quando è grande, va giudicato in base ai dati della pressione di vapore della sostanza. Più alta è la pressione di vapore, più facile è l'emissione della sostanza, quindi la concentrazione di sostanza che possiamo ricevere è relativamente alta. Una volta raggiunta la dose, il sapore uscirà facilmente. Naturalmente ci sono altri fattori, come una sostanza che si decompone facilmente a temperatura ambiente. Anche i piccoli componenti molecolari odorosi che fuoriescono avranno un odore. I composti contenenti gruppi solfidrilici, ben noti nel settore della fotopolimerizzazione, dovrebbero appartenere a questa categoria. Inoltre, alcuni odori derivano dalle reazioni aggiunte nel processo di produzione di un determinato materiale. Per questo motivo, alcuni fornitori di monomeri forniscono due o più versioni di monomeri, in genere senza toluene o ad alta purezza.
La viscosità del monomero (Viscosità): di solito si pensa che più bassa è la viscosità del monomero, migliori sono le prestazioni di diluizione. Nel sistema degli acrilati, la maggior parte dei monomeri è conforme a questa regola. La viscosità riflette la forza intermolecolare. A parità di temperatura, più forte è la forza intermolecolare, più alta è la viscosità. La forza di diluizione non è legata solo alla viscosità del monomero, ma anche alla sua polarità. La viscosità degli acrilati con catene di carbonio di media lunghezza (C8~C10) non è elevata, ma viene talvolta utilizzata nelle formulazioni. Oltre a influenzare la velocità di polimerizzazione e la durezza dello strato di pellicola, il pericolo nascosto più grande è che la polarità della parte della catena di carbonio è relativamente piccola e la forza intermolecolare tra il monomero e se stesso è piccola, quindi può interagire con le molecole di resina. La forza è anch'essa piccola ed è probabile che la resina non possa essere sciolta bene dopo averne aggiunta dell'altra, ovvero che la compatibilità con il sistema di inchiostro possa essere problematica.
Tg è la temperatura di transizione vetrosa. Il significato di questo parametro è compreso dalla fisica dei polimeri. È il valore critico della temperatura in cui gli anelli della catena del polimero possono ruotare liberamente. È diverso dal punto di fusione e dal punto di ebollizione delle piccole molecole. Non si tratta di un cambiamento improvviso di temperatura endotermica ed esotermica, ma di un'ampia gamma di variazioni di temperatura. Per facilitare la caratterizzazione, il valore viene solitamente preso in un certo punto di questo intervallo. Naturalmente, i dati di caratterizzazione hanno una grande relazione con il metodo di misurazione, quindi lo stesso campione in diverse condizioni di prova può variare notevolmente, quindi i dati di Tg introdotti nel seguente articolo sono solo un riferimento. Ora che abbiamo capito il significato di Tg, possiamo anche comprendere un po' più a fondo il concetto più importante di "tre stati e due transizioni" nei materiali polimerici (in senso stretto, questo è per i polimeri amorfi).
La comprensione dello stato vetroso è simile al vetro che abbiamo visto. Il vetro è in realtà non cristallizzato, ma a temperatura ambiente è un sistema "solido", ma a rigore dovrebbe essere "liquido", solo che le condizioni di temperatura limitano solo alcuni movimenti delle sue molecole. Per un polimero amorfo, quando si trova allo stato vetroso, il "segmento" non può muoversi e si trova nel cosiddetto stato bloccato. In questo momento, il sistema è duro come il vetro.
Lo stato di elevata elasticità è in realtà uno stato in cui il "segmento di catena" può muoversi liberamente, ma l'intera catena polimerica non può ancora scorrere. In questo momento, il sistema ha una buona elasticità.
Lo stato di flusso viscoso è lo stato in cui la catena polimerica può muoversi, simile al nostro comune liquido. Naturalmente, per il polimero reticolato, lo stress non aumenterà quando raggiunge la temperatura di scorrimento viscoso, poiché il movimento della catena polimerica è limitato.
"Due transizioni" è la connessione tra "stato" e "stato", che comprende principalmente lo stato vetroso e lo stato viscoelastico. Non è difficile capire che quando lo stato vetroso si trova in un intervallo di temperatura inferiore, cioè quando il punto Tg di cui si parla è molto basso, può trovarsi in uno stato viscoelastico a temperatura ambiente. "Non riesce a passare". Pertanto, quando si progetta la formula dell'inchiostro duro, si spera che il punto di Tg sia alto, che "asciughi completamente" e che la durezza della superficie sia anch'essa alta; quando si progetta la formula dell'inchiostro morbido, è un po' più difficile, e si spera che la Tg dello strato di pellicola polimerizzato possa essere nella regione elastica. in modo che possa avere migliori proprietà di trazione.
Indice di rifrazione: di solito, maggiore è l'indice di rifrazione, migliore è la brillantezza, perché la luce si rifrange più facilmente sulla superficie superficiale. Inoltre, un indice di rifrazione elevato può anche contribuire a migliorare la copertura del pigmento, ma se non è troppo alto, questo effetto positivo è quasi trascurabile.
Discuteremo principalmente di questi parametri in seguito.
2. Il getto d'inchiostro UV utilizza comunemente un monomero acrilato monofunzionale.
2.1 Acrilati monofunzionali con catene di carbonio saturo di diversa lunghezza
Il diagramma di struttura e la tabella delle strutture e dei dati dell'acrilato parzialmente puro a catena carboniosa satura sono i seguenti:
Dalla Tabella 2-1 si può osservare che la Tg di omopolimeri con catene di carbonio di diversa lunghezza varia notevolmente. All'aumentare del numero di atomi di carbonio, il valore della Tg prima diminuisce e poi aumenta. Quando il numero di atomi di carbonio aumenta fino a un certo valore, costituisce il "segmento di catena" più lungo, e continuando ad aumentare equivale al "segmento di catena" successivo, quindi la Tg cambia di conseguenza. Osserviamo diversi acrilati con isomeri di n-butile, iso-butile e terz-butile. Si nota che il n-butile ha il punto di Tg più basso e il tert-butile quello più alto, il che significa che l'ostacolo sterico ha un effetto opposto. Il movimento del "segmento di catena" ha un'influenza maggiore.
Inoltre, osserviamo la Tg dei due isomeri dell'estere decilico. Si può notare che la lunghezza di un "segmento di catena" è circa C5. Se il valore è maggiore, il punto di Tg è più alto.
Come si applica questo acrilato con diverse catene di carbonio all'inchiostro?
Innanzitutto, esaminiamo i dati sulla pressione di vapore. Gli esteri etilici e butilici con pesi molecolari più piccoli hanno solitamente un odore forte e sono raramente utilizzati nelle formulazioni di inchiostro. Sebbene gli esteri decilici e laurilici con catene di carbonio leggermente più lunghe abbiano una viscosità più bassa e una Tg più bassa, sembra che possano essere applicati all'inchiostro morbido per ottenere una resistenza allo sfregamento molto morbida, ma non dobbiamo ignorare la loro polarità. Tali monomeri non dovrebbero essere aggiunti in misura eccessiva. In genere, vengono utilizzati come monomeri aggiuntivi per la plastificazione interna. I monomeri sono ampiamente utilizzati nella sintesi delle resine adesive e la quantità aggiunta non deve essere eccessiva. La compatibilità appena menzionata e l'aggiunta di una quantità elevata di monomeri rallentano la polimerizzazione. Questi monomeri sono utilizzati anche nella stampa a getto d'inchiostro 3D e, a causa della loro compatibilità, conferiscono ai modelli stampati un aspetto e una sensazione cerosi.
Tra i monomeri sopra citati, BA, 2-EHA, ISODA, 2-PHA, LA e SA sono tutti disponibili presso i principali produttori di materie prime fotocurabili.
2.2 Acrilati monofunzionali con carbocicli non aromatici
Oltre al gruppo idrossile alcolico, altre parti dell'alcol prima dell'acrilato hanno un anello formato da atomi di carbonio. I monomeri con anelli carbociclici sono utilizzati anche nel campo del getto d'inchiostro, ma la quantità è relativamente ridotta. Di seguito ne discutiamo le possibili applicazioni in termini di parametri strutturali.
Il confronto tra questi tre elementi è dovuto al fatto che solo i sostituenti nelle diverse posizioni del gruppo cicloesilico sono diversi e l'effetto sulla Tg del gruppo cicloesilico è così diverso. La differenza tra TMCHA e TBCHA e CHA può essere di diverse decine di gradi Celsius. Si può notare che più i sostituenti rigidi come i gruppi metilici sono sostituiti direttamente sull'anello, più il polimero sarà "duro" dopo l'indurimento. In effetti, la struttura ad anelli saturi presenta anche il vantaggio della resistenza all'acqua e di un migliore ingiallimento. La resistenza all'acqua è buona perché la polarità dei gruppi è bassa. In base all'esperienza della "compatibilità simile", l'effetto idrofobico è evidente. La buona resistenza all'ingiallimento è dovuta al fatto che non è come i monomeri contenenti una struttura ad anello aromatico, che è facilmente ossidabile da fattori complessi come la luce e il calore nell'ambiente al gruppo metilico sostituito dall'anello aromatico per formare una struttura "chinone". La coniugazione porta a uno spostamento verso il rosso della sua lunghezza d'onda di assorbimento, con un assorbimento di una certa lunghezza d'onda nella regione della luce visibile, in modo che il risultato dell'ingiallimento possa essere visto macroscopicamente.
Successivamente, esaminiamo un gruppo di acrilati con strutture bi- o policicliche. Senza eccezioni, questi acrilati hanno una Tg più alta e una velocità di polimerizzazione relativamente più elevata.
Il più noto è l'acrilato di isobornile (IBOA), che ha un odore particolare, simile a quello dell'olio di canfora. La sintesi di questo tipo di monomero è solitamente ottenuta dall'olefina corrispondente attraverso la catalisi dell'acido di Lewis per ottenere il gruppo ossidrilico e portare a termine l'operazione con l'acido acrilico. L'esterificazione, il processo e le considerazioni sui costi impediscono che la purezza di questi prodotti sia molto elevata. Inoltre, esistono serie di acrilati con anelli di diciclopentadiene (DCPA) e adamantano (Adamantane), ma il prezzo non è economico, i dati corrispondenti sono difficili da raccogliere in modo esaustivo e devono essere applicati in campi speciali. Solo la struttura e alcuni parametri sono elencati come riferimento.
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Potete cliccare sul prossimo articolo per leggerlo e comprenderlo. Che cos'è l'inchiostro UV? Qual è la differenza tra l'inchiostro UV e l'inchiostro ordinario?