УФ-отверждение
УФ-отверждение ( ультрафиолетовое отверждение ) — это процесс, при котором ультрафиолетовый свет инициирует фотохимическую реакцию, в результате которой образуется сшитая сеть полимеров посредством радикальной или катионной полимеризации . [1] УФ-отверждение подходит для печати , нанесения покрытий , декорирования, стереолитографии , а также сборки различных изделий и материалов. УФ-отверждение — это низкотемпературный, высокоскоростной процесс, не требующий растворителей, поскольку отверждение происходит посредством полимеризации . [2] Впервые представленная в 1960-х годах, эта технология упростила и увеличила автоматизацию во многих отраслях производственного сектора. [3]
Приложения
[ редактировать ]
УФ-отверждение используется для преобразования или отверждения чернил , клеев и покрытий . [4] отверждаемый УФ-излучением, Клей, стал быстрой заменой двухкомпонентных клеев, устраняя необходимость удаления растворителя, смешивания пропорций и потенциальных проблем со сроком службы. [5] Он используется в флексографской , офсетной , тампонной и трафаретной печати процессах ; где системы УФ-отверждения используются для полимеризации изображений на изделиях с трафаретной печатью, начиная от футболок и заканчивая 3D- и цилиндрическими деталями. Он используется для тонкой отделки инструментов (гитар, скрипок, гавайских гитар и т. д.), производства бильярдных кий и других изделий из дерева. [6] Печать чернилами, отверждаемыми УФ-излучением, обеспечивает возможность печати на самых разных материалах, таких как пластик, [6] бумага, холст, стекло, металл, [7] пенопласт, плитка, пленки и многие другие материалы. [8]
Отрасли, в которых используется УФ-отверждение, включают медицину, автомобили, косметику (например, искусственные ногти и гель-лак для ногтей ), продукты питания, науку, образование и искусство. [9] Чернила, отверждаемые УФ-излучением, успешно удовлетворяют требованиям издательского сектора с точки зрения качества печати, долговечности и совместимости с различными материалами, что делает их подходящим выбором для печати в этой отрасли. [10]
Преимущества УФ-отверждения
[ редактировать ]Основным преимуществом отверждения ультрафиолетовым светом является скорость обработки материала. Ускорение этапа отверждения или сушки, [11] в процессе может уменьшить количество дефектов и ошибок за счет сокращения времени, в течение которого краска или покрытие остаются влажными. Это может повысить качество готового изделия и потенциально обеспечить большую согласованность. Еще одним преимуществом сокращения времени производства является то, что требуется меньше места для хранения предметов, которые нельзя использовать до завершения этапа сушки.
Поскольку УФ-энергия уникально взаимодействует со многими различными материалами, УФ-отверждение позволяет создавать продукты с характеристиками, недостижимыми другими способами. Это привело к тому, что УФ-отверждение стало фундаментальным во многих областях производства и технологий, где требуются изменения прочности, твердости, долговечности, химической стойкости и многих других свойств.
Компоненты системы УФ-отверждения
[ редактировать ]Основные компоненты раствора, отверждаемого УФ-излучением
[ редактировать ]Основные компоненты раствора УФ-отверждения включают смолы, мономеры и фотоинициаторы. Смола – это олигомер , который придает конечным полимерам определенные свойства . Мономер используется в качестве сшивающего агента и регулирует вязкость смеси в соответствии с применением. Фотоинициатор отвечает за поглощение света и запуск реакции, что помогает контролировать скорость и глубину отверждения. Каждый из этих элементов играет свою роль в процессе сшивания и связан с составом конечного полимера . [12]
Типы УФ-ламп для отверждения
[ редактировать ]Лампы среднего давления
[ редактировать ]среднего давления Ртутные лампы исторически были отраслевым стандартом для отверждения продуктов ультрафиолетовым светом. [13] Лампы работают, посылая электрический разряд, возбуждающий смесь ртути и благородных газов , создавая плазму. Как только ртуть достигает состояния плазмы, она излучает высокую спектральную мощность в УФ-области электромагнитного спектра . Основные пики интенсивности света наблюдаются в областях 240–270 нм и 350–380 нм. Эти интенсивные пики в сочетании с профилем поглощения фотоинициатора вызывают быстрое отверждение материалов. Модифицируя смесь ламп различными газами и галогенидами металлов , можно изменить распределение пиков длин волн и изменить взаимодействие материалов.
Лампы среднего давления могут быть стандартными газоразрядными лампами или безэлектродными лампами и обычно используют удлиненную лампу для излучения энергии. Благодаря использованию оптических конструкций, таких как эллиптический или даже конический отражатель , свет можно фокусировать или проецировать на большое расстояние. Эти лампы часто могут работать при температуре более 900 градусов по Цельсию и производить УФ-энергию мощностью более 10 Вт/см. 2 .
Лампы низкого давления
[ редактировать ]
Ртутные лампы низкого давления генерируют в основном энергию УФ-излучения с длиной волны 254 нм и чаще всего используются в целях дезинфекции . Работая при более низких температурах и меньшем напряжении, чем лампы среднего давления, они, как и все источники УФ-излучения , требуют экранирования при работе для предотвращения чрезмерного воздействия на кожу и глаза.
УФ-светодиод
[ редактировать ]С момента разработки светодиодов из нитрида алюминия-галлия в начале 2000-х годов технология УФ-светодиодов демонстрирует устойчивый рост на рынке УФ-отверждения. Наиболее эффективное генерирование энергии в длинах волн UVA 365–405 нм, постоянный технологический прогресс, [14] позволили повысить электрическую эффективность УФ-светодиодов, а также значительно увеличить их выходную мощность. УФ-светодиоды генерируют высокую энергию, направленную на определенную область, что усиливает однородность. [15] Благодаря работе при более низких температурах и отсутствию опасной ртути, [16] УФ-светодиоды заменили лампы среднего давления во многих приложениях. Основные ограничения включают трудности в разработке оптики для отверждения сложных трехмерных объектов и низкую эффективность генерации энергии с более низкой длиной волны, хотя разработки продолжаются.
Механизмы УФ-отверждения
[ редактировать ]Радикальная полимеризация
[ редактировать ]Радикальная полимеризация используется при отверждении акриловых смол в присутствии УФ-излучения в промышленности. [17] Световая энергия УФ-излучения расщепляет фотоинициаторы, образуя радикалы. Затем радикал реагирует с полимерами, образуя полимеры с радикальными группами, которые затем реагируют с дополнительными мономерами. Цепь мономера удлиняется, пока не достигнет другого полимера и не вступит в реакцию с полимером. Полимеры образуют между собой мономерные мостики, что приводит к образованию сшитой сети.
Катионная полимеризация
[ редактировать ]Катионная полимеризация используется при отверждении эпоксидных смол в присутствии УФ-излучения в промышленности. [17] Световая энергия УФ-излучения расщепляет фотоинициаторы, образуя кислый раствор, который затем отдает протон полимеру. Затем мономеры прикрепляются к полимеру, образуя все более и более длинные цепи, ведущие к сшитой сети.
См. также
[ редактировать ]- Фотополимер
- УФ-стабилизаторы в пластмассах
- Погодные испытания полимеров
- Радикальная полимеризация
- Катионная полимеризация
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кэрролл, Грегори Т.; Триплтт, Л. Девон; Москателли, Альберто; Коберштейн, Джеффри Т.; Турро, Николас Дж. (20 апреля 2011 г.). «Фотогенерация студенистых сетей из уже существующих полимеров» (PDF) . Журнал прикладной науки о полимерах . 122 : 168–174. дои : 10.1002/app.34133 . Архивировано из оригинала (PDF) 24 января 2012 г. Проверено 20 января 2018 г.
- ^ Стоу, Ричард В. (8 ноября 1996 г.). «Мощные УФ-лампы для промышленного применения УФ-отверждения». В Хаффмане, Роберт Э.; Стергис, Христос Г. (ред.). Ультрафиолетовое дистанционное зондирование атмосферы и космоса: методы и приборы . Том. 2831. стр. 208–219. Бибкод : 1996SPIE.2831..208S . дои : 10.1117/12.257198 . S2CID 137436887 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Паппас, Питер С., изд. (1978). УФ-отверждение: наука и технологии . Том. корпорации Technology Marketing. 2. ISBN 0936840080 .
- ^ Jump up to: а б Баарс, Карин. «Декорад — страница краткого впечатления» . Decorad.com . Кэрин Баарс.
- ^ Салерни Маротта, Кристина. «Достижения в технологии светоотверждаемых клеев» (PDF) . Хенкель . Проверено 20 января 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Сомия, Сигэюки, изд. (2003). Справочник по современной керамике: материалы, применение, обработка и свойства (2-е изд.). Академическая пресса. ISBN 978-0-12-385469-8 . Проверено 21 января 2018 г. - через Google Книги.
- ^ «HD-отпечатки на белом алюминиевом металле» . Canvasndecor.ca . Проверено 21 января 2018 г.
- ^ «Что такое УФ-отверждение?» . Чернила для стрел . Проверено 27 октября 2016 г.
- ^ Хоге, Стейси (8 апреля 2016 г.). «Технология светодиодного отверждения покрытий» . Мир покрытий . Проверено 20 января 2018 г.
- ^ Вэй Дэн; Ци Ло (2012). Передовые технологии для производственных систем и промышленности . Trans Tech Publications Ltd., стр. 771–. ISBN 978-3-03813-912-6 .
- ^ «Акрил, отверждаемый УФ-излучением, и эпоксидная смола, отверждаемая УФ-излучением» . Г.А. Линдберг . 2023-03-29 . Проверено 14 апреля 2024 г.
- ^ «Компоненты системы свободнорадикального УФ-отверждения» . энциклопедия.pub . Проверено 14 апреля 2024 г.
- ^ «Источники УФ-отверждения» . 5 июня 2020 г. Проверено 8 августа 2023 г.
- ^ «Обзор УФ-светодиодов, часть III: эволюция и производство диодов» (PDF) . Отчет РАДТЕХ . Проверено 29 марта 2021 г.
- ^ «УФ-светодиоды экологичнее, дешевле и лучше» . УФ-светодиоды экологичнее, дешевле и лучше . Проверено 21 июня 2022 г.
- ^ «Основы — Сообщество по отверждению УФ-светодиодами» . Проверено 08 марта 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Смолы УФ-отверждения | ThreeBond Group» . www.threebond.co.jp . Проверено 14 апреля 2024 г.