光固化配方中为什么要使用复合光引发剂方案？

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光引发剂是光固化配方产品中非常重要的组成部分，它是自由基的来源。但过多使用光引发剂会带来诸多的问题，比如，更多的迁移物，耐候性降低，涂膜固化厚度不够，以及成本增加等。

实验发现，在光固化配方中使用复合型光引发剂可以有效克服上述问题，从而带来诸多优点。特别重要的是，可以得到更好的固化效果。

荷兰帝斯曼公司的Timothy E. Bishop通过一系列实验验证了这一点。

实验中使用了四种常用的光引发剂：184，1173，TPO和819。从化学上它们分属于两类化合物：α-羟基酮和酰基氧化膦。

表1 实验中所使用的光引发剂列表

图1 所使用的光引发剂及其分子结构

实验所使用的固化设备是Oriel 100瓦的汞灯(发射光谱如图2)，同时将涂膜厚度控制在50微米。

图2 Oriel 100瓦汞灯的发射光谱

对固化程度的检测是通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)来监测丙烯酸酯不饱和双键在810cm-1处的特征吸收峰变化进行的。同时使用了750-780cm-1波段作为参照峰，因为它在整个光固化过程中不会发生变化。

对于双键转换率(Reacted Acrylate Unsaturation, RAU)的计算公式是：

其中RL是液体状态下丙烯酸酯双键吸收峰和参照峰的比值；而RC则是UV固化之后，丙烯酸酯双键吸收峰和参照峰的比值。

图3 HCPK(Irgacure 184)的吸收光谱

图4 HMPP(Darocur 1173)的吸收光谱

图5 TPO的吸收光谱

图6 BAPO(Irgacure 819)的吸收光谱

HCPK(Irgacure 184)的主要吸收在240-250nm波长范围内，吸收峰值在320-335nm范围内。而另一个羟基酮光引发剂HMPP(Darocur 1173)在320-335纳米范围内具有类似吸收，峰值则在265-280纳米。只是使用这两个光引发剂的组合，已经可以开始更好地利用紫外灯的输出(图2)。

TPO和BAPO(Irgacure 819)的光谱则和前面两个显着不同，TPO在360-395nm范围内具有很强的吸收，BAPO在360-410nm范围内具有更强的吸收。后面两个光引发剂的添加，可以更好利用汞灯在370和408nm的另外两个主要波段。

第一个实验，是通过同样使用量(重量比)的184和复合光引发剂进行了对比。在同样能量4.5mJ/cm2的紫外光照射下，使用184的配方的双键转换率为24.8%，而复合光引发剂配方则高达79.6%。

表2 使用量4%的HCPK(Irgacure 184)和复合光引发剂的对比

第二个实验是使用了6%的184以及复合光引发剂在4.5mJ/cm2的辐照能量下，前者的双键转换率为18.9%，后者则高达67.2%。差别非常显着。

表3 使用量6%的HCPK(Irgacure 184)和复合光引发剂的对比

第三个实验分别使用了4%的184以及3%的复合光引发剂，也就是说后者采用复合光引发剂的配方光引发剂的使用量更低。在同样的辐照能量(4.5mJ/cm2)下，前者的双键转换率为50.9%，而后者为66.8%，反而更高。

表4 使用量4%的HCPK(Irgacure 184)和3%的复合光引发剂的对比

第四个实验则分别使用了6%的184，以及4.5%的复合光引发剂。辐射能量维持相同(4.5mJ/cm2)的情况下，前者的双键转换率为58.3%，后者为67.9%。第三和第四个实验表明，对于复合光引发剂的配方，即使用量更少，但双键转换率仍可更高。

表5 使用量6%的HCPK(Irgacure 184)和4.5%的复合光引发剂的对比

实验结果表明，复合光引发剂的使用可大大提高光引发剂的引发效率。虽然上述实验仅对一个光引发剂(Irgacure 184)作为参照对象进行了对比，同时辐照设备仅为汞灯的情况下进行的，但结果也能足够说明复合光引发剂的优点。

我们知道，对于配方中的光引发剂使用并不是越多越好，因为过多的光引发剂会吸收紫外光，很大影响深度固化时的紫外光的穿透效率，从而影响固化深度。

这种复合光引发剂的使用方式，不仅可以降低配方成本，同时可以得到更好的深度固化，减少光引发剂残留，和更低的成本。

参考文献：

Multiple Photoinitiators for Improved Performance, Timothy E. Bishop, DSM Desotech, Inc., RadTech NA 2008

编译者简介 PROFILE

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。