УФ-краски: радикальные и катионные

Существуют два принципиально различающихся вида реакции фотополимеризации – радикальный и катионный, и, соответственно, два типа УФ-отверждаемых лакокрасочных материалов.

Чем отличаются механизмы

Радикальный механизм. Фотоинициатор поглощает свет и генерирует свободные радикалы, которые раскрывают двойные связи C=C и сшивают связующее. В качестве связующего применяются акрилаты – олигоэфир- или олигоуретанакрилаты. Реакция идёт только под светом: выключили лампу – процесс остановился.

Катионный механизм. Фотоинициатор образует сильную кислоту (катионы), которая раскрывает эпоксидные кольца связующего. Ключевое отличие: реакция продолжается и после выключения лампы – это так называемая тёмновая полимеризация, при которой краска окончательно закрепляется в течение нескольких часов, до 6. Отсюда и плюсы (можно добрать конверсию в тени и в глубине), и минусы (изделие нельзя оценивать сразу).

Почему кислород мешает по-разному. Кислород воздуха гасит свободные радикалы, поэтому радикальные краски хуже отверждаются на поверхности при малой толщине слоя (менее ~0,5 г/м²) – отсюда остаточная липкость. На катионный механизм кислород почти не влияет: там реакцию ведёт кислота, а не радикалы. Зато катионные системы чувствительны к другому – к влаге и к щёлочности подложки: щелочная бумага или низкое поверхностное натяжение материала могут заблокировать отверждение.

Сравнение катионной и радикальной систем

Что выбрать под задачу

Почему радикальные распространены шире

Наиболее широкое распространение получили радикальные материалы – прежде всего из-за меньшей стоимости. Но у них есть существенные недостатки:

• недостаточная адгезия и стойкость на истирание, особенно при запечатывании плёночных материалов для колбасной оболочки (полиамид);
• наличие остаточного запаха;
• невозможность использования для печати пищевой упаковки.

У катионных УФ-материалов этих недостатков нет. В большинстве случаев радикальные краски обеспечивают качественную печать при невысокой стоимости, но для достижения наилучших печатно-технических и потребительских свойств рекомендуется использовать краски катионного типа.

Краски для флексографической печати

Основными красками УФ-отверждения во флексографии являются краски радикальной полимеризации. Основные серии:

Для самоклеящейся этикетки

Стоит выделять краски с высокой пигментацией и хорошей текучестью: именно эти свойства позволяют печатать высоколиниатурными анилоксовыми валами и получать яркие контрастные оттиски с минимальным растискиванием, а значит – уменьшать расход краски, снижать мощность УФ-сушек и улучшать адгезию к основе.

Для колбасной (полиамидной) оболочки

Такие краски должны отвечать требованиям по адгезии и температурному воздействию: сначала производят печать, потом набивают оболочку и варят в кипящей воде.

Для термоусадочных рукавов

Краски должны быть пластичными (термоусадка может достигать 70 % от первоначальных размеров), высокопигментированными и реактивными: УФ-сушки выделяют большое количество ИК-излучения и при печати могут деформировать плёнку.

Окраска металла и пластмасс

Катионное отверждение часто применяется при обработке пластмасс и в металлообработке для окрашивания трёхмерных деталей. Но в техническом плане для металла и пластмасс лучше подходят радикальные УФ-краски: они в большинстве случаев имеют лучшую реактивность и быстрее отверждаются, позволяют получить большую толщину сухого слоя (для катионных систем это часто невозможно) и стоят значительно дешевле. Как показали исследования, без дополнительной сушки катионные УФ-покрытия склонны к образованию пузырей на металле.

При этом у катионных систем остаётся своё преимущество – безупречная адгезия к различным подложкам, грунтованным поверхностям и даже таким проблемным металлам, как никель; радикальные системы такой адгезии обеспечить не могут. Отверждённая плёнка катионного покрытия не содержит низкомолекулярных соединений и совершенно не имеет запаха.

Что это значит для практики

Обе системы – частные случаи одного процесса, УФ-полимеризации, и подчиняются общим правилам: результат зависит от длины волны, дозы облучения, толщины слоя и оптической плотности материала. Пигмент поглощает ультрафиолет, поэтому плотный цвет всегда ограничивает глубину отверждения – подробнее в статье пигменты в УФ-отверждаемых покрытиях. Общие преимущества и ограничения УФ-технологии разобраны в материале УФ-отверждаемые лакокрасочные материалы.

УФ-материалы производства «Спектр» – УФ-клеи, УФ-смолы, УФ-гели и УФ-полимеры – относятся к радикальным системам: это композиции олигомеров и мономеров метакрилового ряда с фотоинициатором радикальной полимеризации, отверждаемые в диапазоне 320–400 нм. Отсюда и практические следствия, знакомые по работе с ними: мгновенное отверждение под лампой, отсутствие добора прочности в тени. Как подобрать длину волны под материал – в статье 365, 395 и 405 нм; какие бывают источники – искусственные источники УФ-А. Работать с любыми УФ-составами и источниками нужно с соблюдением техники безопасности.

Часто задаваемые вопросы

Чем радикальные УФ-краски отличаются от катионных?
Механизмом отверждения и связующим. В радикальных фотоинициатор даёт свободные радикалы, сшивающие акрилаты; в катионных образуется кислота, раскрывающая эпоксидные кольца. Отсюда разница в скорости, запахе, липкости, адгезии и цене.

Что такое тёмновая полимеризация?
Это продолжение реакции у катионных красок уже после выключения лампы: краска окончательно закрепляется в течение нескольких часов, до 6. У радикальных систем такого нет – процесс останавливается вместе со светом.

Почему радикальная краска остаётся липкой?
Кислород воздуха гасит свободные радикалы на поверхности, особенно при малой толщине слоя (менее ~0,5 г/м²). Это кислородное ингибирование – для радикальных систем нормальное явление, у катионных оно почти не проявляется.

Какие краски дешевле?
Радикальные. Именно поэтому они получили наибольшее распространение, несмотря на запах, более хрупкую плёнку и ограничения по адгезии.

Почему для пищевой упаковки не используют радикальные краски?
Из-за остаточного запаха и низкомолекулярных соединений в отверждённой плёнке. Для такой печати применяют катионные системы – их плёнка не содержит низкомолекулярных соединений и не имеет запаха.

Что мешает отверждению катионных красок?
Низкое поверхностное натяжение запечатываемого материала и щёлочность бумаги: щелочь нейтрализует кислоту-инициатор и блокирует реакцию. Радикальные краски от свойств подложки практически не зависят.

Какие краски выбрать для термоусадочной плёнки?
Катионные: они не деформируют термоусадку. Сама краска при этом должна быть пластичной, высокопигментированной и реактивной, так как УФ-сушки дают много ИК-излучения.

Что лучше для окраски металла и пластика?
Технически чаще радикальные: выше реактивность, больше достижимая толщина сухого слоя, ниже цена. Но если нужна адгезия к проблемным подложкам (никель, грунты) – катионные, несмотря на риск пузырей на металле без дополнительной сушки.

К какому типу относятся УФ-материалы «Спектр»?
К радикальным: это метакрилатные композиции с фотоинициатором радикальной полимеризации, диапазон отверждения 320–400 нм. Поэтому они отверждаются мгновенно под лампой и дают тонкий липкий микрослой на воздухе.

Можно ли по внешнему виду понять тип краски?
Нет. Тип определяется составом и указывается производителем. Косвенные признаки: сильный остаточный запах и липкость тонкого слоя характерны для радикальных систем, отсутствие запаха и «дозревание» в течение часов – для катионных.

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

E-mail: market@nipg.ru
Тел.: +7 (831) 414-01-71, 8 (800) 600-76-32
WhatsApp: +7 (905) 014-00-15, Telegram: NIPGSpektr, МАХ

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