我们日常生活中每天都要接触无数次的眼镜镜片、电脑键盘、手机外壳、办公桌面,却很少因为不停的触摸而被我们的指甲刮出痕迹,这是由于这些物体表面通常都覆有UV涂层的保护,使其耐刮擦的性能大大提升。
UV固化技术被广泛用于玻璃、塑料、金属和木材上的印刷油墨、涂料和粘胶剂的固化。经过UV固化的涂层高度耐磨、有光泽且耐用。
但是如果UV薄膜涂层固化出来性能效果不理想,不耐刮,从涂料配方下手调整又比较复杂,怎么办?通常在不调整配方的情况下,我们会选择提高紫外固化的能量,但是这对UV固化设备的要求就特别高了。
那还有没有其他的方法呢?
贺利氏特种光源日本公司就做了这样一个实验,寻求到了另外一种提升UV固化涂层性能的方法。
他在紫外光固化设备之前,加上了红外加热设备先进行加热,当添加不同比例的光引发剂时,对涂层的光学性能、导电率和抗刮伤性产生了不小的区别。
预红外加紫外线照射的示意图
实验条件:涂料T-717,光引发剂BASF184,基材Lumirror U40 PET,涂层厚度1.5μm。其中紫外设备使用贺利氏LH10 H lamp,光强为153mW/cm2, 总能量为616mJ/cm2,外界环境空气,红外设备则为贺利氏Carbon 3.2kW, 干燥温度80℃,干燥时间为1min。
实验结果表明,在紫外辐射前预先使用红外加热,不但可以提高涂层的抗刮性,并降低光引发剂的浓度。
这打破了传统UV光固化的工艺对红外技术的偏见,一直以来,只要一提红外,通常大家就只想到红外的弊端:红外加热会产生大量热量,既耗电,又对热敏感材料非常不友好。但每个事物都有两面性,上面的实验就可以看出红外对UV固化的积极作用。
为什么会有这样的作用呢?
UV固化度,或者说UV固化转化率,是衡量UV固化的一个重要指标。涂层的各种性能,如UV薄膜涂层的透光性、雾度、硬度、耐刮性等等,这些都由UV固化度直接影响。
根据UV固化机理,光引发剂通过吸收紫外光从基态向激发态跃迁,从而产生活性的自由基。如果引发剂向激发态的跃迁概率增加,那么自由基的生成效率也就增加了,UV固化转化率也将随之提高。
以光引发剂苯基酮举例,跃迁如上图。如果使用红外照射来加速光引发剂的分子内旋转,则能增加转移概率。
因此,光博士又做了一个实验,来验证红外加热对提升UV固化转化率的效果。
实验中红外加热设备使用的是贺利氏的Carbon IR CZB2000/300G,输出功率6.4kW;紫外光固化设备是贺利氏LH10,线速度20m/min;基材使用100μm PET, 涂料配方HMPP-D和M-8100(聚酯丙烯酸,东亚合成株式会社)配比为2比100,涂的膜厚度是10μm。
我们使用FT-IR测试丙烯酸双键转化率和GC-MS分析光引发剂分解效率。
碳的发射光谱(红外发射光谱)
聚酯丙烯酸酯双键转化率
从上图可见,无论基材涂层的是表面或是底部,在紫外照射前先进行红外预照射,都使紫外固化材料提高了活性,从而提高了10-20%的双键转化率。
通过GC-MS也观察到,和常规紫外辐射系统相比,在有预红外辐射的系统中辐射源的光子分裂效率更高,说明预先红外辐射促进了光引发剂的光子分解反应速率。
实验总结
这两个实验都证明,在UV固化前端加上红外预加热,明显有利于UV固化的转化率,同时能有效提高产品的透光率、抗刮性等特性。这也说明了之前对红外加热的偏见并无道理,经过我们详细的实验研究表明,只要正确运用红外加热技术,反而能有效帮助UV固化,提升UV涂层的性能。
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