UV Kaplama Formülasyonlarında Fotobaşlatıcı Seçimi için Kılavuzlar

Fotobaşlatıcılara Genel Bakış

- Işıkla sertleşen ürünlerde, fotobaşlatıcılar kritik bir bileşen olarak görev yapar. Bunlar, radyan enerjiyi absorbe edebilen ve polimerizasyon başlatma yeteneklerine sahip reaktif ara ürünler (serbest radikaller veya katyonlar) üretmek için kimyasal reaksiyonlara girebilen maddelerdir.

- Pratik üretimde, serbest radikal üreten radikal fotobaşlatıcılar ağırlıklı olarak kullanılırken, katyon üreten katyonik fotobaşlatıcılar son derece nadirdir. Bu makale radikal fotobaşlatıcılara odaklanmaktadır.

Fotobaşlatıcıların Sınıflandırılması

• Radikal fotobaşlatıcılar, aktif radikal üretme mekanizmalarına göre temel olarak iki tipe ayrılır: bölünme tipi radikal fotobaşlatıcılar (Tip I fotobaşlatıcılar olarak da bilinir) ve hidrojen giderici radikal fotobaşlatıcılar (Tip II fotobaşlatıcılar olarak da bilinir).
• Yaygın bölünme tipi fotobaşlatıcılar yapısal olarak ağırlıklı olarak arilalkil keton bileşikleridir. Yaygın olarak bulunan kaliteler şunlardır: 184, 2959, 651, 907, 369, 1173, 819, TPO, MBF, 754, vb.
• Yaygın hidrojen tutucu fotobaşlatıcılar yapısal olarak benzofenonlardan veya heterosiklik ketonlardan türetilir. Yaygın olarak bulunan kaliteler şunlardır: BP, ITX, 2-EA. Ayrıca, hidrojen tutucu fotobaşlatıcılar aktivasyon için yardımcı başlatıcılara ihtiyaç duyarlar. Şu anda kullanılan başlıca yardımcı başlatıcılar reaktif aminler ve tersiyer amin tipi benzoik esterlerdir.

Fotobaşlatıcıların Seçimi

Fotobaşlatıcıların ışıkla kürlenebilen ürünlerdeki polimerizasyon reaksiyonlarını tetiklemedeki etkinliği ve sonuçta istenen performansın elde edilmesi, fotobaşlatma sistemi, ışınlama koşulları ve ürün bileşenleri arasındaki uyumlu etkileşime bağlıdır. Bu nedenle, belirli üretim süreçlerine ve ürün formülasyonlarına dayalı olarak uygun fotobaşlatıcıların seçilmesi özellikle önemlidir.

Aşağıdaki bölümlerde fotobaşlatıcı tarama yöntemleri, özellikleri incelenerek ve belirli vaka çalışmaları ile örneklendirilerek detaylandırılacaktır.

Fotobaşlatıcının absorpsiyon spektrumu, ışık kaynağının emisyon spektrumuyla eşleşmelidir.

Piyasadaki yaygın ışık kaynakları arasında cıvalı lambalar, LED lambalar, indüksiyon lambaları ve metal halide lambalar bulunmaktadır. Bunlar arasında, 200-450nm arasında bir spektrum yayan ve genel amaçlı bir seçenek olarak hizmet veren cıva lambaları en yaygın kullanılanıdır. LED lambalar, 365/375/385/395/405 nm civarında yoğunlaşan emisyon dalga boyları ile düşük enerjili kürleme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bir fotobaşlatıcı seçerken, ışık kaynağının emisyon spektrumunun ilgili dalga boyu bandında önemli absorpsiyon özellikleri sergileyen birini seçin.

Örnek Olay İncelemesi:

Jel cila formülasyonlarında, fotobaşlatıcı seçimi ışık kaynağı tarafından büyük ölçüde kısıtlanır. Yaygın tırnak lambalarında iki tip tüp kullanılır: floresan ve LED. Floresan tüpler 370-420nm aralığında yayarken, LED tüpler 365nm/395nm aralığında yayar. Her ikisi de uzun dalga bölgesinde yayılır ve daha uzun dalga boylarını absorbe eden başlatıcılar gerektirir.

Tablo 1'de çeşitli yaygın fotobaşlatıcıların absorpsiyon pikleri listelenmektedir. Optimum başlatma elde etmek için, TPO ve 819 gibi 365nm'nin üzerinde absorpsiyon pikleri olan fotobaşlatıcılar seçilmelidir. Her ne kadar 784 daha uzun bir absorpsiyon tepe dalga boyuna sahip olsa da, yüksek maliyeti pazarda benimsenmesini sınırlamaktadır.

Pratik testlerde, TPO ve 819, öngörülen sonuçlarla tutarlı olarak tüm fotobaşlatıcılar arasında en iyi performansı göstermiştir.

Renkli Sistemlerde Derin Kürleme için Fotobaşlatıcı Seçimi

• Renkli sistemlerde, özellikle koyu renkli olanlarda, pigmentlerin kendileri UV enerjisinin bir kısmını emerek UV ışığının boya filmine nüfuz etmesini önler. Bu durum, derin tabaka fotobaşlatıcılarının polimerizasyonu başlatmak için yeterli enerjiyi emmesini engeller ve sonuçta yetersiz derin kürlenmeye neden olur. Hafif vakalarda yapışma azalabilirken, ciddi vakalarda yüzey kırışmasına neden olarak hem boya filminin görünümünü hem de fiziksel ve kimyasal özelliklerini tehlikeye atabilir.
• UV spektrumunda, daha uzun dalga boyları üstün penetrasyon yetenekleri sergileyerek kaplama filminin daha derin katmanlarına daha etkili bir şekilde ulaşmalarını sağlar. Buna karşılık, daha kısa dalga boyları bu derinliklere nüfuz etmekte zorlanır. Sonuç olarak, daha derin katmanlarda bu daha uzun dalga boylarından gelen enerjiyi absorbe edecek uzun dalga fotobaşlatıcılar olmadan, polimerizasyonun başlatılması zorlaşır. Bu nedenle, derin nüfuz eden fotobaşlatıcılar pigmentli sistemlerde vazgeçilmezdir. Tablo 1'e bakıldığında, TPO/819/651 gibi uzun dalga fotobaşlatıcıların 184/1173 gibi kısa dalga fotobaşlatıcılarla birleştirilmesi olumlu sonuçlar vermektedir.

Örnek Olay İncelemesi:

UV tek kat renk sistemlerinde, siyah formülasyonlar genellikle zayıf yapışma ve çapraz çizik yapışma hatası sergiler. Formülasyona 1.5% 819 eklenmesi film yapışmasını önemli ölçüde iyileştirerek 819'un derin kürlenmeyi desteklemedeki rolünü göstermiştir.

Ayrıca, siyah/beyaz sistemlerde 907/ITX + 184 ve 369/ITX + 184 kombinasyonları olağanüstü sonuçlar verdi.

Sararma Gereksinimi Olan Sistemler için Fotobaşlatıcı Seçimi

Bazı verniklerde ve beyaz sistemlerde sararma direnci, kaplama filmi performansını değerlendirmek için kritik bir göstergedir. Mükemmel sararma direncine sahip reçineler ve monomerler seçmenin ötesinde, fotobaşlatıcıların sararma eğilimi de en aza indirilmelidir. Konjuge yapılarında N-dimetilamino gibi sübstitüentler içeren fotopolimerizasyon başlatıcıları genellikle daha yüksek ışınlama kaynaklı sararma eğilimleri sergiler. Benzer şekilde, reaktif amin yapılarında bu tür sübstitüentlerin varlığı da sararmayı şiddetlendirir.

Tablo 2, temel malzeme olarak propil oksit pentaeritritol triakrilat kullanılarak ve boş referans olarak herhangi bir başlatıcı olmadan çeşitli fotopolimerizasyon başlatıcılarının sararma indekslerini sunmaktadır.

Yukarıdaki tabloda gösterildiği gibi, 184, 1173, 754 ve MBF minimum sararmaya sahip fotobaşlatıcılardır, bu da onları vernik ve beyaz sistem formülasyonları için en uygun seçim haline getirir.

Aktif seyrelticiler ve oligomerlerde iyi çözünürlük

Mükemmel çözünürlük, fotobaşlatıcıların sistemlere dahil edilmesi için çok önemli bir ön koşuldur; üstün uyumluluk daha fazla formülasyon kararlılığı sağlar.

Aşağıdaki tablo, seçilen fotobaşlatıcıların yaygın çözücüler ve monomerlerdeki çözünürlüğünü göstermektedir.

Son yıllarda su bazlı kaplamalar giderek yaygınlaşmakta ve su bazlı UV kaplamalar da büyük ilgi görmektedir. Şu anda piyasada suda çözünürlüğü yüksek olan ürünler çok azdır. Ticari olarak mevcut seçenekler şunları içerir: KIPEM, 819DW, BTC, BPQ, QTX, vb. 2959, 1.7% suda çözünürlüğe ulaşır ve su bazlı UV ürünlerinde de kullanılabilir.

Diğer Mülkler

Fotobaşlatıcıları seçerken, düşük koku, düşük toksisite, iyi termal stabilite ve minimum uçuculuk veya migrasyona sahip olanlara öncelik verin. Seçilen fotobaşlatıcı bileşenlerinin yerel yasa ve yönetmeliklere uygun olduğundan emin olun.

 

Sonuç

Özetle, fotobaşlatıcıların seçimi izole bir görev olmayıp tüm sistemle ve hatta uygulama süreciyle koordine edilmelidir. Hem ekonomik hem de son derece etkili bir fotobaşlatıcı seçmek için ışık kaynağının, sistemdeki diğer bileşenlerin ve ışıkla kürlenen ürünün performans gereksinimlerinin kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi gerekir.