这个单体可以解决你UV喷墨，涂料和3D打印中的新挑战

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采用活性稀释剂来解决UV固化喷墨油墨和涂料应用中的挑战(Reactive Diluents to Overcome Challenges in UV-Curable Inkjet Inks and Coatings Applications)

编译：杜鹏，润奥化工

原文作者：Nikolas Kaprinidis，Simon Werrel，Elmar Kessenich和Giovanni D’Andola，巴斯夫公司

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关键词：VMOX 低粘度 低气味 合规性 喷墨 3D打印

摘 要

采用基于恶唑烷酮的活性稀释剂解决了UV/EB固化应用所面临的挑战，例如符合毒理学合规的压力，以及提高UV固化配方的性能表现。与业内传统的活性稀释剂相比，乙烯基甲基恶唑烷酮相较于现有技术具有更好的技术优势和配方能力，包括室温下为液态，4mPa?s(@20℃)的极低粘度，低色泽，低气味，以及有利的毒理学数据。

介绍

乙烯基甲基恶唑烷酮(VMOX)是一种新推出的乙烯基单体，2020年初已开始在北美进行商业供应。它特别适合用作UV固化涂料和油墨中的活性稀释剂，如UV喷墨印刷。在这些应用中，与常规活性稀释剂相比，该单体具有明显的技术优势：高反应活性，极低粘度，良好的色彩鲜艳度，低气味和良好性能表现，如在塑料基材上的附着力。此外，它使符合毒理学要求的一些创新配方成为可能，因为采用现有化学方法来达到这一要求已变得越来越困难，这在近期已成为一个挑战。本文概述了对配方能力的影响，产品特性以及注册状态。

讨论

总体来说，乙烯基醚和/或酰胺类单体，和业内的其他标准单体(如丙烯酸酯)一起，和丙烯酸酯齐聚物，环氧树脂和不饱和聚酯树脂等，通过光引发的共聚反应，已广泛用于自由基和阳离子的UV固化体系中。它们已显示出可有效在低粘度水平下降低粘度，提高丙烯酸酯齐聚物的转化率，并改善固化体系的性能表现。这些性能表现包括附着力，收缩率和柔韧性，耐刮擦，耐热和耐化学品的性能。

近年来，如N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)和N-乙烯基己内酰胺(NVC)等现有产品，在技术层面表现出色且能满足诸多需求，但却受到法规监管审查问题。并且由于限制使用、重新评估和潜在重新归类的可能，而面临被淘汰的危险。

比如，欧洲印刷油墨协会(EuPIA)已经禁止在所有印刷配方产品中使用具有致突变或致癌性的产品，如NVP，而且预计NVC将紧接着被禁。因此，持续的监管压力，以及对易获得并易在配方中处理的材料的需求，成为行业需克服的现实障碍。乙烯基甲基恶唑烷酮这一新型单体，特别适合解决这些挑战。

表1. 喷墨，涂料和3D打印示例配方的成分比较

VMOX在室温下呈液态(熔点为20°C)，因此不再需要熔融设备，从而降低了成本、处理时间和操作复杂性。相反，NVC在室温下为固体，必须加热使其液化才能方便加入配方中，可能会带来不受欢迎的黄变问题。

此外，VMOX的低粘度(4mPa·s)使其具有明显的稀释能力，因此能够实现UV油墨粘度需要显着降低的需求(粘度低于10mPa·s)，从而得到高性能的油墨产品。

图1. 喷墨，涂料和3D打印示例配方的粘度比较

图1比较了几种活性稀释剂对典型的喷墨油墨，涂料和3D打印配方粘度的影响。与NVC或丙烯酰吗啉(ACMO)相比，在所有三个示例配方中VMOX都稳定表现出卓越的降粘能力。表1中列出了各个配方的成分情况。

由于其对传统丙烯酸酯单体的高亲和力，VMOX与所有当前最常用的丙烯酸酯单体(如DPGDA，IBOA，TBCH，POEA，CTFA等)和N-乙烯基内酰胺都具有高的共聚反应性，并且和业界所使用的传统丙烯酸酯齐聚物也具有高亲和力。在表2中，将VMOX的反应性与NVC，NVP和ACMO进行了比较。

反应性是基于标准方法测量的，也就是墨水配方在传送带上以15米/分钟的速度在LED或汞灯下进行固化。然后基于配方在传送带上能够达到完全固化的次数，来对不同单体的固化速度进行比较。VMOX的性能表现与其他几个测试材料相似(评级为3)。

表2.喷墨配方的反应性比较：34％活性稀释剂，60％其他单体和6％其他成分(包括光引发剂)。以395nm波长，550mW/cm2功率照射固化

对所有常见基材的附着力，是印刷应用中活性稀释剂和UV配方的另一个关键技术性能指标。VMOX可以使油墨或涂料具有极好的附着力，这可能是得益于其自身的高极性，从而能够通过浸蚀和溶胀来提高附着力。

如表3所示，通过基于标准剥离附着力测试方法，比较了含有VMOX，NVC和NVP的配方的附着力。0为最佳，5为最差。每个样品进行5次剥离测试。基于VMOX的配方油墨与NVC和NVP相比，显示出相似的附着力，而且即使浓度更低时也这样。结果列在表3中。

表3.各种聚合物基材的附着力比较：34％活性稀释剂，60％其他单体和6％其他成分(包括光引发剂)。固化三天后进行手工刮擦和胶带测试：0表示完全附着；5为完全剥落

在所谈及的这些应用中，黄变，颜色，以及怪气味，一直是一个挑战。使用NVP或NVC的配方，由于存在自氧化和分解而易于黄变。结果是，通常需要使用各种胺来稳定NVP或NVC单体。这种方法可以使黄变速度变慢，但并不能完全消除它。

如表4中所列出的，纯VMOX尽管在列出的单体中表现出最高的APHA颜色值，但涂层固化后的颜色却与NVP，NVC和ACMO相当(参见第二行的透明清漆配方)。

此外，VMOX表现出更好的色彩响应，这通过在白色塑料基板上测得的CIELAB色彩空间所表明。含VMOX的配方可产生更明亮的白色(L*)和更中性的颜色通道(a*，b*)。

表4.含不同活性稀释剂的样品配方的颜色比较：50％活性稀释剂，42％其他单体，和8％其他成分(包括光引发剂)

本单体的另一个独特性能就是极低气味。基于VMOX的配方即使在印刷后，也几乎没有气味。这扩大了该单体在UV喷墨以外的应用范围。VMOX的测试证明了其在UV涂料(作为活性稀释剂和单体)，UV粘合剂(作为活性稀释剂和助剂)，和3D打印(作为光敏单体)方面的成功应用。

VMOX已进行了欧盟的REACH注册。最近也被列入有毒物质控制法案(TSCA)清单中，可以用于UV印刷油墨和3D打印。

与一些常用的活性稀释剂(如NVC，NVP和ACMO)不同，根据欧洲化学品管理局(ECHA)的分类，VMOX未被要求贴上“严重健康危害”和“急性毒性”的警示标签。在VMOX之前，要使用不被要求贴此类标签的材料，配方工程师的选择范围非常有限，实际上没有技术层面相当的替代方案。

图2汇总了上述几个单体的全球化学品统一分类和标签制度(GHS)标识的对比情况。在瑞士和菲律宾等国的注册已经发布，而在中国和日本的注册正在进行中。

图2.VMOX的分子结构，以及和其他单体相对比的GHS标识

结论

VMOX是巴斯夫乙烯基单体产品组合中增加的最新成员。它为帮助应对UV印刷油墨和涂料应用中的技术及法规挑战，提供了解决方案。

此外，已经证明VMOX具有优异的稀释能力，可有效将粘度降低到10mPa·s以下。其在室温下为液态，确保了易于操作，并使配方不易黄变或产生怪气味。

VMOX还提供了良好的毒理学特性，扩展了那些需要技术性能方面独特组合的配方工程师的工具箱，改善了操作和法规方面的合规性。

编译者简介

杜鹏，四川大学高分子硕士，香港科技大学MBA，曾在德国WHU商学院及墨西哥IPADE商学院学习。从事光固化行业20余年，曾先后在全球最领先的两家光固化企业任职，从事技术、销售和管理工作。常在各种国际国内的会议和论坛上作报告，并为在校大学生讲解光固化课程。发表光固化相关微信原创文章近千篇。现任润奥化工董事长。马拉松和铁人三项运动选手。

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