UV 喷墨中常用 UV 单体的数据介绍

Quick answer: In practical UV formulation work, resin and monomer selection starts with the end-use property target, then tunes viscosity and cure response around it. Buyers usually shortlist a few matched packages, not a single magic raw material.

紫外光固化单体的种类很多，分类方法也很复杂。例如，根据固化反应机理，可分为自由基固化型和阳离子固化型；根据参与反应的官能团数量，可分为单官能团、双官能团、三官能团和多功能单体。本文拟用下图进行分类，希望能给从事 UV 喷墨配方设计的朋友一些启发或帮助。

At present, acrylates and some nitrogen-containing monomers are widely used in UV-curable inkjets, and commercial formulations often compare IBOA 单体 with TMPTA 单体 when balancing hardness, shrinkage, and cure speed. Therefore, this article also focuses on summarizing these monomers.

熟悉喷墨配方设计的朋友都知道，单体气味、稀释度和 Tg 点是更重要的数据。

单体的气味通常与哪些因素有关（气味） 丙烯酸酯的分子量很小，但几乎没有气味。仔细想一想，就会发现分子之间形成了氢键，很难逸散出来，所以我们要思考单体是否有气味 当单体较大时，应从物质的蒸气压数据来判断。蒸汽压越高，物质越容易散发，所以我们能接受的物质浓度也就相对较高。剂量一到，味道就很容易出来了。当然，还有其他因素，比如在室温下容易分解的物质。逸出的有气味的小分子成分也会有气味。在光固化行业广为人知的含有巯基的化合物就属于这一类。此外，有些气味来自于某种材料在生产过程中添加的反应物。因此，一些单体供应商会提供两种或多种单体，最典型的是不含甲苯或高纯度单体。

单体的粘度（粘性），我们通常认为单体的粘度越低，稀释性能越好。在丙烯酸酯体系中，大多数单体都符合这一规律。粘度反映了分子间作用力的强弱。在相同温度下，分子间作用力越强，粘度越高。稀释力不仅与单体的粘度有关，还与单体的极性有关。中等长度碳链（C8~C10）等丙烯酸酯的粘度不高，但有时也用于配方中。除了影响固化速度和膜层硬度外，最大的隐患在于碳链部分的极性相对较小，单体与自身的分子间作用力较小，因此也可能与树脂分子发生作用。力也小，树脂加多了很可能不能很好地溶解，即与油墨体系的相容性可能会出问题。

Tg 是玻璃化转变温度。根据聚合物物理学，我们可以理解这一参数的含义。它是聚合物链节刚刚能自由旋转时的临界温度值。它不同于小分子的熔点和沸点。它不是内热和放热温度的突然变化，而是温度变化范围很广。为了便于表征，通常在此范围内的某一点取值。当然，表征数据与测量方法有很大关系，因此同一样品在不同的试验条件下得到的数据可能会有很大差异，所以下文介绍的 Tg 数据仅供参考。既然了解了 Tg 的含义，我们还可以对聚合物材料中更重要的 "三态两转 "概念（严格来说，这是指无定形聚合物）有更深一点的理解。

对玻璃态的理解与我们看到的玻璃类似。玻璃其实是没有结晶的，但在室温下，它是一个 "固态 "体系，严格来说应该是 "液态"，只是温度条件限制了它分子的一些运动。对于无定形聚合物来说，当它处于玻璃态时，"段 "不能移动，处于所谓的锁定态。此时，系统就像玻璃一样坚硬。

高弹性状态实际上是 "链段 "可以自由移动，但整个聚合物链还不能滑动的状态。此时，系统具有良好的弹性。
粘流状态是聚合物链可以运动的状态，类似于我们常见的液体。当然，对于交联聚合物来说，达到粘流温度时应力不会增加，毕竟聚合物链的运动受到了限制。

"两态 "是 "态 "与 "态 "之间的联系，主要包括玻璃态和粘弹态。不难理解，当玻璃态处于较低温度范围时，也就是我们所说的 Tg 点很低时，在室温下可能处于粘弹态。"过不去"。因此，在设计硬质油墨的配方时，我们希望 Tg 点高，这样会 "干得透"，表面硬度也高；在设计软质油墨的配方时，难度稍大，我们希望固化膜层的 Tg 能处于弹性区域。这样，它就能具有更好的拉伸性能。

折射率，通常折射率越大，光泽度越好，因为光线更容易在表层来回折射。此外，高折射率还有助于提高颜料的遮盖力，但如果折射率不是太高，这种积极作用几乎可以忽略不计。
我们稍后将主要讨论这些参数。

2.UV 喷墨常用的单官能丙烯酸酯单体

2.1 具有不同长度饱和碳链的单官能丙烯酸酯

部分纯饱和碳链丙烯酸酯的结构图和结构及数据表如下：

从表 2-1 中可以看出，不同碳链长度的均聚物的 Tg 值差异很大。随着碳原子数的增加，Tg 值先降后升。当碳原子数增加到一定值时，就构成了一个最长的 "链段"，继续增加就相当于进入了下一个 "链段"，因此 Tg 值也会发生相应的变化。让我们来看看几种具有正丁基、异丁基和叔丁基异构体的丙烯酸酯。我们发现，正丁基的 Tg 点最低，而叔丁基的 Tg 点最高，这说明立体阻碍具有相反的作用。链段 "的移动影响更大。

此外，我们还可以查看两种癸基酯异构体的 Tg。可以看出，"链段 "的长度约为 C5。如果数值越大，Tg 点就越高。

如何将这种具有不同碳链的丙烯酸酯应用到油墨中？

首先，我们检查蒸汽压数据。分子量较小的乙酯和丁酯通常有强烈的气味，很少用于油墨配方。碳链稍长的癸基酯和十二烷基酯虽然粘度较低，Tg 也较低，似乎可以用于软性油墨，获得很好的柔软性和耐摩擦性，但我们不能忽视它们的极性。这类单体不宜添加过多。一般来说，它们被用作内部塑化的附加单体。单体在胶粘树脂的合成中应用广泛，添加量不必太多。一是刚才提到的兼容性，二是添加量大的时候固化会比较慢。这些单体还可用于 3D 喷墨打印，由于其兼容性，打印出来的模型会有蜡质的外观和手感。

在上述单体中，BA、2-EHA、ISODA、2-PHA、LA 和 SA 均可从主要的光固化原材料制造商处获得。

 

2.2 具有非芳香族碳环的单官能丙烯酸酯

除了醇羟基外，丙烯酸化前的醇的其他部分也有一个由碳原子形成的环。带有碳环的单体也用于喷墨领域，但数量相对较少。下面我们将根据其结构参数讨论其可能的应用。

将这三种化合物并列比较，是因为只有环己基上不同位置的取代基不同，对环己基 Tg 的影响也不同。TMCHA 和 TBCHA 与 CHA 之间的差异可达几十摄氏度。由此可见，环上直接取代的甲基等取代基越硬，固化后的聚合物就越 "硬"。事实上，饱和环结构还具有耐水性和更好的黄变性。耐水性好是因为基团的极性低。根据 "相似相容性 "的经验，疏水效果明显。耐黄变性好是因为它不像含有芳香环结构的单体那样，在芳香环取代的甲基处容易被环境中的光和热等复杂因素氧化，形成 "醌 "结构。共轭作用会导致其吸收波长发生红移，在可见光区域会有一定波长的吸收，因此从宏观上可以看到变黄的结果。

接下来我们来看一组具有双环或多环结构的丙烯酸酯。这些丙烯酸酯无一例外都具有较高的 Tg 值和相对较快的固化速率。

最著名的是丙烯酸异冰片酯（IBOA），它有一种类似樟脑油的特殊气味。这类单体的合成通常是由相应的烯烃通过路易斯酸催化获得羟基，然后与丙烯酸一起进行。出于酯化、工艺和成本的考虑，这类产品的纯度不会很高。此外，还有双环戊二烯（DCPA）、金刚烷（Adamantane）系列带环丙烯酸酯，但价格不菲，相应数据难以全面收集，应在特殊领域应用。现仅列出其结构及部分参数，供参考。

如果您需要紫外线单体的 COA、MSDS 或 TDS，可以给我发电子邮件 info@longchangchemical.com 请在工作时间（UTC+8 周一至周六，上午 8:30 至下午 6:00）或使用网站即时聊天工具获得及时回复。

您可以点击下一篇文章来阅读和了解 什么是 UV 油墨？UV 油墨和普通油墨有什么区别？

How buyers usually evaluate UV monomers and resin systems

Most successful UV formulations are built by choosing the backbone first and then tuning the reactive monomer package around the substrate, cure method, and end-use stress. That usually produces a more stable result than choosing materials by viscosity or price alone.

• Start from the final property target: hardness, flexibility, adhesion, and shrinkage rarely point to exactly the same raw-material package.
• Screen the reactive package as a whole: oligomer, monomer, and photoinitiator choices interact strongly in UV systems.
• Use viscosity as a tool, not the only decision rule: the easiest-processing material is not always the one that performs best after cure.
• Check the real substrate: plastic, metal, label film, gel systems, and coatings can reward very different polarity and cure-density balances.

Recommended product references

• CHLUMICRYL HPMA: Useful when more polarity and adhesion support are needed in the reactive package.
• CHLUMICRYL IBOA: A strong low-viscosity monomer reference when hardness and good flow both matter.
• CHLUMICRYL TMPTA: A standard reactive monomer benchmark when stronger crosslink density is required.
• CHLUMICRYL EO3-TMPTA: Helpful when viscosity and cure behavior need to be tuned around the base package.

FAQ for buyers and formulators

Can one UV monomer or resin solve every formulation problem?
Usually no. Commercially strong formulas depend on how several components work together to balance cure, adhesion, flow, and durability.

Why should monomers be screened together with oligomers?
Because monomers can change viscosity, cure rate, shrinkage, and substrate behavior enough to alter the final ranking of the same backbone resin.