在UV固化配方中,三苯基氧化膦衍生物(TPO)是一種被廣泛使用的光引發(fā)劑,其在UV照射下所產(chǎn)生的膦酰基自由基比苯基酮自由基的活性更高,因此其對于聚合反應的引發(fā)也更高效。TPO類光引發(fā)劑對于UV LED的發(fā)射波長也有更好的吸收配合,但由于TPO更易受氧阻聚的影響,因此即使在比較高的輻照劑量條件下,經(jīng)常也不能得到指干的涂層表面。
來自賀利氏(Haraeus)日本公司的Kazuo Ashikaga(足利一雄)和Kiyoko Kawamura(川村清子)在2016年亞洲輻射固化會議(Radtech Asia 2016)上面介紹了采用步進固化的方法來改善固化,從而有效地得到指干的表面。
實驗的UV固化配方中采用了聚氨酯丙烯酸酯齊聚物、1,6-己二醇二丙烯酸酯、光引發(fā)劑Irgacure TPO、甲氧基聚乙二醇(400)丙烯酸酯,同時采用了聚丙二醇(PPG-700)來作為惰性稀釋劑來得到不同的粘度體系。
圖1 采用步進固化方式不同TPO濃度下得到指干表面所需最低能量
步進固化的單次輻照能量介于100到1,000mJ/cm2之間。在不同光引發(fā)劑濃度下采用步進固化方法得到指干表面所需的不同輻照劑量情況如圖1。從圖中可以看出,采用步進固化方式時,即使單次輻照能量較低(如100mJ/cm2)的情況下仍然可以有效地得到指干的表面,這和單次采用高輻照能量(如1,000mJ/cm2)的所得到效果相同。
作者又對不同粘度、不同輻照強度和不同光引發(fā)劑濃度下,光引發(fā)劑TPO在350到420納米之間的吸收光譜變化情況進行了測定,得到了圖2(Fig. 2)的結果:
從圖2中可以看出,TPO的吸收光譜隨著輻照能量的增加而降低。同時當光引發(fā)劑濃度較高,輻照能量較高及體系粘度較低的情況下,TPO的吸收光譜表現(xiàn)出一些不尋常的變化。另外,研究也發(fā)現(xiàn)TPO的消失速度和反應體系的粘度有強烈的關聯(lián)性,作者認為在UV LED照射情況下短時間內(nèi)在微區(qū)域的粘度變化有助于指干表面的形成。
基于其進行的所有試驗,作者認為在單波長的UV LED照射條件下,TPO引發(fā)體系表現(xiàn)出一些特殊的固化特性。作者對此進行了一個大膽的假設:在TPO引發(fā)劑的體系中,固化反應過程中進行增長反應的自由基,會由于高反應活性的二苯基膦酰基自由基的耦合反應而被終結。這一現(xiàn)象又受到輻照強度、TPO濃度和反應體系粘度的影響。