Лако-красочные материалы — производство

Метод отверждения ЛКМ Ультрафиолетовым излучением получил промышленное развитие в конце 1960-х гг. и в текущее время считается одним из более многообещающих. К его плюсам относятся относительно высочайшая производительность, малые энергозатраты, несложное оборудование. Но отверждаться под действием Ультрафиолетового излучения способно только ограниченное число ЛКМ.

Ультрафиолетовое излучение употребляют приемущественно при получении покрытий из материалов, способных отверждаться за счет реакции полимеризации. Принцип отверждения основан на возможности УФ-лучей инициировать реакцию полимеризации олигомерных материалов определенной хим структуры. Энергия Ультрафиолетового излучения довольно высока – 3,1-12,4 эВ, что в 2-4 раза выше энергии лучей видимого света. Энергия двойной связи С=С составляет 6,3 эВ, и это позволяет проводить отверждение покрытий с удовлетворительной скоростью при обычной температуре. Согласно DIN 5031, УФ-область диапазона делится на последующие участки:

• самое куцее волновое УФ-С-излучение (длины волн ? = 100-280 нм), которое обладает более высочайшей энергией и абсорбируется, как правило, в верхних слоях покрытия. Оно употребляется для полимеризации печатных красок и лаков до полного отверждения;
• УФ-В (? = 280-315 нм) инициирует реакции полимеризации и обеспечивает наилучшее отверждение благодаря большей длине волны;
• УФ-А (? = 315-380 нм) используют для отверждения в очень большом слое;
• УФ-М (? = 380-450 нм) – для отверждения пигментированных составов.

Процесс полимеризации можно поделить на стадии инициирования, развития и окончания. На стадии инициирования в итоге хим распада фотоинициатора под действием Ультрафиолетового излучения образуются реакционноспособные частички (свободные радикалы). А именно, распад бензоина и его производных приводит к образованию свободных радикалов, реагирующих с С=С-связями.

С экологической точки зрения принципиальным преимуществом УФ-отверждения будет то, что в данном случае употребляются только реакционноспособные 100 %-ные вещества и потому не появляются трудности, связанные с регенерацией растворителя. Потребляемая энергия невелика. Отверждение происходит при комнатной температуре, потому можно отверждать ЛКМ на подложках, чувствительных к высочайшим температурам. Но более принципиальным преимуществом этого способа является экономический фактор. Отверждение происходит с высочайшей скоростью, управление установками относительно обычное, для выполнения работ требуются малые рабочие площади и минимум человеческих ресурсов. Бесспорным преимуществом является и то, что конечные продукты имеют высочайшее качество.

полимеризация

Факторами, влияющими на качество покрытий УФ-отверждения, являются: рецептура ЛКМ, толщина пленки, окрашиваемая поверхность, скорость полосы (доза излучения), атмосфера, тип УФ-лампы, расстояния меж лампами и от лампы до подложки. Обычная рецептура ЛКМ УФ-отверждения включает смолу, реактивный разбавитель, фотоинициатор, синергетик, добавки, наполнители и пигменты. Тип пленкообразователя определяет защитные и физико-механические характеристики покрытий, также обскурантистскую способность.

Активный разбавитель – компонент, участвующий в образовании пленки при полимеризации, оказывает влияние на вязкость начального ЛКМ. Фотоинициатор определяет обскурантистскую способность ЛКМ, нужную дозу Ультрафиолетового излучения. Добавки делают лучше смачивание подложки, растекаемость, пеногашение, сияние покрытия. К пленкообразователям, способным отверждаться под действием Ультрафиолетового излучения, относятся эпоксиакрилаты, эпоксиэфиракрилаты, полиэфиракрилаты, ненасыщенные полиэфиры, уретанакрилаты, уретанакрилаты двойного отверждения.

В качестве активных разбавителей употребляют последующие вещества:

• моноакрилаты – гидроксиэтиленметакрилат, изоборнилакрилат, феноксиэтилакрилат;
• диакрилаты – бутандиолдиакрилат, дипропиленгликольдиакрилат, неопентилгликольдиакрилат, трипропиленгликольдиакрилат;
• триакрилаты – триметилпропантриакрилат, глицеринтриакрилат, пентаэритритакрилат.

С повышением функциональности активных разбавителей от 1-го до 3-х растет их обскурантистская способность, возрастает твердость образующегося покрытия, но при всем этом понижается его упругость.

Зачинатели УФ-отверждения представляют собой соединения, которые за счет поглощения Ультрафиолетового излучения перебегают в возбужденное состояние с следующим внутримолекулярным распадом, приводящим к образованию радикалов. УФ-сенсибилизаторы – соединения, которые, поглощая энергию, передают ее другим молекулам, образующим радикалы. Для различных областей внедрения разработаны разные классы УФ-инициаторов. Большая часть УФ-инициаторов содержат группу бензоила, разные заместители которой определяют длину волны, при которой достигается наибольшая абсорбция Ультрафиолетового излучения, активность, выход радикалов и, соответственно, лучшая область внедрения.

Простым зачинателем является бензофенон и его алкилпроизводные, которые при содействии с соединениями – донорами водорода образуют радикалы, инициирующие реакцию полимеризации. Другой тип фотоинициаторов – издавна известные бензоиновые эфиры. При расщеплении они образуют два очень активных радикала. Более современными продуктами, используемыми в качестве УФ-инициаторов, являются моно- и дибензоилфосфиноксиды. Они отличаются высочайшей обскурантистской способностью и неплохой стабильностью. Бензоилфосфиноксиды абсорбируют излучение в длинноволновой УФ-области. Эти зачинатели рекомендуются для использования в составе пигментированных ЛКМ. Выход радикалов и наибольшая абсорбция – решающие причины при выборе типа и количества зачинателя для УФ-отверждаемых ЛКМ.

В качестве источника Ультрафиолетового излучения употребляют микроволновые безэлектродные УФ-излучатели, ртутные лампы низкого давления и ртутные излучатели высочайшего давления. Ртутный излучатель высочайшего давления имитирует соответствующий диапазон с основными линиями ? = 254, 302, 313, 405 и 456 нм. Излучение в этой волновой области обладает высочайшей энергией, достаточной для расщепления фотоинициатора и инициирования конструктивной полимеризации. Мощность излучения не может охарактеризовывать интенсивность и энергетическую плотность попадающего на отверждаемую пленку Ультрафиолетового излучения, потому что в этом случае нужно также принимать во внимание последующие причины: геометрию рефлектора и силу фокусировки, расстояние от излучателя до подложки, также атмосферу, в какой происходит отверждение.

Для фокусировки Ультрафиолетового излучения на подложке используют рефлекторы, которые собирают Ультрафиолетовое излучение в пучок либо отражают. В главном употребляют два типа рефлекторов. Самым сильным является эллиптический рефлектор, создающий фокальную линию, на которой находится максимум Ультрафиолетового излучения. Расстояние до окрашенной подложки должно быть точно установлено. В параболическом рефлекторе излучение отражается параллельно, и фокальной полосы не появляется.

На скорость отверждения также оказывает влияние состав атмосферы, в какой происходит отверждение. Коротковолновое УФ-С-излучение, владеющее более высочайшей энергией абсорбции, активно поглощается кислородом воздуха (? < 200 нм). При понижении количества кислорода в зоне отверждения за счет введения азота либо углекислого газа скорость отверждения растет. УФ-отверждение в атмосфере инертного газа позволяет значительно понизить содержание фотоинициатора, уменьшить количество товаров расщепления фотоинициаторов, отрешиться от прибавления аминных синергетиков, что уменьшает пожелтение покрытия, не использовать высокофункциональные мономеры, понизить мощность и дозу УФ-облучения.

Исследование параметров покрытий УФ-отверждения для защиты металла в зависимости от соотношения олигомер/активный разбавитель, природы противокоррозионных пигментов (фосфат цинка, тетраоксихромат цинка, смесь фосфата цинка с молибдатом цинка, комплекс на базе ортофосфата цинка), их количества и размера частиц; дисперсности технического углерода и хим параметров его поверхности позволило создать грунтовку УФ-отверждения «Акрокор-УФ», образующую покрытия со стойкостью в камере соляного тумана более 300 ч при толщине покрытия 20 мкм.

Внедрение адгезионного состава «ИНМА» (ТУ 2484-024-50003914–2010) для ЛКМ УФ-отверждения позволяет получать на поверхности металла монослой полиорганосилоксана с двойной связью в карбофункциональной группе. Предстоящее нанесение грунтовки и ее УФ-отверждение позволяют прирастить адгезионную крепкость покрытия в 4 раза — с 1 до 4 Н/мм2, а стойкость покрытия шириной 20 мкм в камере соляного тумана растет с 300 до 700 ч. Настолько высочайшие защитные свойства позволяют использовать ЛКМ УФ-отверждения для расцветки рулонного металла.

В текущее время лаки УФ-отверждения используют приемущественно для расцветки плоских поверхностей, что почти во всем связано с ограниченными способностями применяемого оборудования. Применение лаков УФ-отверждения для расцветки больших изделий до недавнешнего времени сдерживалось из-за отсутствия либо накладности ламп с высочайшей удельной мощностью и конструкцией отражателей, рассчитанных сначала на отверждение плоских изделий. Препятствием для внедрения УФ-технологий является наличие теневых, труднодоступных для лучей УФ-лампы участков на изделиях.

Особенный энтузиазм представляют материалы двойного отверждения, в каких пространственно сшитые структуры образуются по двум механизмам: уретанообразования и конструктивной полимеризации при УФ-отверждении. Их преимущество заключается в том, что, с одной стороны, обеспечивается возможность дешево и отлично управлять процессом, а с другой – покрытие химически отверждается на участках поверхности, укрытых от воздействия излучения. Разработка таких ЛКМ, отверждаемых в течение нескольких секунд под действием Ультрафиолетового излучения и в течение нескольких часов в затененных зонах за счет взаимодействия с отвердителем, существенно расширило способности внедрения УФ-технологий.

Двойное отверждение используют в случае сочетания 2-ух химически различающихся устройств сшивания. Системы двойного отверждения обычно сшиваются поначалу при помощи Ультрафиолетового излучения за счет конструктивной полимеризации, а потом — за счет реакции изоцианатных и гидроксильных групп с образованием уретана.

Исследование физико-механических параметров покрытий на базе лаков двойного отверждения, их защитных и диэлектрических черт (удельное объемное и поверхностные сопротивление, электронная крепкость, диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических утрат) позволило советовать эти материалы для защиты от воды печатных плат.

О.С. Айкашева, д.т.н. О.Э. Бабкин, к.т.н. Л.А. Бабкина, А.Г. Есеновский, к.х.н. С.В. Проскуряков, А.Ю. Силкина, ООО «НПФ «ИНМА»