UV 코팅 제형에서 광개시제 선택 가이드라인

광개시제 개요

- 광경화 제품에서 광개시제는 중요한 구성 요소로 작용합니다. 광개시제는 복사 에너지를 흡수하고 화학 반응을 일으켜 중합 개시 기능을 가진 반응성 중간체(자유 라디칼 또는 양이온)를 생성할 수 있는 물질입니다.

- 실제 생산에서는 활성 산소를 생성하는 라디칼 광개시제가 주로 사용되는 반면 양이온을 생성하는 양이온 광개시제는 극히 드뭅니다. 이 문서에서는 라디칼 광개시제에 초점을 맞춥니다.

광개시제 분류

• 라디칼 광개시제는 활성 라디칼을 생성하는 메커니즘에 따라 크게 절단형 라디칼 광개시제(제1형 광개시제라고도 함)와 수소 제거형 라디칼 광개시제(제2형 광개시제라고도 함)의 두 가지 유형으로 분류됩니다.
• 일반적인 절단형 광개시제는 구조적으로 주로 아릴알킬 케톤 화합물입니다. 일반적으로 사용 가능한 등급은 다음과 같습니다: 184, 2959, 651, 907, 369, 1173, 819, TPO, MBF, 754 등입니다.
• 일반적인 수소 제거 광개시제는 구조적으로 벤조페논 또는 헤테로사이클릭 케톤에서 파생됩니다. 일반적으로 사용 가능한 등급은 다음과 같습니다: BP, ITX, 2-EA. 또한 수소 제거 광개시제는 활성화를 위해 보조 개시제가 필요합니다. 현재 사용되는 주요 보조 개시제는 반응성 아민과 3차 아민형 벤조산 에스테르입니다.

광개시제 선택

광경화성 제품 내에서 중합 반응을 촉발하고 궁극적으로 원하는 성능을 달성하는 광개시제의 효과는 광개시 시스템, 조사 조건, 제품 성분 간의 조화로운 상호작용에 따라 달라집니다. 따라서 특정 생산 공정과 제품 배합에 따라 적절한 광개시제를 선택하는 것이 특히 중요합니다.

다음 섹션에서는 광개시제의 특성을 살펴보고 구체적인 사례 연구를 통해 광개시제 선별 방법을 자세히 설명합니다.

광개시제의 흡수 스펙트럼은 광원의 방출 스펙트럼과 일치해야 합니다.

시중에 나와 있는 일반적인 광원으로는 수은 램프, LED 램프, 인덕션 램프, 메탈할라이드 램프 등이 있습니다. 이 중 수은 램프가 가장 널리 사용되며 200~450nm의 스펙트럼을 방출하고 범용 옵션으로 사용됩니다. LED 램프는 저에너지 경화 애플리케이션에 널리 사용되며 방출 파장이 365/375/385/395/405nm에 집중되어 있습니다.

광개시제를 선택할 때는 광원 방출 스펙트럼의 해당 파장 대역에서 상당한 흡수 특성을 보이는 광개시제를 선택하세요.

사례 연구:

젤 광택제 제형에서 광개시제 선택은 광원에 따라 크게 제한됩니다. 일반적인 네일 램프는 형광등과 LED의 두 가지 유형의 튜브를 사용합니다. 형광등은 370~420nm 내에서 방출되는 반면, LED 튜브는 약 365nm/395nm에서 방출됩니다. 두 가지 모두 장파장 영역에서 방출되므로 더 긴 파장을 흡수하는 개시제가 필요합니다.

표 1에는 다양한 일반적인 광개시제의 흡수 피크가 나와 있습니다. 최적의 개시를 달성하려면 TPO 및 819와 같이 흡수 피크가 365nm 이상인 광개시제를 선택해야 합니다. 784는 흡수 피크 파장이 더 길지만 비용이 높아 시장 도입에 한계가 있습니다.

실제 테스트에서 TPO와 819는 모든 광개시제 중에서 예측 결과와 일치하는 최고의 성능을 보여주었습니다.

컬러 시스템에서 딥 경화를 위한 광개시제 선택

• 유색 시스템, 특히 어두운 색상의 시스템에서는 안료 자체가 자외선 에너지의 일부를 흡수하여 자외선이 페인트 필름을 투과하지 못하도록 합니다. 이로 인해 심층 광개시제가 중합을 시작하기에 충분한 에너지를 흡수하지 못하여 결국 심층 경화가 불충분하게 됩니다. 경미한 경우 접착력이 저하될 수 있으며, 심한 경우 표면 주름이 발생하여 페인트 필름의 외관과 물리적 및 화학적 특성이 모두 손상될 수 있습니다.
• UV 스펙트럼 내에서 파장이 길수록 투과력이 우수하여 코팅 필름의 더 깊은 층에 더 효과적으로 도달할 수 있습니다. 반대로 파장이 짧을수록 이러한 깊이까지 침투하는 데 어려움을 겪습니다. 따라서 더 깊은 층에서 이러한 장파장의 에너지를 흡수할 수 있는 장파장 광개시제가 없으면 중합 개시가 어려워집니다. 따라서 심부 투과성 광개시제는 안료 시스템에서 필수 불가결한 요소입니다. 표 1을 참조하면 TPO/819/651과 같은 장파장 광개시제와 184/1173과 같은 단파장 광개시제를 결합하면 유리한 결과를 얻을 수 있습니다.

사례 연구:

UV 단일 코팅 컬러 시스템에서 검은색 제형은 종종 접착력이 떨어지고 크로스해치 접착 실패를 보입니다. 1.5% 819를 배합에 첨가하면 필름 접착력이 크게 개선되어 심층 경화를 촉진하는 819의 역할을 입증했습니다.

또한 블랙/화이트 시스템에서는 907/ITX + 184 및 369/ITX + 184 조합이 뛰어난 결과를 보여주었습니다.

황변 요구 사항이 있는 시스템을 위한 광개시제 선택

특정 바니시 및 백색 시스템에서 황변 저항성은 코팅 필름 성능을 평가하는 데 중요한 지표입니다. 황변 저항성이 우수한 수지와 모노머를 선택하는 것 외에도 광개시제의 황변 경향도 최소화해야 합니다. 공액 구조에 N-디메틸아미노와 같은 치환체를 포함하는 광중합 개시제는 일반적으로 조사에 의한 황변 경향이 더 높습니다. 마찬가지로 반응성 아민 구조에 이러한 치환체가 존재하면 황변이 악화됩니다.

표 2는 프로필옥사이드 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트를 기본 재료로 사용하고 개시제를 사용하지 않은 경우를 기준으로 다양한 광중합 개시제의 황변 지수를 나타냅니다.

위의 표에서 볼 수 있듯이 184, 1173, 754 및 MBF는 모두 황변을 최소화하는 광개시제로서 바니시 및 화이트 시스템 배합에 최적의 선택입니다.

활성 희석제 및 올리고머에 대한 우수한 용해도

우수한 용해도는 광개시제를 시스템에 통합하기 위한 중요한 전제 조건이며, 우수한 호환성은 제형 안정성을 보장합니다.

다음 표는 선택한 광개시제의 일반적인 용매 및 모노머에 대한 용해도를 보여줍니다.

최근에는 수성 코팅이 점점 더 보편화되고 있으며, 수성 UV 코팅도 큰 주목을 받고 있습니다. 현재 시중에는 수용성이 높은 제품이 거의 없습니다. 상업적으로 이용 가능한 옵션은 다음과 같습니다: KIPEM, 819DW, BTC, BPQ, QTX 등이 있습니다. 2959는 1.7%의 수용성을 달성하여 수성 UV 제품에도 사용할 수 있습니다.

기타 속성

광개시제를 선택할 때는 냄새가 적고 독성이 낮으며 열 안정성이 우수하고 휘발성이나 이동이 적은 것을 우선적으로 고려하세요. 선택한 광개시제 성분이 현지 법률 및 규정을 준수하는지 확인하세요.

 

결론

요약하면, 광개시제의 선택은 개별적인 작업이 아니라 전체 시스템 및 도포 공정과 조화를 이루어야 합니다. 광원, 시스템의 다른 구성 요소, 광경화 제품의 성능 요구 사항을 종합적으로 고려하여 경제적이면서도 매우 효과적인 광개시제를 선택해야 합니다.