Technologie de polymérisation UV et photo-initiateurs
Le séchage UV est une technologie de pointe respectueuse de l'environnement, économe en énergie et très performante.
En raison des caractéristiques des matériaux adhésifs UV - notamment leur résistance aux températures élevées, leur large champ d'application et leur résistance à la corrosion chimique - ils sont utilisés pour coller les composants des moteurs d'avion et pour assembler les engins spatiaux.
Applications du séchage par lumière UV dans l'industrie de la santé
Les systèmes de sources lumineuses LED UV ont été largement adoptés dans le domaine médical en raison de leur capacité à durcir rapidement les adhésifs photo-initiés, éliminant ainsi la nécessité d'utiliser des agents de liaison volatils. Les adhésifs polymérisables aux UV offrent des avantages significatifs, notamment des économies d'énergie, une réduction de la consommation, des temps de polymérisation accélérés, une efficacité de production accrue et une intégration transparente dans les processus automatisés.
Applications de la polymérisation par lumière UV dans l'impression 3D
L'impression 3D par photopolymérisation est l'une des technologies de prototypage rapide les plus avancées à l'heure actuelle, offrant une grande précision d'impression et une viabilité commerciale. Ses avantages, notamment sa faible consommation d'énergie, sa rentabilité, sa grande précision, ses finitions de surface lisses et son excellente reproductibilité, la rendent largement applicable dans de nombreux secteurs de haute technologie. Par exemple, l'impression de prototypes de moteurs de fusée aux structures complexes permet d'analyser les schémas d'écoulement des gaz, ce qui contribue à la conception de moteurs plus compacts avec une meilleure efficacité de combustion. Cela améliore considérablement l'efficacité de la R&D pour les composants complexes et raccourcit les cycles de développement de l'automobile. En outre, elle permet l'impression directe de moules ou de moules inversés pour le prototypage rapide.
Classification des sources de lumière UV
En fonction des sources de lumière de polymérisation, la photopolymérisation se divise principalement en deux catégories : la polymérisation traditionnelle par lampe à mercure et la polymérisation émergente par LED UV. Par rapport au durcissement par lampe à mercure traditionnelle, le durcissement par LED UV présente également certaines limites. La différence la plus importante réside dans le fait que le spectre émis par les lampes à mercure traditionnelles couvre presque toute la gamme des longueurs d'onde UV, alors que le durcissement par LED UV est actuellement limité à la bande UVA de grande longueur d'onde en raison des contraintes technologiques du matériel et des considérations de coût.
Comparaison du spectre d'émission entre les lampes à mercure et les sources lumineuses LED UV
Photoinitiateurs
Les photo-initiateurs représentent une proportion relativement faible des formulations photopolymérisables, généralement de l'ordre de 2%-5%, mais ils jouent un rôle essentiel.
Pour que la réaction de photopolymérisation se produise, les photo-initiateurs doivent absorber la lumière ultraviolette émise par la source de lumière UV pour générer des radicaux libres. Ces radicaux libres déclenchent alors la réaction de polymérisation, qui permet au produit de prendre sa forme finale.
Le spectre d'émission de la source de lumière UV doit correspondre au spectre d'absorption du photo-initiateur. Les photo-initiateurs traditionnels comme le 1173 et le 184 présentent une absorption maximale dans les régions UVC à courte longueur d'onde, ce qui les rend plus adaptés au durcissement avec des lampes à mercure conventionnelles.
En revanche, les LED UV émettent principalement de la lumière dans quelques bandes spécifiques, telles que 365 nm, 385 nm, 395 nm et 405 nm. Les photo-initiateurs à base d'oxyde de phosphine présentent une absorption relativement forte dans ces bandes, ce qui les rend largement applicables dans les systèmes LED UV.
Photoinitiateur de radicaux libres
Photoinitiateurs
Les photo-initiateurs sont des composants essentiels des matériaux photopolymérisables. Ils absorbent l'énergie rayonnante, subissent des modifications chimiques lors de l'excitation et génèrent des intermédiaires réactifs (radicaux libres ou cations) capables d'initier des réactions de polymérisation.
En fonction de la longueur d'onde de la lumière absorbée, les photo-initiateurs peuvent être classés en photo-initiateurs ultraviolets (longueur d'onde 250nm-400nm) et photo-initiateurs de lumière visible (longueur d'onde 400nm-700nm). Selon le mécanisme de photopolymérisation, ils sont classés en photo-initiateurs de type radicalaire et en photo-initiateurs de type cationique.
Les initiateurs radicaux peuvent être subdivisés en deux types en fonction de leurs mécanismes de génération de radicaux : les initiateurs de type clivage (également appelés initiateurs de type I) et les initiateurs de type dégagement d'hydrogène (également appelés initiateurs de type II).
Photoinitiateurs radicaux de type craquage
Les photo-initiateurs radicaux de type fissuration se réfèrent à des molécules qui, lorsqu'elles absorbent de l'énergie lumineuse, passent à un état singlet excité et subissent ensuite un croisement intersystème vers un état triplet excité. Dans l'état excité singulet ou triplet, la structure moléculaire devient instable et les liaisons faibles subissent un clivage homolytique. Cela génère des radicaux actifs primaires qui initient la polymérisation et la réticulation des oligomères et des diluants actifs.
Les photo-initiateurs radicaux de type fissuration sont principalement des composés arylalkylcétoniques, y compris les phénylcoumarines et leurs dérivés (par exemple, les éthers d'acide benzoïque), l'acide phénylcoumarique et ses dérivés (par exemple, 651), les dérivés de la phénylacétone (par exemple, DEAP), les dérivés de l'α-hydroxycétone (par exemple, 1173, 184, 2959), les α-aminoalkylphénylacétones (907, 369) et les oxydes d'acylphosphine (TPO, TPO-L, 819).
Photo-initiateurs radicaux qui éliminent l'hydrogène
Les photo-initiateurs qui éliminent l'hydrogène sont des molécules photo-initiatrices qui absorbent l'énergie lumineuse, subissent une excitation et un croisement intersystème pour atteindre l'état excité triplet, puis subissent une réaction bimoléculaire avec un co-initiateur - un donneur d'hydrogène. Par transfert d'électrons, elles génèrent des radicaux actifs qui initient la polymérisation et la réticulation des oligomères et des diluants réactifs. Les principaux exemples sont les benzophénones et leurs dérivés, les thioanthraquinones (ITX, DETX) et les anthraquinones (2-EA).
Les co-initiateurs sont des donneurs d'hydrogène utilisés en conjonction avec des photo-initiateurs qui captent l'hydrogène. Sur le plan structurel, ils contiennent tous au moins une amine tertiaire en position α-carbone, et sont principalement des composés d'amine tertiaire. Ils réagissent avec l'état excité des photo-initiateurs à libération d'hydrogène pour former des complexes de radicaux excités. L'atome d'azote perd un électron et l'hydrogène sur le carbone α adjacent à l'azote devient fortement acide, s'échappant facilement sous forme de proton. Cela génère un radical alkyle d'amine tertiaire réactif centré sur C qui amorce la polymérisation et la réticulation des oligomères et des diluants réactifs. Les composés d'amine tertiaire comprennent les amines tertiaires aliphatiques, les amines tertiaires de type éthanolamine, les esters de benzoate de type amine tertiaire et les amines réactives.