Сушка липкого слоя

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЛИПКОГО СЛОЯ ПРИ СУШКЕ УФ-ПОЛИМЕРОВ И СПОСОБЫ ЕГО УСТРАНЕНИЯ

Одной из основных причин образования липкого слоя при сушке полимера ультрафиолетового отверждения является присутствие кислорода в зоне соприкосновения полимера с атмосферным воздухом. Известно, что кислород воздуха является бирадикалом. В результате быстрой реакции он может связывать богатые энергией первичные радикалы и таким образом блокировать полимеризацию. Помимо гашения возбужденного состояния, он может реагировать с радикалами-инициаторами или растущей полимерной цепью, образуя стабильные пероксирадикалы. Из-за своей стабильности пероксирадикалы пассивны и реагируют дальше очень медленно. Ингибирующий эффект кислорода тем сильнее, чем тоньше слой УФ-материала. Если слой имеет толщину от 8 до 10 мкм, то кислородное ингибирование проявляется особенно сильно. В глубинных слоях (>10 мкм) ингибирующее действие кислорода незначительно.

Соответственно, в некоторых технологических процессах влияние кислорода может привести к проблемам недостаточного отверждения УФ-полимеров. Одним из вариантов решения проблемы может быть правильный подбор источника УФ-излучения. В частности, он должен интенсивно излучать волны менее 280 нм (УФ-С-излучение). Это позволит эффективно предотвратить нежелательный контакт между атмосферным кислородом (не позволяющим составу полимеризоваться на поверхности) и склеиваемой поверхностью.

Длинные волны глубже проникают в слой покрытия, чем короткие. Поэтому длинноволновое УФ-А-излучение благодаря его лучшей проникающей способности используют для глубокого отверждения, а коротковолновое УФ-С-излучение применяют преимущественно для верхнего слоя покрытия.

Для отверждения прозрачных УФ-покрытий используются в основном ртутные излучатели высокого давления, в то время как для цветных УФ-систем лучше подходят длинноволновые лампы высокого давления с отражающими металлическими добавками. Мощность излучателей, используемых для отверждения УФ-покрытий, колеблется от 120 до 240 Вт/см дуги.

Такие УФ-системы, использующие высокоэнергетический спектр излучения, гарантируют надежную полимеризацию и не оставляют поверхность липкой. Обычно подобные устройства снабжают ртутной дуговой лампой мощностью 1000 Вт, среднего давления, обеспечивающей хорошую полимеризацию «на отлип», а также глубину полимеризации.

Однако, при использовании излучения с длиной волны менее 280 нм происходит выделение озона, который в чистом виде вреден для человека. Его высокая токсичность определяется высокой окисляющей способностью и образованием во многих реакциях с его участием свободных радикалов кислорода. Воздействие озона на организм может приводить к заболеваниям. Наиболее опасное воздействие высоких концентраций озона в воздухе наблюдается на органы дыхания.

На качество отверждения также влияет состав атмосферы, в которой происходит отверждение. При снижении количества кислорода в зоне отверждения за счет введения азота или углекислого газа скорость и полнота отверждения возрастают. При этих условиях нужно заметно меньше фотоинициатора для отверждения, и поэтому образуется меньше побочных продуктов реакции. Кроме того, в условиях промышленного производства можно значительно увеличить скорость движения деталей на конвейере без ухудшения качества отверждения. Необходимо лишь решить задачу равномерного укрытия азотом разнообразных по геометрии деталей. Обычно под большим давлением инертный газ (азот) прокачивается через сушильное устройство. Помимо снижения ингибирующего эффекта кислорода в процессе полимеризации, возможно существенное снижение мощности используемых источников УФ-излучения. Как следствие уменьшается проблема отвода тепла и выделения озона. Данная технология в среде соответствующих специалистов именуется «холодный УФ». УФ-отверждение в инертной атмосфере сегодня используется для лентоподобных субстратов (например, для покрытия декоративных пленок). Некоторые установки по УФ-окраске древесных материалов используют в качестве инертного газа азот. Обрабатываются главным образом плоские унифицированные детали (наружные двери и плиточные материалы для наружного использования). При создании инертной атмосферы УФ- канала облучения следует учитывать соотношение потоков газа в зависимости от геометрии деталей. Должно быть гарантировано равномерное окутывание материала азотом, иначе после УФ-отверждения может получиться так, что некоторые поверхности детали будут иметь разную степень отверждения и/или блеска.

Следующей возможностью устранения липкого слоя при УФ-отверждении является использование так называемых «перехватчиков кислорода» - аминных синергетиков, которые вносят свой вклад в устранение кислородного ингибирования. Прежде всего используются третичные амины, которые в сочетании с бензофеноном как акцептором водорода образуют очень активные альфа-аминорадикалы при отщеплении а-водородного атома. Альфа-аминорадикалы также являются инициаторами цепной полимеризации. Аминные синергетики часто называют соинициаторами. Вместе с тем использование третичных аминов в зависимости от концентрации и употребления может привести к пожелтению, особенно белых пигментированных материалов и белых подложек. Кроме этого, можно использовать самоокисляющиеся группы, встроенные в матрицу смолы, для перехвата мешающего кислорода во время радикальной полимеризации. Надежными средствами являются моно- и диаллиловые эфиры триметилолпропана и тетрагидрофталевая кислота. Таким образом, модифицированные ненасыщенные полиэфирные смолы известны как глянцевые полиэфиры.

Наиболее высок спрос на технологии, снижающие или полностью устраняющие липкость поверхностного слоя при УФ-полимеризации, - полиграфия и мебельное производство.