Сушка липкого слоя УФ-полимеров: причины появления и способы устранения

Почему появляется липкий слой

Отверждение УФ-полимера идёт следующим образом: фотоинициатор поглощает ультрафиолет, распадается на свободные радикалы, радикалы сшивают мономеры и олигомеры в трёхмерную сетку.

Кислород воздуха – бирадикал, и он вмешивается в эту цепочку двумя путями:

• Снижает возбуждённое состояние фотоинициатора, не давая ему сработать.
• Перехватывает радикалы – и радикалы-инициаторы, и растущую полимерную цепь, – образуя стабильные пероксирадикалы. Они малоактивны и реакцию дальше практически не ведут.

В итоге там, где состав контактирует с воздухом, цепи обрываются, сетка не формируется, и поверхность остаётся мягкой и липкой.

Ключевая деталь – глубина. Эффект тем сильнее, чем тоньше слой. Наиболее выражено кислородное ингибирование проявляется в слое толщиной порядка 8–10 мкм; на глубине более 10 мкм влияние кислорода уже незначительно. Отсюда практический вывод: липкой бывает только поверхность. Если состав мягкий и в глубине – это уже не кислородное ингибирование, а нехватка дозы ультрафиолета.

Механизм полимеризации подробно – в статье УФ-полимеризация.

Липкий слой или недоотверждение

Два дефекта выглядят похоже, но причины и их устранение у них разные. Различить их нужно до того, как что-то предпринимать.

Быстрая проверка: провести по поверхности спиртовой салфеткой. Если под липкостью открылся твёрдый глянец – это кислородное ингибирование, и изделие в порядке. Если поверхность помутнела и стала рыхлой – состав не добрал дозу, и здесь поможет только повторная засветка с правильным режимом. Разбор причин – в статьях почему УФ-смола не твердеет и ТОП-10 ошибок при работе с УФ-смолой.

У каких составов липкого слоя нет

Липкость – не обязательное свойство технологии, а следствие применяемой рецептуры. Часть линейки «Спектр» отверждается в твёрдый глянец, и изделие сразу можно брать руками, шлифовать, фотографировать и продавать.

Отсюда первый и самый дешёвый способ: если липкость мешает в работе, начните с выбора состава, а не с борьбы с последствиями. «3 секунды» и «5 секунд» решают одну задачу и отличаются как раз этим свойством. Подбор – в статье как выбрать УФ-смолу.

Пять способов убрать липкий слой

1. Взять состав без липкого слоя

Самый простой путь, и его почему-то рассматривают последним. Если технология допускает выбор марки – берите ту, у которой липкости нет по рецептуре. Это снимает и лишнюю операцию, и расход спирта, и риск затереть поверхность.

2. Отсечь воздух плёнкой

Поверх нанесённого слоя кладут прозрачную плёнку и засвечивают через неё. Кислород к составу не попадает, ингибирования нет, после отверждения плёнку снимают. Способ ничего не стоит и хорошо работает на плоскостях и на финишной капле.

Условие одно: плёнка должна пропускать рабочий диапазон – составы «Спектра» отверждаются в 320–405 нм. И её нужно уложить без пузырей и складок, иначе отпечаток останется на глянце.

3. Досветить УФ-С лампой

Рабочий способ для любой геометрии, где плёнку не положишь. УФ-лампа 250 нм 11 Вт предназначена именно для досушивания липкого слоя на поверхности УФ-смол, УФ-гелей и УФ-клеёв: цоколь G23, длина зоны облучения 200 мм.

Как это работает на самом деле. Распространённое объяснение – будто коротковолновое излучение «не даёт кислороду контактировать с поверхностью» – неверно: излучение воздух не отсекает. Механизм другой. Коротковолновый ультрафиолет почти полностью поглощается в самом верхнем слое и создаёт там очень высокую концентрацию радикалов. Они расходуют растворённый кислород быстрее, чем он успевает поступать из атмосферы, и полимеризация в поверхностном слое доходит до конца.

Отсюда же следует ограничение: УФ-С не отверждает вглубь. Он дорабатывает поверхность, а основное отверждение по-прежнему делает УФ-А. Порядок работы – сначала обычная засветка 320–405 нм на всю глубину, потом короткая досветка УФ-С по поверхности.

4. Снять спиртовой салфеткой

Липкий слой снимается механически: протереть поверхность спиртовой салфеткой или безворсовой салфеткой с изопропиловым спиртом. Под ним открывается твёрдый глянец. Способ рабочий для единичных изделий, но на серии он превращается в отдельную операцию с расходниками.

5. Перекрыть финишным слоем

Поверх нанести тонкий слой состава, у которого липкости нет – например R1 (800 cps): он даёт ровный тонкий глянец. Заодно получается защитное покрытие. Вариант удобен, когда финишный глянец нужен в любом случае.

Почему длина волны определяет, где идёт отверждение

Длинные волны проникают в слой глубже коротких. Отсюда разделение ролей:

• УФ-А (320–405 нм) – основное отверждение на всю глубину слоя. Это рабочий диапазон составов «Спектра».
• УФ-С (менее 280 нм) – доработка верхнего слоя. Вглубь практически не идёт.

По этой же причине для прозрачных составов и для пигментированных подбирают разные источники: пигмент поглощает и рассеивает ультрафиолет, и чем плотнее цвет, тем важнее длинноволновая часть диапазона. Подбор – в статьях 365 / 395 / 405 нм и разные типы УФ-ламп.

Техника безопасности при работе с УФ-С

Это единственный способ из пяти, который требует отдельных мер. Излучение с длиной волны менее 280 нм жёстче, чем УФ-А, и работать с ним нужно иначе.

• Образуется озон. Коротковолновое излучение расщепляет кислород воздуха, и в зоне работы появляется озон. Он токсичен, обладает высокой окисляющей способностью, и основной удар приходится на органы дыхания. Помещение нужно проветривать, а при регулярной работе – организовать вытяжку.
• Защита глаз и кожи обязательна. УФ-С опаснее для роговицы и кожи, чем привычный УФ-А. Работать нужно в очках с УФ-фильтром, не смотреть на источник и не подставлять руки.
• Не оставлять лампу включённой без надобности – озон копится, пока источник работает.

Подробно – в статьях техника безопасности при работе с УФ-полимерами, защита глаз от ультрафиолета и механизм повреждающего действия УФ-излучения.

Промышленные методы

Для полноты картины – как задачу решают на производстве. Мастерской эти способы недоступны, но они объясняют, почему у готовых составов липкость бывает разной.

Отверждение в инертной атмосфере

Если вытеснить кислород из зоны отверждения азотом или углекислым газом, скорость и полнота отверждения возрастают. Фотоинициатора при этом требуется заметно меньше, значит меньше и побочных продуктов реакции, а на конвейере можно поднять скорость движения деталей без потери качества. Технологию называют «холодный УФ»: мощность источников снижается, а вместе с ней уходят проблемы отвода тепла и образования озона.

Ограничение – геометрия. Инертный газ подаётся под давлением через сушильное устройство, и его нужно равномерно распределить вокруг детали. Если укрытие неравномерное, участки получаются с разной степенью отверждения и разным блеском. Поэтому метод применяют в основном для плоских и однотипных изделий: ленточные материалы, декоративные плёнки, наружные двери и плитные материалы.

Перехватчики кислорода в рецептуре

В состав вводят добавки, которые связывают кислород по ходу реакции – их называют аминными синергистами или соинициаторами. Обычно это третичные амины: в паре с бензофеноном как акцептором водорода они образуют активные альфа-аминорадикалы, а те сами инициируют полимеризацию.

У метода есть цена. В зависимости от концентрации третичные амины могут вызывать пожелтение – особенно заметное на белых пигментированных материалах и белых подложках. Как альтернативу применяют самоокисляющиеся группы, встроенные в матрицу смолы: моно- и диаллиловые эфиры триметилолпропана, тетрагидрофталевую кислоту. Модифицированные так ненасыщенные полиэфирные смолы известны как глянцевые полиэфиры.

Именно эти решения и стоят за тем, что у одних составов липкий слой есть, а у других нет. Наибольший спрос на такие технологии – в полиграфии и мебельном производстве, где поверхность должна быть готова сразу после выхода из-под лампы.

Мощные ртутные источники

На промышленных линиях для отверждения прозрачных покрытий применяют ртутные излучатели высокого давления, а для цветных систем – длинноволновые лампы высокого давления с металлическими добавками. Линейная плотность мощности таких источников составляет 120–240 Вт на сантиметр дуги, а типовая лампа среднего давления – порядка 1000 Вт. Они дают и глубокое отверждение, и отверждение «на отлип». В мастерской такие источники не применяются: это оборудование конвейерных линий.

Частые ошибки

Что понадобится:

• УФ-лампа 250 нм 11 Вт – досушивание липкого слоя, цоколь G23, зона облучения 200 мм;
• составы без липкого слоя – R1, R2, R7, «3 секунды»; весь ряд – в разделе для творчества;
• основной источник для отверждения на всю глубину – лампа 395 нм 15 Вт со светильником или фонарь 1LED 3 Вт для мелких изделий; ассортимент – в разделе УФ-лампы;
• изопропиловый спирт и безворсовые салфетки – снятие липкого слоя;
• очки с УФ-фильтром – обязательны при работе с УФ-С, см. технику безопасности.

Часто задаваемые вопросы

Почему после засветки поверхность остаётся липкой?
Кислород воздуха обрывает полимеризацию в самых верхних микронах слоя. Он гасит возбуждённое состояние фотоинициатора и перехватывает радикалы, образуя малоактивные пероксирадикалы. Под этим тонким слоем материал полностью отверждён.

Какой толщины липкий слой?
Порядка 8–10 мкм. Глубже 10 мкм влияние кислорода уже незначительно. Поэтому липкой бывает только поверхность: если материал мягкий и в глубине, причина другая – не хватило дозы.

Как отличить липкий слой от недоотверждения?
Провести спиртовой салфеткой. Если под липкостью открылся твёрдый глянец – это кислородное ингибирование, изделие в порядке. Если поверхность помутнела и стала рыхлой – состав не добрал дозу, и нужна повторная засветка с исправленным режимом.

У всех ли составов есть липкий слой?
Нет, это вопрос рецептуры. У смол R1, R2, R7 и у полимера «3 секунды» липкого слоя нет – они отверждаются в твёрдый глянец, изделие сразу можно брать руками. У «5 секунд» липкий слой на поверхности есть.

Зачем нужна лампа 250 нм, если состав отверждается в 320–405 нм?
Это две разные задачи. УФ-А диапазон 320–405 нм даёт отверждение на всю глубину слоя, а коротковолновый УФ-С дорабатывает поверхность. Он почти полностью поглощается в верхних микронах и создаёт там столько радикалов, что они расходуют кислород быстрее, чем тот поступает из воздуха. Порядок работы: сначала обычная засветка, потом короткая досветка УФ-С.

Можно ли отвердить изделие одной лампой 250 нм?
Нет. Коротковолновое излучение почти не проникает вглубь, поэтому отвердит только поверхность, а внутри останется мягкий материал. Основное отверждение всегда делает УФ-А.

Опасна ли работа с лампой 250 нм?
Требует мер. Излучение короче 280 нм расщепляет кислород воздуха, и образуется озон – он токсичен и бьёт прежде всего по органам дыхания, поэтому помещение проветривают, а при регулярной работе делают вытяжку. Само излучение жёстче УФ-А и опаснее для глаз и кожи: работать нужно в очках с УФ-фильтром и не смотреть на источник.

Помогает ли просто увеличить время засветки?
Против кислородного ингибирования почти нет: пока поверхность контактирует с воздухом, кислород продолжает поступать. Дополнительное время помогает при недоотверждении в глубине, но не убирает липкость сверху. Работают либо отсечение воздуха, либо УФ-С, либо выбор состава.

Можно ли накрыть плёнкой вместо покупки лампы?
Да, это рабочий и самый дешёвый способ. Поверх слоя кладут прозрачную плёнку и засвечивают через неё – кислород к составу не попадает. Плёнка должна пропускать диапазон 320–405 нм и лежать без складок и пузырей, иначе отпечаток останется на глянце. Способ удобен на плоскостях, но на сложном рельефе плёнку не уложить.

Чем протирать липкий слой?
Спиртовой салфеткой или безворсовой салфеткой с изопропиловым спиртом. Делать это нужно после полного отверждения: если протирать раньше, затирается ещё мягкая поверхность. На серийной работе протирка каждого изделия становится отдельной операцией – тогда выгоднее перейти на состав без липкого слоя.

Обращайтесь, если необходима помощь с выбором УФ-смолы и УФ-ламп – детально проконсультируем по возникшим вопросам.

E-mail: market@nipg.ru
Тел.: +7 (831) 414-01-71, 8 (800) 600-76-32
Мессенджеры: WhatsApp, Telegram, МАХ

Материал подготовлен техническим специалистом ООО НИПГ «Спектр». При полном или частичном копировании материалов ссылка на источник обязательна.