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光引發(fā)劑的機理與標準

嘉峪檢測網        2025-04-02 09:22

一、術語和定義

 

光引發(fā)劑 (photoinitiator),按GB/T 41764-2022《輻射固化涂料中光引發(fā)劑含量的測定 氣相色譜-質譜聯(lián)用法》中3.1的描述為:一種能吸收輻射能,經激發(fā)發(fā)生化學變化,產生具有引發(fā)聚合能力的活性中間體(自由基或陽離子)的物質。

 

二、相關標準

 

GB/T 41764-2022《輻射固化涂料中光引發(fā)劑含量的測定 氣相色譜-質譜聯(lián)用法》

 

HG/T 5778-2020《化妝品包裝材料用紫外光(UV)固化涂料》

 

SN/T 4317-2015《出口食品中7種光引發(fā)劑遷移量的檢測方法 液相色譜-質譜/質譜法》

 

三、光引發(fā)劑的機理及分類

 

紫外光光引發(fā)劑又稱光敏劑或光固化劑,其分子在紫外光區(qū)(250~400 nm)或可見光區(qū)(400~800 nm)有一定吸光能力,在直接或間接吸收光能后,引發(fā)劑分子從基態(tài)躍遷到激發(fā)單線態(tài),經系間竄躍至激發(fā)三線態(tài)。在激發(fā)單線態(tài)或三線態(tài)經歷單分子或雙分子化學作用后,產生能夠引發(fā)單體聚合的活性碎片(自由基、陽離子、陰離子等),從而引發(fā)單體聚合交聯(lián)固化。

光引發(fā)劑種類繁多。按照引發(fā)機理的不同,光引發(fā)劑主要可以分為陽離子光引發(fā)劑和自由基型光引發(fā)劑,其中自由基型光引發(fā)劑應用范圍最廣,又分為裂解型和奪氫型。按照吸收輻射類型分類,光引發(fā)劑又可以分為紫外光引發(fā)劑和可見光引發(fā)劑。

 

四、幾種主流的光引發(fā)劑及其應用領域

 

目前行業(yè)內主流的光引發(fā)劑品種為907、TPO、184、1173、DETX、ITX、369等。907與ITX或DETX光引發(fā)劑配合使用于有色體系中,主要應用領域為家居裝飾等;1173與TPO等搭配有較好的固化效果,主要應用領域為家具木器清漆、地板涂料、家居裝飾、塑料制品等;184可以與TPO等低黃變的光引發(fā)劑應用于白色體系,主要應用領域為:家具木器清漆、地板涂料、3C電子涂料、汽車內飾、家居裝飾、塑料制品等。

1. 184

184簡稱HCPK,易溶于有機溶劑和單體,具有很高的光引發(fā)活性、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及不產生黃變性,是國內最常用的光引發(fā)劑之一。

 

最大吸收波長為333 nm,主要用于引發(fā)丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯等體系的快速固化,參考用量2%~4%,固化時間分別為190 s和140 s。

 

別名:1-羥基-環(huán)己基-苯基甲酮

 

英文名稱:1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone

 

CAS號:947-19-3

 

外觀:白色或類白色結晶

 

透光率:425nm≥98.0%,500nm≥99.0% (1g/10mL 甲苯)

 

吸收峰:246nm,280nm,333nm (甲醇溶液中)

 

溶解性:20℃ (g/100g溶液)

 

2. 1173

1173簡稱HMPP,是目前應用最為成功的一類光引發(fā)劑,也是國內用之最為廣泛的無黃變光引發(fā)劑之一,最大吸收波長331 nm。

 

易與樹脂混溶,引發(fā)效率高,熱穩(wěn)定性好,無黃變現象,儲存穩(wěn)定。

 

別名:2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮

 

CAS號:7473-98-5

 

外觀:無色至淺黃色液體

 

吸收峰:245nm,280nm,331nm (甲醇溶液中)

 

溶解性:在大部分普通的有機溶劑和丙烯酸酯單體中溶解度大于50g/100g,幾乎不溶于水。

 

3. 907

907是一類較新的高活性光引發(fā)劑,具有很高的光引發(fā)劑效率,吸收波長330~385 nm。經常與硫雜蒽酮光引發(fā)劑配合使用,增強吸光能力。用于引發(fā)丙烯酸酯和甲基丙烯酸甲酯等體系的快速固化,參考用量2%~6%。

 

907能在油墨固化過程中,吸收紫外光輻射能而形成自由基或陽離子,引發(fā)單體和低聚物發(fā)生聚合、交聯(lián)和接枝反應,在很短的時間里使油墨固化成三維網狀結構的高分子聚合物。

 

 

別名:2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉基-1-丙酮

 

CAS號:71868-10-5

 

外觀:白色結晶粉末

 

透光率:425nm≥90.0%,500nm≥95.0% (1g/10mL 甲苯)

 

吸收峰:230nm,304nm (甲醇溶液中)

 

溶解性:20℃ (g/100g溶液)

 

 

 

4. TPO

TPO是一種高效的自由基型、在長波長范圍內都有吸收的高效光引發(fā)劑。由于具有很寬的吸收范圍,其有效吸收峰值為350~400 nm,一直吸收至420 nm左右。它的吸收峰較常規(guī)引發(fā)劑偏長,經光照后可生成苯甲酰和磷?;鶅蓚€自由基,都能引發(fā)聚合,因此光固化速度快。它還具有光漂白作用,適合于厚膜深層固化和涂層不變黃的特性,具有低揮發(fā),適用于水基。

別名:2,4,6-三甲基苯甲?;?二苯基氧化膦

 

CAS號:75980-60-8

 

外觀:淡黃色晶體或粉末

 

吸收峰:295nm,368nm,380nm,393nm (甲醇溶液中)

 

溶解性:20℃ (g/100g溶液)

 

光引發(fā)劑

主要功能特點

主要應用領域

907

白色固體粉末,在活性稀釋劑中溶解性好,具有很高的光引發(fā)活性,與ITX或者DETX搭配在有色油墨體系中非常高效。

在實際使用過程中可以與ITX或DETX光引發(fā)劑配合使用用于有色體系中,主要應用領域為:PCB油墨、膠黏劑、印刷油墨、家居裝飾等。

TPO

黃色固體粉末,在稀釋劑中溶解性好,光引發(fā)劑效率高,耐黃變,側重于厚涂層固化,有光漂白效果,熱穩(wěn)定性好,儲存穩(wěn)定性好。

適合于厚涂層的固化、白色配方固化和UVLED。主要應用領域為:家具木器清漆、PCB油墨、電子產品涂層、膠黏劑、印刷油墨、汽車內飾、光纖、家居裝飾、紙上光油等。

184

白色固體,與活性稀釋劑相容性好,光引發(fā)效率高,耐黃變,側重于表面固化。

可以與TPO等低黃變的光引發(fā)劑應用于白色體系,主要應用領域為:家具木器清漆、地板涂料、電子產品涂層,膠黏劑、汽車內飾、家居裝飾、紙上光油、塑料制品等。

1173

無色或淺黃色液體,便于使用,與低聚物和活性稀釋劑相容性好,引發(fā)效率高并具有良好的耐黃變性能;合成工藝較簡單,成本相對較低。

與TPO等搭配有較好的固化效果,主要應用領域為:家具木器清漆、地板涂料、電子產品涂層、家居裝飾、紙上光油、塑料制品等。

DETX

黃色粉末,是高效的奪氫型光引發(fā)劑,固化后黃變較重,常用于有色配方體系。

主要應用領域為:PCB油墨、電子產品涂層和制造、膠黏劑、印刷油墨、家居裝飾等,適用于UVLED應用。

ITX

黃色固體粉末,是高效的奪氣型光引發(fā)劑,黃變較重,氣味相對較小,適用于有色配方體系。

由于曝光后黃變現象比較嚴重,不適合于淺色體系,適合于有色光固化體系,主要應用領域為:PCB油墨、電子產品涂層、膠黏劑、印刷油墨、家居裝飾、化妝品包裝等。

369

屬于α-氨基酮類光引發(fā)劑,屬于裂解型光引發(fā)劑,外觀為黃色固體粉末,具有很高的光引發(fā)活性,曝光后氣味較小,吸收波長較長,適用于UVLED油墨

與ITX和DETX等搭配,適合于光固化色漆和油墨中,尤其是黑色涂料和油墨,其應用領域非常廣泛:PCB油墨、電子產品涂層、膠黏劑、印刷油墨、汽車內飾、家居裝飾等。

 

五、光引發(fā)劑的發(fā)展趨勢

 

光引發(fā)劑除了需滿足環(huán)保要求如部分標準(如食品級涂料)對光引發(fā)劑的殘留量有嚴格限制外,在性能方面需具備高摩爾消光系數、低毒性、良好溶解性等特性,且與光源光譜匹配。

 

隨著大眾安全意識的提高,對食品藥品等包裝的安全性越來越重視,如歐洲對食品藥品包裝油墨制訂了嚴格的標準,禁止使用遷移性大的材料,已主要采用低遷移性的大分子光引發(fā)劑。在全球范圍內,大分子光引發(fā)劑由于其低毒性和低遷移性的優(yōu)點,會被越來越多應用到包裝油墨中,因此開發(fā)更多類型的大分子光引發(fā)劑是行業(yè)產品的發(fā)展趨勢。

 

由陽離子光引發(fā)劑和配套樹脂、單體構成的配方產品,具有抗氧阻聚、體系收縮低的優(yōu)點,可與自由基固化體系互補。未來陽離子固化產品應用或與自由基固化產品混合使用具備發(fā)展前景,因此陽離子光引發(fā)劑也是產品和技術的發(fā)展方向之一。

 

 

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來源:涂料工業(yè)

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