Отверждение покрытий под действием УФ-излучения

Полимеры и смолы широко используются в качестве компонентов поверхностных покрытий. Если термину «переработка» придать более общий смысл, включив в это понятие и получение материала в форме, готовой для применения, то сюда же можно отнести и вопросы переработки различных смол и полимеров для использования их в качестве поверхностных покрытий. Нанесение покрытий, изготовленных из этих веществ, является, конечно, особым вопросом. Способность к пленкообразованию – формированию твердого покрытия – одно из основных требований.

Под  плёнкообразованием  понимают  процесс  перехода  материала  из жидкого состояния в твёрдое на поверхности субстрата с образованием плёнки.

Плёнкообразование, при котором отсутствуют химические превращения (плёнка формируется лишь за счет физических процессов), предопределяет получение обратимых (термопластичных и растворимых) покрытий. В  зависимости  от  химической  природы  плёнкообразующего  вещества (плёнкообразователя), его растворимости и термопластичности покрытия получают из растворов, расплавов, водных и органических дисперсий и аэродисперсий.

Плёнкообразование, осуществляемое  в результате  химических  превращений, предусматривает проведение химических реакций с мономерами или олигомерами в тонком слое на поверхности субстрата, в результате которых образуются линейные, разветвлённые или пространственно сшитые полимеры. Образование полимеров может происходить в результате реакций полимеризации,  поликонденсации,  полиприсоединения,  солеобразования  или протекания нескольких реакций одновременно.

Продолжительность формирования покрытий во всех случаях определяется скоростью протекания химических реакций, а их свойства – степенью завершенности процесса.

УФ-излучение используют главным образом при получении покрытий из материалов, способных отверждаться за счет реакции полимеризации. Принцип отверждения основан на способности УФ-лучей инициировать реакцию полимеризации  олигомерных  материалов  определенной химической структуры. Энергия УФ-излучения достаточно 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, что позволяет проводить отверждение покрытий с удовлетворительной  скоростью при  нормальной  температуре. Согласно стандарту DIN 5031, УФ-область спектра разделяется на следующие участки:

−  самое короткое волновое УФ-С излучение (λ = 100-280 нм) обладает наиболее высокой энергией и абсорбируется, как правило, в верхних слоях  покрытия.  Оно  используется  для  полимеризации  печатных красок и лаков до полного отверждения;

−  УФ-В (λ = 280-315 нм) инициирует реакции полимеризации и обеспечивает лучшее отверждение благодаря большей длине волны;

−  УФ-А (λ = 315-380 нм) применяют для отверждения в очень толстом слое;

−  УФ-V (λ = 380-450 нм) применяют для отверждения  пигментированных составов.

Процесс  полимеризации  можно  разделить  на  стадии  инициирования, развития и завершения. На стадии инициирования в результате химического распада фотоинициатора под действием УФ-излучения образуются реакционноспособные частицы (свободные радикалы). В частности, распад бензоина и его производных приводит к образованию свободных радикалов, реагирующих с двойными  –С=С– связями.

С экологической точки зрения, важным преимуществом УФ-отверждения является то, что в этом случае используются только реакционноспособные 100%-ные вещества, поэтому не возникают проблемы, связанные с регенерацией растворителя. Потребляемая энергия невелика. Отверждение происходит при  комнатной  температуре, поэтому можно  отверждать  ЛКМ на подложках, чувствительных к высоким температурам. Но наиболее важным преимуществом этого метода является экономический фактор. Отверждение происходит  с  высокой  скоростью,  управление  установками  относительно простое, для выполнения работ требуются минимальные рабочие площади и минимум людских ресурсов.

Несомненным преимуществом является высокое качество конечных продуктов.