logo
Научно-исследовательская
производственная группа
производство полимеров
ультрафиолетового
отверждения
г.Н. Новгород, пр. Ленина, 88/4
ikonka mail Е-mail: service_nn@bk.ru
ikonka telefon Тел.: +7(831) 414-38-34

УФ полимеризация

ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ О ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ВООБЩЕ И ОБ УФ-ПОЛИМЕРИЗАЦИИ В ЧАСТНОСТИ?

Процесс УФ-полимеризации называют также УФ-отверждением или УФ-сушкой, хотя в данном случае фраза «УФ-сушка» имеет переносное значение, поскольку высыхания (воды, растворителя, жидкости) в данном процессе практически не происходит.

Итак, УФ-полимеризация представляет собой фотохимический процесс, при котором мономеры сшиваются или отверждаются (полимеризуются или перекрещиваются) при воздействии ультрафиолетового излучения. Конкретный мономер будет полимеризоваться при воздействии ультрафиолетового излучения. Этот УФ «отверждаемый» мономер включает фотоинициатор, который поглощает энергию УФ и инициирует реакцию полимеризации в мономере.

В данной статье мы кратко опишем, как происходит процесс полимеризации ультрафиолетового клея (геля, лака, краски) под действием ультрафиолетового облучения с помощью УФ-лампы, а также сделаем краткий обзор других видов полимеризации (отверждения), используемых в технологических процессах.

Что такое ультрафиолет? Каковы свойства и искусственные источники УФ-излучения?

Солнечный свет преломляется в радуге в свои спектральные цвета. Видимый спектр имеет длину волны от 400 нм до 800 нм. Ультрафиолетовое излучение имеет невидимый спектр с длиной волны между 100 нм и 400 нм.

UV1

Ультрафиолетовое излучение между 200 нм и 400 нм используется в промышленности и в бытудля запуска реакций, таких как полимеризация, синтез или деградация различных веществ.

Для ультрафиолетовой полимеризации используются ультрафиолетовые лампы и LED диоды, которые имеют излучение в УФ-спектре.

УФ-лампа используется для полимеризации (отверждения) чувствительных к ультрафиолетовому излучению субстратов, таких как клей, лак или краска, избегая выброса опасных веществ в окружающую среду, поскольку данные уф-отверждаемые материалы не содержат растворителей, процесс отверждения УФ-клея, УФ-лака, УФ-краски происходит за счет сшивания молекулярных цепей.

УФ-излучение разрушает углерод-углеродную двойную связь одиночной молекулы (мономер, олигомер). Одиночные молекулы сшиваются с молекулярными цепями. Это сшивание называется полимеризация (УФ-сушка).Подходящие добавки, такие как фотоинициаторы, ускоряют цепную реакцию.

ЧТО ТАКОЕ ХОЛОДНОЕ И ГОРЯЧЕЕ ОТВЕРЖДЕНИЕ? КАКОВЫ ИХ РАЗНОВИДНОСТИ?

Итак, отвержде́ние как химический процесс — это действие, в результате которого происходит необратимое превращение жидких реакционноспособных олигомеров и (или) мономеров в твердые неплавкие и нерастворимые сетчатые полимеры. Процесс отверждения протекает с участием специальных отвердителей или в результате взаимодействия реакционноспособных групп олигомеров между собой под действием тепла, ультрафиолетового света или излучения высокой энергии. Является важной технологической операцией при формовании изделий из реактопластов, герметизации заливочными компаундамии герметиками, получении клеевыхсоединений и лакокрасочных покрытий. Процесс отверждения каучуков принято называть вулканизацией.

UV2

На рисунке изображён процесс отверждения под действием излучения с применением инициаторов.

Под действием излучения инициаторы распадаются на радикалы. Образовавшиеся радикалы способствуют вводу в цепную реакцию новых радикалов и взаимодействуют с мономерами и олигомерами с образованием сетчатых структур.

Освободившаяся энергия радикалов обеспечивает соединение макромолекул мономеров и олигомеров.

Отверждение может протекать при обычной и повышенной температуре, и соответственно подразделяться на холодное и горячее отверждение, при повышенном или пониженном давлении, на открытом воздухе или без доступа кислородаО2. Отверждение полимеровможет протекать по механизму поликонденсации(например, отверждение фенолоформальдегидных смол) или полимеризации(например, отверждение полиэфирных смол). В отдельных случаях в одном процессе могут сочетаться оба механизма (например, отверждение эпоксидных смолангидридами кислот в присутствии катализаторовтретичных аминов).

Отвердители процесса

В роли отвердителей выступают полифункциональные соединения, такие как диамины, полиамины, фенолы, гликоли, ангидридыи пр. К отвердителям относят также радикальные инициаторы — органические пероксиды, диазосоединения, и катализаторыионной полимеризации — третичные амины, кислоты Льюисаи другие. Часто инициаторы отверждения сочетают с ускорителями, например с нафтенатомкобальта. В молекулах некоторых отвердителей (таких как производные триэтаноламина) могут содержаться как реакционноспособные, так и катализирующие группы.

Количество отвердителя в композиции зависит от количества функциональных групп в олигомере и в самом отвердителе. Количество инициатора или катализатора зависит от активности данных групп и обычно составляет 0,1-5 %. Для замедления отверждения используют ингибиторыполимеризации.

ХОЛОДНОЕ ОТВЕРЖДЕНИЕ

Ультрафиолетовое отверждение (UV Cure) - это фотохимически индуцированная полимеризация при помощи ультрафиолетового излучения. В УФ-отверждаемых веществах содержатся фотоинициаторы. При попадании на них световой энергии УФ-излучения фотоинициаторы распадаются на свободные радикалы с высокой энергией. В процессе перемещения радикалы сталкиваются с олигомерами и мономерами, соединяясь с ними. При отверждении образуется матрица, сшитая из полимерных цепей.

Радиационное отверждение. Под действием облучения происходит сополимеризация олигомеров и мономеров. Радиационное отверждение композиций идет только под лучом, без организации дополнительных условий (температура, давление, вакуум и т.д.). При этом отсутствует необходимость введения инициаторов, так как взаимодействующие группы образуются за счет разрыва цепей основных полимеров. Этот процесс хорошо управляем, источник облучения может быть расположен как непосредственно в линии формирования изделий, так и отделен. Основными преимуществами радиационного отверждения являются: высокая энергетическая эффективность, снижение или полное исключение испаренияпродуктов, высокая производительность процесса, комнатная температура отверждения.

Ультразвуковое отверждение основано на передаче механических колебаний от ультразвукового преобразователя к клею, находящемуся на поверхности раздела между соединяемыми деталями. Он дает хорошие результаты, когда в конструкции используется порошкообразный или плёночный клей. Тепло, выделенное в результате поглощения ультразвуковой энергии, расплавляет или отверждает клей.

Выделяемое в процессе ультразвукового воздействия тепло имеет локальный характер и возникает в точке приложения. Благодаря этому качеству для соединения уже отвержденных композиций широко применяется ультразвуковая сварка. Расплавляя и повторно отверждая твердые и мягкие пластмассы, полукристаллические пластмассы и металлы, данная технология позволяет быстро упаковывать опасные вещества без использования клеящих компонентов и высоких температур. Ультразвуковая обработка может применяется и как катализатор при горячем отверждении. Так воздействие ультразвука на эпоксидный клей горячего отверждения перед нанесением его на склеиваемые детали существенно сокращает время его приготовления при одновременном повышении прочности клеевых соединений. На примере склеивания материалов клеями холодного отверждения установлено, что в результате ультразвуковой обработки улучшается смачиваемость поверхности наполнителя смолой. Частицы наполнителя равномернее распределяются в объёме полимера, наблюдается ускорение процесса отверждения, улучшается растекание клея на поверхности детали за счет уменьшения исходной вязкости, снижается угол смачивания для всех исследуемых материалов.

ГОРЯЧЕЕ ОТВЕРЖДЕНИЕ
Электронно-лучевое отверждение (EB Cure),
как и УФ-отверждение, позволяет добиваться 100% отверждения красок, лаков и адгезионных составов. Образование межмолекулярных связей и отверждение под потоком электронных лучей аналогично УФ-отверждению, но для запуска процесса достаточно энергии электронови не требуются инициаторы. Нагреваемыеэлектричествомвольфрамовые нити в вакуумной камере генерируют поток электронов. Электроны разогнавшись до высокой скорости, попадают на отверждаемый материал. Энергия электронов зависит от напряжения, определяющего глубину их проникновения в материал и максимальную толщину отверждаемого или высушиваемого материала.

Данный тип отверждения пока узко специализирован и применяется при печати, ламинировании и при производстве гибкой упаковки, покрываемой поверх традиционных красок стойким к истиранию глянцевым лаком.

Инфракрасное (терморадиационное) отверждение (IR cure) основано на способности материала пропускать инфракрасные лучи определенной длины. При поглощении лучей подложкой она нагревается. Часть энергии отражается от поверхности, часть поглощается подложкой, а остальная переносится на материал. Прямой перенос энергии сразу инициирует реакцию отверждения. Преимущество отверждения ИК-облучением заключается в возможности переноса большого количества энергии за очень короткий промежуток времени.

Хотя ИК-камеры способны отверждать покрытия намного быстрее, чем прочие установки, на результат сильно влияют размеры, формы и массы изделий. Для эффективного отверждения важно равномерное попадание ИК-излучения на все участки отверждаемой поверхности. Расстояние от поверхности до источника излучения также существенно влияет на процесс отверждения покрытия. Если у отверждаемой заготовки присутствуют геометрические области, скрытые или сильно удаленные от источника излучения, то в дополнении к терморадиационному методу рекомендуется применять конвекционный.

Искусственными источниками инфракрасных волн являются лампы накаливания, металлические и керамические плиты, спирали, газовые горелки и др. При использовании длинноволнового инфракрасного излучения источник излучения нагревается до максимальной температуры +750 С°, при отверждении средневолновым устройством— источник энергии достигает температуры +750 ÷ +1450 С°. При коротковолновой ИК-сушке (например, в покрасочных камерах) нагрев изделия происходит излучением, которое проникает сквозь слой ЛКП и поглощается поверхностью подложки на 90%. Источник излучения может достигать максимальной температуры +3000 С°, что способствует беспрепятственному выходу летучих продуктов из пленки. Благодаря этому процесс формирования лакокрасочного покрытия существенно ускоряется.

Высокочастотное (радиочастотное) отверждение основано на поглощении энергии материалом субстрата при помещении его в переменное электрическое поле с частотой (10…15)·106 ГГц. Целесообразность использования высокочастотного нагрева отмечена при производстве стеклопластиков, древесностружечных плит, намоточных и профильных изделий, а также заливочных компаундов. Так, например, отверждение стеклопластиков на основе эпоксидно-фенольных связующих может быть осуществлено за несколько минут, а эпоксидные заливочные компаунды достигают стабильных свойств за 30-60 мин. Наиболее высокая степень отверждения 96,8% получена после воздействия поляТВЧв течение 105 с. на композицию клея ВК-9, содержащего в качестве отвердителя и пластификатора олигоамид ПО-300. При высокочастотном отверждении заливочных эпоксидные или акрилатных композиции непосредственно в металлических формах снижается их вязкость, ускоряется миграция воздушных включений к поверхности материала, достигается более полное отверждение. Степень отверждения эпоксидных композиций при использовании традиционного метода не превышает 86-87 %, а при обработке в поле ТВЧ она достигает 97-98 %.

Индукционное отверждение предполагает нахождение изделия вмагнитном полеи его нагревание с помощью возникающих внутривихревых токов. В результате этого тепло вырабатывается непосредственно внутри изделия. Тем самым полимеризация покрытия происходит всегда по направлению изнутри наружу. Если изделие выполнено не изэлектропроводящих материалов, то данный тип отверждение может использоваться только при нанесении на него отверждаемых материалов, содержащих в качестве наполнителя металлические порошки.

Конвекционное отверждение — не самостоятельный способ, а дополнительное условие качественного протекания процесса. Если при горячем отверждении весь слой отверждаемого вещества должен быть максимально быстро нагрет до необходимой температуры для его однородного распределения, минимизации вязкости и без ухудшения растекаемости, то необходимо обеспечить конвекциютепла в его структуре. При медленном нагревании внутри слоя материала (например, краски или лака) начинается процесс отверждения ещё до того, как произошло его достаточное растекание по поверхности изделия, в результате чего отвержденная поверхность получается неровной. Постоянство температуры горячейсушкии контроль температуры в процессе нагрева обеспечивают получение равномерного покрытия и предотвращают перегрев.

Конвекционное отверждение осуществляется за счет движения потока нагретого воздуха на изделия. Для нагревания воздуха в конвекционных сушилках могут использоваться все известные источники энергии. Обычно это электрические тэны, газовые или дизельные горелки, паровые радиаторы. Для перемещения тепла по объёму камеры применяются вентиляторы.

Видеоотзывы

videootzyvy dekor forma
fon
videootzyvy videootzyvy videootzyvy
knopka smotret vse otzyvy
Задать вопрос