УФ-технология. Краски катионной и радикальной полимеризации.

Процесс закрепления УФ-материалов в английской версии обозначается словом «curing», а красок на базе растворителей — «drying». В русском языке оба процесса обычно именуют «высыхание», что некорректно в отношении УФ-материалов, ибо подразумевает испарение чего-либо. Корректный по смыслу неологизм «отверждение», неблагозвучен и режет ухо. «Отвердение» не совсем подходит по смыслу, ибо обозначает не превращение жидкой фазы в твёрдую, а изменение физических параметров твёрдого тела. «Закрепление» и «полимеризация» вроде бы обеспечивают наилучшее сочетание литературности и точности описания процесса, но не полностью соответствуют смысловому оттенку термина «curing».

На сегодняшний день УФ-отверждаемые лакокрасочные материалы подразделяются на два основных типа, в зависимости от механизма реакции фотоинициированной полимеризации – радикальные (акрилатные) и катионные (кислотные) УФ-краски.

Различия в механизме радикальной или катионной полимеризации обуславливают в конечном итоге некоторые (небольшие) различия в свойствах (характеристиках) получаемого красочного слоя. Профессионалы должны учитывать эти особенности для достижения максимального результата.

Чтобы лучше разобраться, почему основная сфера применения катионных красок – печать на гибких и «алюминиевых» пленках для пищевой упаковки, а для каких случаев лучше подойдут радикальные (акрилатные) чернила, придётся немного окунуться в химию.Так в чем же состоят особенности и различия между радикальными и катионными УФ-чернилами?

Различия в механизмах катионной и радикальной полимеризации:

Различия - в фотоинициаторе (фото-катализаторе) – веществе, которое инициирует формирование полимерных цепей. Два основных состава - два основных типа химической реакции вызывающей эффект отверждения (полимеризации), - эффект превращения краски в полимер (иногда говорят «задубливание» краски). Важно, что итоговые характеристики каждого такого отверждения могут несколько отличаться.

Катионная полимеризация

фото-катализатор катионного отверждения состоит из низковязких алифатических эпоксидов (эпоксидных смол) и содержит соли четвертичных ониевых катионов и анионов кислот Льюиса.

При облучении соли распадаются на положительно и отрицательно заряженные частицы — на катион и анион с образованием очень активного катиона, который перемещается, присоединяясь к отрицательному концу полярного соединения другой эпоксидной группы. Это перемещение вызывает цепную реакцию. Наращивание цепи продолжается до тех пор, пока не произойдет обрыв цепи вследствии полного израсходования активных катионов или полимер не отвердеет, ограничивая подвижность молекул с потерей возможности реагентам сблизиться и продолжить процесс.

ВАЖНО: что инициированная УФ-излучением реакция продолжается стремясь полностью израсходовать реагенты. Это означает, что даже при дальнейшем отсутствии УФ-излучения реакция будет продолжаться. Этот процесс может происходить и в темноте, поэтому называется вторичным отверждением (secondary hardening) или темновой реакцией.

Отсюда выводы:

1. Катионный механизм отверждения протекает замедленно (по сравнению с радикальным), поскольку включая в себя фазу темновой реакции.
2. Полимеризация не заканчивается после прекращения облучения, а переходит в фазу темновой реакции, которая заканчивается в течение 24 часов.
3. Замедленная скорость реакции (по сравнению с радикальным механизмом) дает красочному слою больше времени на релаксацию напряжений, в красочной пленке не остается никаких остаточных мономеров.

Также важно отметить факторы, которые могут замедлить или остановить катионную полимеризацию, вследствие нейтрализации кислоты Льюиса:

• Не использовать в красках щелочные компоненты (ограничивает выбор пигментов).
• Выбирать пигменты с нейтральным рН.
• Не запечатывать материалы (бумаги с рН более 7).
• Не накладывать краску или лак катионного отверждения на краску радикального механизма или краску на водной основе, которая содержит амины или другие щелочные соединения.

Кратко: особенности катионных красок:

• Компоненты катионного механизма закрепления дороже своих аналогов для красок радикальной полимеризации. Кислотные компоненты следует использовать осторожно, поскольку реакция полимеризации может начаться спонтанно, при этом краска может превратиться в гель еще до облучения.
• На скорость и степень завершенности реакции значительно влияет интенсивность теплового излучения от УФ-ламп и атмосферная влажность.
• Выбор типов пигментов и их обработки ограничен необходимостью нейтрального pH, катионные краски непригодны к использованию на впитывающих материалах с щелочным мелованым слоем или поверхностях с высокой остаточной влажностью.
• Выбор диспергирующих добавок для этих пигментов также сильно ограничен, поскольку некоторые из них содержат аминогруппы, способные прервать реакцию катионной полимеризации.
• Низкая скорость закрепления и пониження пигментация. Зато краски будут иметь повышенную вязкость, высокую эластичность и адгезию лакокрасочного слоя к запечатываемому материалу. Вязкость-Эластичность- Адгезия определили этот тип красок в качестве основных для флексографической УФ печати на пищевой упаковке и термоусадочной плёнке.

По материалам сети интернет