2025 The Complete Guide To Principles of free radical photoinitiator application
Essendo il fotoiniziatore una delle materie prime chiave della formula di fotopolimerizzazione, ci sono alcuni principi comuni a cui prestare attenzione quando si formulano le applicazioni, come ad esempio: l'abbinamento del principio con la sorgente luminosa, l'abbinamento del principio con il pigmento, l'abbinamento del principio con lo spessore del rivestimento, il principio del dosaggio, altri principi (principio di solubilità , principio di combinazione, principio di sicurezza, principio del prezzo) e così via. Indipendentemente dal tipo di principio di abbinamento, l'obiettivo finale è lo stesso: progettare una formulazione del prodotto efficace dal punto di vista dei costi. Le diverse formulazioni della progettazione dei requisiti del fotoiniziatore sono anche molto diverse, la selezione del fotoiniziatore specifico, il dosaggio e la combinazione di esperimenti specifici da determinare, soprattutto ora sempre più prodotti personalizzati, le diverse prestazioni della formulazione del prodotto richiedono il fotoiniziatore corrispondente ad esso.
Principi di corrispondenza con la sorgente luminosa: l'attuale sorgente luminosa dell'industria della fotopolimerizzazione è costituita principalmente da lampade a mercurio; l'intensità spettrale principale delle lampade a mercurio convenzionali a media pressione è riportata nella Tabella 3, mentre la Figura 10 è lo spettro di emissione UV delle lampade a mercurio a media pressione; dalla Tabella 3 e dalla Figura 10 si può notare che la lampada a mercurio ha un'intensità di emissione di onde luminose diversa tra 220 e 1300 nm. Le lampade ad alogenuri metallici sono una classe di lampade a mercurio che possono aumentare l'intensità di specifiche lunghezze d'onda aggiungendo metalli diversi alla lampada a mercurio per modificare le lunghezze d'onda di emissione della lampada. In pratica, vengono spesso utilizzate in combinazione con le tradizionali lampade al mercurio a media pressione. Pertanto, quando si progetta una formula di fotopolimerizzazione, è necessario considerare innanzitutto il tipo di sorgente luminosa e scegliere il fotoiniziatore con la lunghezza d'onda corrispondente alle diverse sorgenti luminose per massimizzare l'efficienza dell'utilizzo del fotoiniziatore. Ad esempio, la lunghezza d'onda di assorbimento della luce del fotoiniziatore α-idrossichetone è di per sé breve, con la tradizionale lampada al mercurio a media pressione può soddisfare le esigenze di produzione, ma la lunghezza d'onda di assorbimento della luce del fotoiniziatore acilfosfina ossigeno e del fotoiniziatore tioxantrone è più lunga, può raggiungere i 370nm-400nm, se si sceglie la lampada di ferro (potenziamento specifico della banda 370nm-390nm), rispetto alla tradizionale lampada al mercurio a media pressione Se si sceglie la lampada di ferro (potenziamento specifico della banda 370nm-390nm), l'effetto di polimerizzazione può essere ottenuto relativamente bene rispetto alla tradizionale lampada al mercurio a media pressione.
Al giorno d'oggi, la tecnologia delle sorgenti luminose UV-LED sta diventando sempre più matura, in particolare il costo di commercializzazione delle sorgenti luminose a banda 365nm, 385nm, 395nm, 405nm sta diventando sempre più basso, e presenta molti vantaggi rispetto alle sorgenti luminose a lampada di mercurio, quali: risparmio energetico, protezione ambientale, alta efficienza, salute, lunga durata, ecc. Poiché le sorgenti luminose UV-LED sono sorgenti luminose a lunghezza d'onda singola, rispetto alle lampade a mercurio, la selettività del fotoiniziatore è notevolmente ridotta. Pertanto, per la selezione del fotoiniziatore della sorgente luminosa UV-LED è necessario prestare maggiore attenzione al problema, nel caso in cui la progettazione della formula di fotopolimerizzazione della sorgente luminosa UV-LED non sia perfetta, l'uso della combinazione di sorgente luminosa UV-LED + lampada a mercurio può anche essere di diverso grado per raggiungere lo scopo del risparmio energetico e della protezione ambientale.
Principio di corrispondenza con il colore: il principio di corrispondenza tra fotoiniziatore e colore si riferisce principalmente al picco di assorbimento UV del fotoiniziatore e alla corrispondenza della finestra di trasmissione del colore; la cosiddetta finestra di trasmissione si riferisce all'assorbimento della luce del pigmento/colorante è una banda d'onda luminosa relativamente debole, questa banda è favorevole alla trasmissione della luce UV, quindi agisce maggiormente sul fotoiniziatore. Se il picco di assorbimento UV del fotoiniziatore non è ben abbinato alla finestra di trasmittanza del pigmento/colorante, il pigmento/colorante entrerà in competizione con il fotoiniziatore per assorbire la corrispondente lunghezza d'onda della luce UV, con conseguente diminuzione dell'efficienza del fotoiniziatore, unita all'impatto dell'aggregazione di blocco dell'ossigeno, che può seriamente portare all'assenza di polimerizzazione del prodotto. Inoltre, nella pratica, la scelta del fotoiniziatore deve anche corrispondere alla copertura del pigmento, al dosaggio, alla dimensione delle particelle, ecc, ad esempio: una forte copertura del pigmento comporta un assorbimento relativamente forte della luce, per cui il fotoiniziatore deve utilizzare prodotti ad alta assorbanza alla stessa concentrazione, ma è anche opportuno aumentare la quantità di fotoiniziatore; anche il dosaggio del pigmento corrispondente alla quantità di iniziatore deve essere aumentato in modo appropriato; la dimensione delle particelle del pigmento non è favorevole alla penetrazione della luce, per cui l'iniziatore deve essere selezionato da prodotti ad alta assorbanza alla stessa concentrazione, oppure la quantità di iniziatore deve essere aumentata in modo appropriato.
Principio di corrispondenza con lo spessore del rivestimento: nell'applicazione pratica si incontra inevitabilmente il problema dello spessore del rivestimento, il fotoiniziatore per i rivestimenti spessi deve garantire che il principio della selezione della profondità tenga conto dello strato superficiale, l'uso di fotoiniziatori a lunga lunghezza d'onda e la combinazione di fotoiniziatori a lunghezza d'onda relativamente corta, la quantità di iniziatore combinato deve anche fare le regolazioni corrispondenti in base allo spessore del prodotto finale. Per i rivestimenti sottili è necessario prestare particolare attenzione alla questione del blocco dell'ossigeno; nella selezione dei fotoiniziatori si può ritenere preferibile avere un certo effetto di blocco anti-ossidazione del fotoiniziatore di tipo a cattura di idrogeno e del fotoiniziatore di tipo cracking, utilizzati in combinazione con l'opportuno aumento della quantità aggiunta, la combinazione più tipica è 184 + BP, ma la quantità aggiunta non deve essere eccessiva, troppo è soggetta al fenomeno della schermatura della luce.
Principio di dosaggio: che si tratti di una sorgente di luce a lampada di mercurio o di una sorgente di luce UV-LED, il fotoiniziatore nel processo di applicazione effettivo, oltre a considerare la corrispondenza con la sorgente di luce, deve anche considerare l'impatto dell'assorbanza, la quantità di additivo e altri fattori. La quantità di additivo per soddisfare le esigenze di polimerizzazione come principio di base, il fotoiniziatore ad alta attività può essere aggiunto per ridurre la quantità di appropriato, il fotoiniziatore a bassa attività può aumentare la quantità di appropriato, ma anche il fotoiniziatore ad alta attività e il fotoiniziatore a bassa attività possono essere utilizzati insieme, cioè per soddisfare le esigenze di polimerizzazione e bilanciare il costo della formula. Aumentare la quantità di fotoiniziatore può effettivamente migliorare la velocità di polimerizzazione, ma non aggiungerne di più è meglio, aggiungerne troppo comporta molti problemi, quali: il verificarsi di fenomeni di schermatura della luce, l'aumento del grado di accoppiamento dei radicali liberi, la temperatura istantanea di polimerizzazione troppo alta con conseguente deformazione del substrato sensibile al calore, la velocità di polimerizzazione troppo veloce sull'adesione del prodotto ha un impatto negativo, il ritiro volumetrico aumenta la deformazione del prodotto, la riduzione del peso molecolare del prodotto finale, la diminuzione delle proprietà meccaniche complessive, l'aumento dei costi delle materie prime, la diminuzione della resistenza all'invecchiamento, l'aggravamento dell'ingiallimento del prodotto finale, ecc.ridurre la quantità di fotoiniziatore può comportare problemi diretti di polimerizzazione insufficiente, aumento del consumo di energia, fallimento delle prestazioni del prodotto finale, ecc.
Bernhard Steyrer et al. hanno utilizzato una stampante 3D a 405 nm (DLP) per confrontare gli spettri di assorbanza UV di Ivocerin (Bis (4-metossibenzoil) dietilgermanio, BAPO (819) e TPO-L (gli spettri di assorbanza UV dei tre fotoiniziatori sono mostrati nella Figura 11, nelle stesse condizioni Ivocerin e BAPO hanno un'assorbanza più alta rispetto a TPOL nelle stesse condizioni). Ivocerin e BAPO hanno mostrato un'elevata attività fotoiniziatrice a basse concentrazioni, mentre quando l'aggiunta di fotoiniziatore è stata aumentata, Ivocerin e BAPO hanno mostrato una schermatura della luce più evidente, che ha influito negativamente sulle prestazioni del prodotto finale.
Altri principi (principio di solubilità , principio di combinazione, principio di sicurezza, principio del prezzo).
Principio di solubilità , resine monomeriche diverse hanno una diversa solubilità nei confronti dei fotoiniziatori, fotoiniziatori diversi hanno una diversa solubilità nella stessa resina o monomero e la solubilità dello stesso iniziatore nella stessa resina o monomero può essere diversa anche in stagioni diverse. La solubilità dei fotoiniziatori può spesso essere risolta regolando il tipo di resina e monomero e la quantità di fotoiniziatore aggiunto. Attualmente, la solubilità dei fotoiniziatori convenzionali a radicali liberi in commercio è relativamente scarsa: 369, 819, PBZ, ecc.
Principio di combinazione, ogni fotoiniziatore ha i suoi vantaggi e le sue carenze, come ad esempio l'ampiamente utilizzato 1173, anche se l'attività fotoiniziante è elevata, a buon mercato, e buona compatibilità con la resina monomero, ma la sua lunghezza d'onda di assorbimento della luce è breve, il fondo di rivestimento spesso asciutto carente, odore, facile da volatilizzare. Comprendendo appieno i vantaggi e gli svantaggi di ciascun fotoiniziatore e combinandoli efficacemente con l'uso dei risultati, si può spesso ottenere 1 + 1 > 2. Combinazione con l'uso del principio generale delle lunghezze d'onda complementari, tipi di complementari, tipi di semplificati, combinazioni classiche comuni sono: 184 + BP, TPO + 184, 819 + 1173, ITX + 907, BP + EMK, ecc.
Principi di sicurezza, gli attuali fotoiniziatori commerciali sono più o meno dannosi per l'uomo, nell'uso del processo si dovrebbe cercare di evitare l'uso di odori, volatili, facili da sublimare il prodotto, oltre ai detriti generati dopo l'esposizione i residui e le questioni di migrazione dovrebbero anche essere considerati quando si progetta la formulazione, in particolare l'applicazione finale nel confezionamento di alimenti, confezioni cosmetiche, confezioni farmaceutiche e altri prodotti a stretto contatto con il corpo umano. Rispetto ai fotoiniziatori tradizionali a piccole molecole, i fotoiniziatori a grandi molecole e i fotoiniziatori polimerizzabili sono relativamente più sicuri e possono essere utilizzati in alcuni settori sensibili ai requisiti di sicurezza. Attualmente, i fotoiniziatori commerciali a piccole molecole hanno una sicurezza relativamente elevata 2959 e CQ (canfora chinone).
Principio del prezzo, negli ultimi anni, con il frequente emergere di politiche di protezione ambientale, varie materie prime chimiche hanno mostrato vari gradi di carenza, l'industria del fotoiniziatore nel 2017, ci sono singoli prodotti disponibili al prezzo della situazione, quindi nella progettazione della formulazione dovrebbe sempre prestare attenzione ai cambiamenti di prezzo nel mercato e preparare un piano di backup. Anche se la massimizzazione dei profitti dei prodotti è il perseguimento delle persone, ma a volte non è il più economico il prezzo più alto il profitto, per garantire la qualità del prodotto sotto la premessa di cercare di scegliere fotoiniziatore a basso costo per progettare un costo-efficace prodotti riconosciuti da tutti.
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