Panduan untuk Memilih Photoinisiator dalam Formulasi Pelapisan UV

Gambaran umum tentang Photoinisiator

- Pada produk pengawetan cahaya, photoinisiator berfungsi sebagai komponen penting. Mereka adalah zat yang mampu menyerap energi radiasi dan menjalani reaksi kimia untuk menghasilkan zat antara yang reaktif (radikal bebas atau kation) dengan kemampuan mengawali polimerisasi.

- Dalam produksi praktis, fotoinisiator radikal yang menghasilkan radikal bebas lebih banyak digunakan, sedangkan fotoinisiator kationik yang menghasilkan kation sangat jarang digunakan. Artikel ini berfokus pada fotoinisiator radikal.

Klasifikasi Inisiator Foto

• Fotoinisiator radikal terutama dikategorikan menjadi dua jenis berdasarkan mekanisme mereka menghasilkan radikal aktif: fotoinisiator radikal tipe pembelahan (juga dikenal sebagai fotoinisiator Tipe I) dan fotoinisiator radikal pemulungan hidrogen (juga dikenal sebagai fotoinisiator Tipe II).
• Fotoinisiator tipe pembelahan yang umum adalah senyawa keton arilalkil yang secara struktural didominasi oleh senyawa keton arilalkil. Nilai yang umum tersedia meliputi: 184, 2959, 651, 907, 369, 1173, 819, TPO, MBF, 754, dll.
• Photoinisiator pemulung hidrogen yang umum adalah yang secara struktural berasal dari benzofenon atau keton heterosiklik. Nilai yang umum tersedia meliputi: BP, ITX, 2-EA. Selain itu, fotoinisiator pemulung hidrogen membutuhkan inisiator pendamping untuk aktivasi. Saat ini, inisiator utama yang digunakan adalah amina reaktif dan ester benzoat tipe amina tersier.

Pemilihan Pemrakarsa Foto

Efektivitas fotoinisiator dalam memicu reaksi polimerisasi dalam produk yang dapat disembuhkan dengan cahaya-dan pada akhirnya mencapai kinerja yang diinginkan-tergantung pada interaksi yang harmonis antara sistem fotoinisiasi, kondisi penyinaran, dan komponen produk. Oleh karena itu, memilih fotoinisiator yang tepat berdasarkan proses produksi dan formulasi produk tertentu sangat penting.

Bagian berikut ini akan merinci metode penyaringan fotoinisiator dengan memeriksa sifat-sifatnya dan mengilustrasikannya melalui studi kasus tertentu.

Spektrum penyerapan photoinisiator harus sesuai dengan spektrum emisi sumber cahaya.

Sumber cahaya yang umum di pasaran termasuk lampu merkuri, lampu LED, lampu induksi, dan lampu halida logam. Di antara semua ini, lampu merkuri adalah yang paling banyak digunakan, memancarkan spektrum antara 200-450nm dan berfungsi sebagai opsi tujuan umum. Lampu LED banyak digunakan dalam aplikasi pengawetan energi rendah, dengan panjang gelombang emisi terkonsentrasi di sekitar 365/375/385/395/405 nm.

Apabila memilih photoinisiator, pilihlah yang menunjukkan karakteristik penyerapan yang signifikan pada pita panjang gelombang yang sesuai dari spektrum emisi sumber cahaya.

Studi Kasus:

Dalam formulasi cat kuku gel, pemilihan photoinisiator sangat dibatasi oleh sumber cahaya. Lampu kuku yang umum menggunakan dua jenis tabung: fluoresen dan LED. Tabung fluoresen memancarkan dalam 370-420nm, sedangkan tabung LED memancarkan sekitar 365nm/395nm. Keduanya memancarkan di wilayah gelombang panjang, membutuhkan inisiator yang menyerap panjang gelombang yang lebih panjang.

Tabel 1 mencantumkan puncak serapan dari berbagai photoinisiator yang umum. Untuk mencapai inisiasi yang optimal, fotoinisiator dengan puncak penyerapan di atas 365nm harus dipilih, seperti TPO dan 819. Meskipun 784 memiliki panjang gelombang puncak penyerapan yang lebih panjang, biayanya yang tinggi membatasi adopsi pasarnya.

Dalam pengujian praktis, TPO dan 819 menunjukkan performa terbaik di antara semua inisiator foto, konsisten dengan hasil yang diprediksi.

Pemilihan Photoinisiator untuk Pengawetan Dalam pada Sistem Berwarna

• Pada sistem berwarna, khususnya yang berwarna gelap, pigmen sendiri menyerap sebagian energi UV, mencegah sinar UV menembus lapisan cat. Hal ini mencegah photoinisiator lapisan dalam menyerap energi yang cukup untuk memulai polimerisasi, yang pada akhirnya menghasilkan pengawetan dalam yang tidak memadai. Kasus ringan dapat menunjukkan berkurangnya daya rekat, sementara kasus yang parah dapat menyebabkan kerutan pada permukaan, sehingga mengganggu penampilan film cat dan sifat fisik dan kimianya.
• Dalam spektrum UV, panjang gelombang yang lebih panjang menunjukkan kemampuan penetrasi yang superior, memungkinkan mereka untuk mencapai lapisan film pelapis yang lebih dalam secara lebih efektif. Sebaliknya, panjang gelombang yang lebih pendek sulit untuk menembus ke kedalaman ini. Akibatnya, tanpa inisiator foto gelombang panjang untuk menyerap energi dari panjang gelombang yang lebih panjang ini di lapisan yang lebih dalam, inisiasi polimerisasi menjadi menantang. Oleh karena itu, inisiator foto yang dapat menembus dalam sangat diperlukan dalam sistem berpigmen. Mengacu pada Tabel 1, menggabungkan fotoinisiator gelombang panjang seperti TPO/819/651 dengan fotoinisiator gelombang pendek seperti 184/1173 memberikan hasil yang menguntungkan.

Studi Kasus:

Dalam sistem warna lapisan tunggal UV, formulasi hitam sering kali menunjukkan adhesi yang buruk dan kegagalan adhesi crosshatch. Menambahkan 1.5% 819 ke dalam formulasi secara signifikan meningkatkan daya rekat film, menunjukkan peran 819 dalam mempromosikan pengawetan dalam.

Selain itu, dalam sistem hitam/putih, kombinasi 907/ITX + 184 dan 369/ITX + 184 memberikan hasil yang luar biasa.

Pemilihan Photoinisiator untuk Sistem dengan Persyaratan Menguning

Pada pernis dan sistem putih tertentu, ketahanan menguning merupakan indikator penting untuk mengevaluasi performa film pelapis. Selain memilih resin dan monomer dengan ketahanan menguning yang sangat baik, kecenderungan menguningnya inisiator foto juga harus diminimalkan. Inisiator fotopolimerisasi yang mengandung substituen seperti N-dimetilamino dalam struktur terkonjugasi umumnya menunjukkan kecenderungan menguning yang lebih tinggi akibat iradiasi. Demikian pula, keberadaan substituen tersebut dalam struktur amina reaktif juga memperburuk penguningan.

Tabel 2 menyajikan indeks penguningan berbagai inisiator fotopolimerisasi, menggunakan propil oksida pentaeritritol triakrilat sebagai bahan dasar dan tanpa inisiator apa pun sebagai referensi kosong.

Seperti yang ditunjukkan pada tabel di atas, 184, 1173, 754, dan MBF semuanya merupakan photoinitiator dengan kekuningan minimal, menjadikannya pilihan optimal untuk pernis dan formulasi sistem putih.

Kelarutan yang baik dalam pengencer aktif dan oligomer

Kelarutan yang sangat baik merupakan prasyarat penting untuk memasukkan photoinisiator ke dalam sistem; kompatibilitas yang unggul memastikan stabilitas formulasi yang lebih baik.

Tabel berikut ini menunjukkan kelarutan fotoinisiator yang dipilih dalam pelarut dan monomer yang umum.

Dalam beberapa tahun terakhir, pelapis berbahan dasar air telah menjadi semakin lazim, dengan pelapis UV berbahan dasar air juga mendapatkan perhatian yang signifikan. Saat ini, produk dengan kelarutan air yang tinggi di pasaran masih sedikit dan jarang ditemukan. Pilihan yang tersedia secara komersial meliputi: KIPEM, 819DW, BTC, BPQ, QTX, dll. 2959 mencapai kelarutan dalam air sebesar 1.7% dan juga dapat digunakan dalam produk UV berbasis air.

Properti Lainnya

Saat memilih fotoinisiator, prioritaskan yang memiliki bau yang rendah, toksisitas yang rendah, stabilitas termal yang baik, dan volatilitas atau migrasi yang minimal. Pastikan komponen fotoinisiator yang dipilih sesuai dengan hukum dan peraturan setempat.

 

Kesimpulan

Singkatnya, pemilihan photoinisiator bukanlah tugas yang berdiri sendiri, tetapi harus dikoordinasikan dengan seluruh sistem dan bahkan proses aplikasi. Hal ini memerlukan pertimbangan yang komprehensif mengenai sumber cahaya, komponen lain dalam sistem, dan persyaratan performa produk yang diawetkan dengan cahaya untuk memilih photoinisiator yang ekonomis dan sangat efektif.