Por que usar um fotoiniciador composto na formulação de cura por luz?
Resposta rápida: Na maioria dos sistemas UV, os fotoiniciadores são selecionados equilibrando a adequação do comprimento de onda, a cura completa, o controle de cor e a velocidade da linha. Os compradores geralmente comparam um pacote com vários fotoiniciadores em vez de um produto isolado.
Os fotoiniciadores são um componente muito importante das formulações fotocuráveis e são uma fonte de radicais livres. No entanto, o uso excessivo de fotoiniciadores trará muitos problemas, como mais substâncias migratórias, menor resistência a intempéries, espessura insuficiente de cura do filme de revestimento e aumento do custo.
Os experimentos revelaram que o uso de fotoiniciadores compostos em formulações de fotopolimerização pode superar com eficácia os problemas acima, trazendo assim muitas vantagens. É particularmente importante que melhores resultados de cura possam ser obtidos.
Quatro fotoiniciadores comumente usados foram utilizados nos experimentos: 184, 1173, TPO e 819. Quimicamente, eles pertencem a duas classes de compostos: α-hidroxi cetonas e óxidos de fosfina acil.
| Nome em inglês | Nome do produto | Número CAS |
| HCPK | fotoiniciador 184 | 947-19-3 |
| HMPP | fotoiniciador 1173 | 7473-98-5 |
| TPO | fotoiniciador TPO | 75980-60-8 |
| BAPO | fotoiniciador 819 | 162881-26-7 |
O equipamento de cura usado no experimento é uma lâmpada de mercúrio Oriel de 100 watts (o espectro de emissão é mostrado na Figura 2), e a espessura do filme é controlada em 50 μm.
O grau de cura foi detectado por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) para monitorar a alteração do pico de absorção característico da ligação dupla insaturada de acrilato em 810 cm-1. A banda de 750-780 cm-1 também foi usada como pico de referência porque não se altera durante todo o processo de fotocura.
A fórmula para calcular a taxa de conversão de ligação dupla (insaturação de acrilato reagido, RAU) é a seguinte:
Onde RL é a razão entre o pico de absorção da ligação dupla de acrilato e o pico de referência no estado líquido; e RC é a razão entre o pico de absorção da ligação dupla do acrilato e o pico de referência após a cura por UV.
A principal absorção do HCPK (fotoiniciador 184) está na faixa de comprimento de onda de 240-250 nm, e o pico de absorção está na faixa de 320-335 nm. Outro fotoiniciador de hidroxicetona, o HMPP (Darocur 1173), tem uma absorção semelhante na faixa de 320-335 nm com um pico em 265-280 nm. Usando apenas uma combinação desses dois fotoiniciadores, já é possível começar a usar melhor a saída da lâmpada UV (Figura 2).
Os espectros de TPO e BAPO (fotoiniciador 819) são significativamente diferentes dos dois anteriores, o fotoiniciador TPO tem uma forte absorção na faixa de 360-395 nm e o BAPO tem uma absorção mais forte na faixa de 360-410 nm. A adição dos dois últimos fotoiniciadores pode fazer melhor uso das outras duas principais faixas de comprimento de onda da lâmpada de mercúrio em 370 e 408 nm.
No primeiro experimento, a mesma quantidade (proporção de peso) de 184 e do fotoiniciador composto foi usada para comparação. Sob a irradiação de luz UV com a mesma energia de 4,5mJ/cm2, a taxa de conversão de ligação dupla da fórmula usando o 184 é de 24,8%, enquanto a da fórmula do fotoiniciador composto é de 79,6%.
O segundo experimento é usar 6% de 184 e fotoiniciador composto sob a energia de irradiação de 4,5mJ/cm2, a taxa de conversão de ligação dupla do primeiro é de 18,9% e a do segundo é de 67,2%. A diferença é muito significativa.
O terceiro experimento usou 4% 184 e 3% de fotoiniciador composto, respectivamente, o que significa que a última formulação usando fotoiniciador composto usou uma quantidade menor de fotoiniciador. Sob a mesma energia de irradiação (4,5mJ/cm2), a taxa de conversão de ligação dupla do primeiro é de 50,9%, enquanto a do segundo é de 66,8%, o que é maior.
O quarto experimento usou 6% 184 e 4,5% de fotoiniciador composto, respectivamente. Quando a energia de radiação permanece a mesma (4,5mJ/cm2), a taxa de conversão de ligação dupla do primeiro é 58,3% e a do segundo é 67,9%. O terceiro e o quarto experimentos mostram que a taxa de conversão de ligação dupla pode ser maior para a formulação do fotoiniciador composto, mesmo com uma quantidade menor.
Os resultados experimentais mostram que o uso de fotoiniciadores compostos pode melhorar muito a eficiência de iniciação dos fotoiniciadores. Embora os experimentos acima tenham comparado apenas um fotoiniciador (fotoiniciador 184) como objeto de referência, e o equipamento de irradiação tenha sido realizado apenas com uma lâmpada de mercúrio, os resultados também podem ilustrar suficientemente as vantagens dos fotoiniciadores compostos.
Sabemos que o uso de fotoiniciadores na fórmula não é o melhor, porque o excesso de fotoiniciador absorve a luz ultravioleta, o que afeta muito a eficiência de penetração da luz ultravioleta durante a cura profunda, afetando assim a profundidade da cura.
O uso desse fotoiniciador composto pode não apenas reduzir o custo das formulações, mas também obter uma melhor cura profunda, reduzir os resíduos de fotoiniciador e diminuir os custos.
Uma rota de seleção prática para projetos relacionados a fotoiniciadores
Ao avaliar fotoiniciadores, os compradores técnicos ou formuladores geralmente consideram a qualidade da cura e a adequação à aplicação: qual embalagem cura de forma confiável, mantém uma aparência aceitável e ainda funciona sob as condições da lâmpada, espessura do filme e substrato do processo real.
- Primeiro, compare a embalagem com a lâmpada: Lâmpadas de mercúrio, LEDs UV e sistemas de luz visível podem classificar os mesmos fotoiniciadores de maneiras muito diferentes.
- Verifique a cura em profundidade e a cura superficial separadamente: Uma película que parece seca na superfície ainda pode estar frágil por baixo.
- Equilibre o amarelamento com a reatividade: O método de cura profunda mais eficaz nem sempre é a melhor opção comercial se o risco de migração ou alteração da cor se tornar inaceitável.
- Utilize a fórmula final como referência: A quantidade de pigmento, o pacote de monômeros e a espessura do filme podem alterar a classificação aparente do mesmo iniciador.
Referências de produtos recomendadas
- CHLUMINIT TPO-L: Uma excelente referência de baixo amarelamento para sistemas UV orientados a LEDs.
- CHLUMINIT TMO: Um ponto de comparação valioso quando se trata de menor amarelamento ou discussões sobre a substituição do TPO.
- CHLUMINIT 819: Útil quando uma fórmula necessita de maior absorção e suporte à cura mais profunda.
- CHLUMINIT 184: Um padrão clássico de radicais livres para cura rápida de superfícies em muitos sistemas UV.
FAQ para compradores e formuladores
Por que os pacotes de fotoiniciadores misturados são tão comuns?
Como um produto pode controlar o amarelamento ou o encaixe da lâmpada, enquanto outro melhora a profundidade de cura ou o desempenho da velocidade da linha, o pacote completo costuma ser mais eficaz do que qualquer produto individual.
A cura incompleta deve sempre ser resolvida adicionando mais iniciador?
Não automaticamente. A verdadeira limitação pode estar na lâmpada, na espessura do filme, na tonalidade do pigmento ou no restante do sistema reativo, e não simplesmente em uma subdosagem.
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