Особенности рецептуры эмалей УФ-отверждения

В настоящее время, инновационная технология УФ-отверждения эмалей – считается одной из самых главных и перспективных технологий в лакокрасочной промышленности. Покрытия, способные отверждаться за счет реакции полимеризации, получают при использовании УФ-излучения.

Фирма разработчик и производитель эмалей УФ-отверждения является ООО "НПФ"ИНМА". Эмаль носит название "Акролак-УФ" и производится по ТУ 2316-019-50003914-2004.

Принцип отверждения заключается в том, что УФ-лучи способны инициировать реакцию полимеризации олигомерных материалов определенной химической структуры. Излучение, длина волны которого составляет от 100 до 400 нм, относится к УФ-излучению. УФ-излучение имеет очень высокую энергию (3,1 – 12,4 эВ), до 4 раз превышающую энергию лучей видимого света. Двойная углерод-углеродная связь обладает энергией, равной 6,3 эВ. Согласно уравнению Планка, чтобы расщепить эту энергию необходимо излучение, с длиной волны меньше 200 нм.

Энергия источников УФ-излучения, используемых в промышленности, недостаточна для гомолитического расщепления С=С связей УФ-пленкообразователей и мономеров. По этой причине, стали использовать фотоинициаторы.

Фотоинициаторы – это такие соединения, которые при поглощении УФ-излучения переходят в возбужденное состояние. Этот процесс ведет к внутримолекулярному распаду и образованию радикалов. В классическую рецептуру лакокрасочных материалов УФ-отверждения входят: реактивный разбавитель, низкомолекулярный олигомер, фотоинициатор, добавки, синергетик, различные наполнители и пигменты.

Тип пленкообразователя определяет механические, защитные свойства покрытий, а также реакционную способность этих покрытий. 

Пигмент – это практически нерастворимое в определенной среде цветное вещество (органического или неорганического происхождения), либо вещество ахроматического красящего типа. (Определение согласно DIN55943).

Пигмент может быть как цветным, так белым или черным. Главная задача пигмента в лакокрасочных материалах – создать барьер свету.

Это делается для того, чтобы покрытие было непрозрачным с укрытой основой. Как известно, при отражении воспринимается цвет. Кроме этого цвет может восприниматься при полном или селективном поглощении света. Благодаря пигментам, лакокрасочное покрытие приобретает определенную окраску, прочность, а также обладает антикоррозионными свойствами. Помимо всего прочего, пигменты увеличивают способность поглощения или отражения лучистой энергии.

Основными параметрами пигментов являются: насыпной вес, цветность, укрывистость и маслоемкость. При использовании пигментов в лакокрасочной промышленности, можно получить практически любой оттенок по каталогу RAL. Но есть и свои минусы в работе с пигментами.

Добавление пигментов в рецептуру УФ-отверждения, способствует замедлению процесса отверждения или вообще его остановке. Такой факт связан с тем, что многие пигменты (органические и неорганические) поглощают УФ-лучи в той же области спектра, что и фотоинициаторы. К сожалению, не существует прямой информации о светопоглощении пигментов, в отличие от фотоинициаторов. В настоящее время, известен лишь спектр пропускания рутильной формы диоксида титана. Длина волны меньше 395 нм, относится к УФ-излучению, которое поглощает рутильная форма диоксида титана. Стоит также отметить, что при хранении пигментированных систем, сами пигменты могут подвергаться реакциям полимеризации, тем самым, меняя свойства системы. Таким образом, уже не выпускаются материалы УФ-отверждения по международному каталогу RAL.

В общей сложности, международный стандарт RAL включает в себя тысячи различных цветов и оттенков. К примеру, одних желтых оттенков в каталоге присутствует десятки. Компании, которые специализируются на производстве пигментов, предлагают совершенно разные рецептуры. Соотношение пигментов в составе, напрямую зависит от способа получения этого пигмента, а также степени его дисперсности, последняя влияет на основные свойства пигмента. В частности, при уменьшении частиц пигмента возрастает его укрывистость и красящая стабильность. В состав подобных рецептур входят и органические и неорганические пигменты.

Бывает, что в некоторые рецептуры входят два и более пигментов. Одни рецептуры состоят только из пигмента желтого цвета, в другие – входит и оранжевый пигмент. Но стоит отметить, что даже при известной рецептуре, до конца не ясно, подойдет ли материал для УФ-отверждения, будет ли он отверждаться УФ-излучением. Исследователи нашли подход к составлению рецептур пигментированных эмалей УФ-отверждения. Для начала, лабораторным путем измеряли спектры пропускания нужных пигментов.

Эту работу проводили на приборе, который называется УФ-спектрофотометр. Готовили модельные рецептуры эмалей, с помощью специального эпоксиакрилового лака «Акролак-УФ». Приготовленные образцы были с различными соотношениями пигментов и фотоинициаторов. Каждый образец состоял из разного числа пигментов. Далее, данные образцы наносили на специальные стеклянные пластинки с помощью аппликатора, толщина которого составляет 30 мкм. Полученный слой подвергался отверждению на установке ОРК-21М1. Проведения подобных исследований объясняет некоторые особенности отверждения.

К примеру, красный пигмент P.R.112 обладает высоким пропусканием в спектральном диапазоне 350−420 нм. Высокая концентрация такого пигмента способствует увеличению укрывистости, что ведет к возрастанию УФ-поглощения. По этой причине, покрытие проблематично довести до нужной твердости.

Синий пигмент P.B.15:3 также обладает высоким пропусканием в спектральном диапазоне 350−420 нм. Кроме этого, синий пигмент имеет высокую укрывистость. Эти свойства способствуют положительным результатам в отвержденных покрытиях. Что касается желтого пигмента P.Y.74, то он, наоборот, характеризуется как низким уровнем пропускания, так и плохой укрывистостью. Зеленый пигмент P.G.7 славится самым низким уровнем пропускания. Концентрация пигмента играет огромную роль в свойствах отверждаемых покрытий. Одни спектры поглощения не предсказывают точно данные свойства.

Таким образом, зная спектры поглощения и пропускания пигментов можно использовать фотоинициаторы для инициирования реакций полимеризации. У фотоинициаторов, максимум поглощения расположен в зоне максимального пропускания пигмента. Из выше написанного можно сделать вывод, что для того чтобы достигнуть положительного эффекта при отверждении эмалей, необходимо использовать различные фотоинициаторы в рецептуре эмали УФ-отверждения.

Выбор инициаторов зависит от используемого пигмента. Помимо этого, нужно соблюдать условие, при котором область максимальной абсорбции УФ-квантов фотоинициатором, соответствует области максимального пропускания пигмента. По материалам статьи "Рецептурные особенности эмалей УФ-отверждения" ж-л "Лакокрасочные материалы и их применение".