UV keményítési technológia és fotoiniciátorok

Az UV-hőkezelés környezetbarát, energiahatékony és nagy teljesítményű fejlett technológiát jelent.

Az UV-ragasztóanyagok jellemzői - többek között a magas hőmérsékletnek való ellenállás, a széles körű alkalmazhatóság és a kémiai korrózióállóság - miatt a repülőgépek hajtóműveinek alkatrészeinek ragasztásánál és űrhajók összeszerelésénél használják őket.

Az UV-fényes gyógyítás alkalmazásai az egészségügyben

Az UV LED fényforrás rendszerek széles körben elterjedtek az orvostudományban, mivel képesek a fotoiniciált ragasztók gyors kikeményítésére, ezáltal kiküszöbölve az illékony kötőanyagok szükségességét. Az UV-keményedő ragasztók jelentős előnyöket kínálnak, többek között energiamegtakarítást, csökkentett fogyasztást, gyorsabb keményedési időt, nagyobb gyártási hatékonyságot és az automatizált folyamatokba való zökkenőmentes integrációt.

Az UV fénykeményítés alkalmazásai a 3D nyomtatásban

A fotopolimerizációs 3D nyomtatás napjaink egyik legfejlettebb gyors prototípusgyártási technológiája, amely nagy nyomtatási pontosságot és kereskedelmi életképességet kínál. Előnyei - köztük az alacsony energiafogyasztás, a költséghatékonyság, a nagy pontosság, a sima felületkezelés és a kiváló reprodukálhatóság - széles körben alkalmazhatóvá teszik számos csúcstechnológiai ágazatban. Például az összetett szerkezetű rakétamotorok prototípusainak nyomtatása lehetővé teszi a gázáramlási minták elemzését, ami segít a nagyobb égési hatékonyságú, kompaktabb motorok tervezésében. Ez jelentősen növeli a bonyolult alkatrészek kutatás-fejlesztésének hatékonyságát, és lerövidíti az autóipari fejlesztési ciklusokat. Ezenkívül lehetővé teszi a gyors prototípusok gyors előállításához szükséges öntőformák vagy fordított öntőformák közvetlen nyomtatását.

Az UV fényforrások osztályozása

A fotopolimerizáció a fényforrások alapján elsősorban a hagyományos higanylámpás és a feltörekvő UV LED-es fénykezelésre oszlik. A hagyományos higanylámpás keményítéshez képest az UV LED-es keményítésnek is vannak bizonyos korlátai. A legjelentősebb különbség abban rejlik, hogy a hagyományos higanylámpák által kibocsátott spektrum szinte a teljes UV hullámhossztartományt lefedi, míg az UV LED-es hőkezelés a hardvertechnológiai korlátok és költségmegfontolások miatt jelenleg a hosszú hullámhosszú UVA-sávra korlátozódik.

A kibocsátási spektrum összehasonlítása a higanylámpák és az UV LED fényforrások között

Fotoiniciátorok

A fotoiniciátorok viszonylag kis arányt képviselnek a fényre keményedő készítményekben, jellemzően 2%-5% körül, mégis kulcsfontosságú szerepet játszanak.

A fénykeményedési reakció lejátszódásához a fotoiniciátoroknak el kell nyelniük az UV-fényforrás által kibocsátott ultraibolya fényt, hogy szabad gyökök keletkezzenek. Ezek a szabad gyökök ezután elindítják a polimerizációs reakciót, és végül a terméket a végső formájára keményítik.

Az UV-fényforrás emissziós spektrumának meg kell egyeznie a fotoiniciátor abszorpciós spektrumával. A hagyományos fotoiniciátorok, mint például az 1173 és 184, a rövid hullámhosszú UVC tartományokban mutatják maximális abszorpciójukat, így alkalmasabbak a hagyományos higanylámpákkal történő keményítésre.

Ezzel szemben az UV LED-ek elsősorban néhány meghatározott sávban bocsátanak ki fényt, például 365 nm, 385 nm, 395 nm és 405 nm. A foszfin-oxid alapú fotoiniciátorok viszonylag erős abszorpciót mutatnak ezekben a sávokban, így széles körben alkalmazhatók UV LED rendszerekben.

Szabad gyökös fotoiniciátor

Fotoiniciátorok

A fotoiniciátorok a fényre keményedő anyagok alapvető összetevői. Elnyelik a sugárzási energiát, gerjesztés hatására kémiai változásokon mennek keresztül, és olyan reaktív köztitermékeket (szabad gyökök vagy kationok) hoznak létre, amelyek képesek polimerizációs reakciókat elindítani.

Az elnyelt fény hullámhossza alapján a fotoiniciátorok ultraibolya fotoiniciátorokra (250 nm-400 nm hullámhossz) és látható fény fotoiniciátorokra (400 nm-700 nm hullámhossz) oszthatók. A fotopolimerizáció mechanizmusa szerint radikális típusú fotoiniciátorokra és kationos típusú fotoiniciátorokra osztályozhatók.

A radikális iniciátorok gyökképző mechanizmusuk alapján két típusra oszthatók: hasító típusú iniciátorok (más néven I. típusú iniciátorok) és hidrogén-mentő típusú iniciátorok (más néven II. típusú iniciátorok).

Repedést okozó radikális fotoiniciátorok

A repedés típusú radikális fotoiniciátorok olyan molekulákra utalnak, amelyek fényenergia elnyelésekor gerjesztett szingulett állapotba lépnek, majd ezt követően rendszerközi átmenetet hajtanak végre egy gerjesztett triplett állapotba. A gerjesztett szingulett vagy triplett állapotban a molekulaszerkezet instabillá válik, ami a gyenge kötések homolitikus hasadásához vezet. Ezáltal elsődleges aktív gyökök keletkeznek, amelyek elindítják az oligomerek és az aktív hígítók polimerizációját és térhálósodását.

A repesztő típusú gyökös fotoiniciátorok túlnyomórészt arilalkil-ketonvegyületek, beleértve a fenilkumarinokat és származékaikat (pl. benzoesav-éterek), fenilkumársav és származékai (pl., 651), fenilaceton-származékok (pl. DEAP), α-hidroxiketon-származékok (pl. 1173, 184, 2959), α-aminoalkilfenilacetonok (907, 369) és acilfoszfin-oxidok (TPO, TPO-L, 819).

Hidrogénmegkötő radikális fotoiniciátorok

A hidrogén-mentő fotoiniciátorok olyan fotoiniciátor molekulákra utalnak, amelyek fényenergiát nyelnek el, gerjesztésen és rendszerközi keresztezésen mennek keresztül, hogy elérjék a gerjesztett triplett állapotot, majd bimolekuláris reakcióba lépnek egy társ-iniciátorral - hidrogéndonorral. Az elektronátadás révén aktív gyököket hoznak létre, amelyek oligomerek és reaktív hígítók polimerizációját és térhálósodását indítják el. A legfontosabb példák közé tartoznak a benzofenonok és származékaik, a tioantrakinonok (ITX, DETX) és az antrakinonok (2-EA).

A ko-iniciátorok hidrogéndonorok, amelyeket hidrogénmegkötő fotoiniciátorokkal együtt használnak. Szerkezetileg mind tartalmaznak legalább egy tercier amint az α-szén pozícióban, elsősorban tercier aminvegyületek. A hidrogén-mentesítők gerjesztett állapotú fotoiniciátorokkal reagálva gerjesztett-gyökös komplexeket képeznek, ahol a nitrogénatom elektronveszteséget szenved, és a nitrogénnel szomszédos α-szénatom hidrogénje erősen savassá válik, és könnyen távozik protonként. Ezáltal egy C-központú, reaktív tercier amin alkilgyök keletkezik, amely elindítja az oligomerek és a reaktív hígítók polimerizációját és térhálósodását. A tercier aminvegyületek közé tartoznak az alifás tercier aminok, az etanolamin típusú tercier aminok, a tercier amin típusú benzoát-észterek és a reaktív aminok.