光固化单体介绍及其应用


光固化单体介绍及其应用

一、光固化单体简介

1、定义

单体:从化学结构来讲,是含有可聚合官能团的小分子。

活性稀释剂:能参与成膜反应的稀释剂。

2、作用

(1)降低粘度;

(2)决定体系固化速度;

(3)增加交联密度;

(4)控制固化膜的粘结性和柔韧性。

3、分类

(1)丙烯酸酯类;(2)甲基丙烯酸酯类;(3)乙烯基类;(4)乙烯基醚类;(5)环氧类。

二、单官丙烯酸酯

1、单官单体特征

(1)转化率高:碳-碳双键含量低,大部分能参与自由基聚合;

(2)体积收缩率低:双键的含量低,体积收缩少;

(3)交联密度低:在固化过程中不会产生交联点,可以增加固化膜的柔韧性;

(4)固化速度慢:双键含量低,导致固化慢;

(5)粘度低:稀释能力强;

(6)分子量较低:因此挥发性大,相应地毒性大、气味大、易燃等。

2、HEA/丙烯酸羟乙酯

分子量 外观 密度 闪点
116.12 无色透明液体 1.106 99℃
沸点 熔点 折射率  
90-92℃12mm Hg -60℃ 1.449-1.451  
特性 主要用于合成光固化树脂,很少用于涂料油墨行业
分子式

3、HEMA/甲基丙烯酸羟乙酯

分子量 外观 密度 闪点
130.14 无色透明液体 1.073 207°F
沸点 熔点    
67℃3.5mm Hg -12℃    
特性 用于合成光固化树脂,涂料、油墨、胶黏剂用作稀释性单体
分子式

4、HPA/丙烯酸羟丙酯

分子量 外观 密度 闪点
130.1418 无色透明液体 1.044 193°F
沸点 熔点 折射率  
77℃ / 1.4443  
特性 用于合成光固化树脂、丙烯酸树脂
分子式

5、HPMA/甲基丙烯酸羟丙酯

分子量 外观 密度 闪点
144.17 无色透明液体 1.066 96℃
沸点 熔点 折射率  
57℃0.5mm Hg -58℃ 1.4470   
特性 用于合成光固化树脂、丙烯酸树脂
分子式

6、ACMO/丙烯酰吗啉

分子量 外观 密度 粘度
141.17 微黄至黄色液体 1.122 10-15cps/25℃
Tg 熔点 闪点  
145℃ -35℃ 110℃  
特性 UV快速固化、无气味、坚韧性强、耐水解、低P.I.I值,分散润湿性佳,附着性佳,推荐用于UV胶粘剂和UV油墨、UV涂料。
分子式

7、IBOA/丙烯酸异冰片酯

分子量 表面张力 比重(25℃) 粘度(25℃)
208 29.5 0.98-1.00 5-15cps
外观 沸点 闪点 折射率
无色透明液体 244.5℃ at760mm Hg 94.6℃ 1.474
特性 本品应用于粘合剂、特种涂料,附着性佳、耐热性佳、坚韧性佳、耐水性佳、耐磨性佳
分子式

8、IBOMA/甲基丙烯酸异冰片酯

分子量 外观 密度 粘度(25℃)
222.3233 无色透明液体 0.980g/cm3(20℃) 8.5mPa.s(20℃)
沸点 熔点 闪点 折射率
117℃(0.93kpa) -50℃ 127℃ 1.477(20℃)
特性 低粘度、高沸点、低表面张力( 低收缩 )、高玻璃化温度
分子式

9、THFA/四氢呋喃丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重(25℃) 粘度(25℃)
154 34.9 1.06-1.07 5-6cps
沸点 闪点 折射率(25℃)  
87℃/9mmHg 93℃ 1.455  
特性 对各种基材都有一定的附着力,稀释降粘性佳成膜柔软有压敏性,耐水耐化学品性好,推荐用于UV胶粘剂领域
分子式

10、EOEOEA/乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重(25℃) 粘度(25℃)
188 31.2 1.01-1.03 3-8cps
外观 折射率(25℃)    
无色或黄色 1.436    
特性 低收缩性、稀释性佳、柔韧性佳;本品应用于油墨、木材、塑料、纸张涂层、阻焊油黑
分子式

11、PHEA/2-苯氧基乙基丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重(25℃) 粘度(25℃)
192 38.4 1.10-1.11 5-15cps
沸点 折射率(25℃) 闪点  
275.981℃ at760mm Hg 1.515 110.543℃  
特性 稀释性佳、高反应性、低粘度、适用于UV丝印油墨
分子式

12、CTFA/环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重(25℃) 粘度(25℃)
200 35.5 1.08-1.11 12-18cps
Tg 折射率(25℃)    
40℃ 1.462    
特性 低气味、固化速度快、耐化性佳、高硬度与而磨性佳
分子式

13、DMAA/N,N-二甲基丙烯酰胺

分子量 外观 密度 粘度(25℃)
99.13 无色透明液体 0.96 1-3cps
沸点 闪点    
46(0.27kPa) 71℃    
特性 主要应用在UV胶粘剂、UV喷墨领域,它拥有降粘性,水溶性,高附着性,耐化学性,抗静电性,对塑胶及玻璃基材等有极好的密着性
分子式

14、TMCHA/3,3,5-三甲基环己基丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重(25℃) 粘度(25℃)
196 27.1 0.91-0.95 2-8cps
外观 折射率(25℃)    
无色透明 1.453    
特性 高Tg、低固化收缩、附着性佳、低表面张力
分子式

15、ODA/丙烯酸辛/癸酯

分子量 表面张力 比重(25℃) 粘度(25℃)
184-212 27.1 0.86-0.89 2-8cps
折射率      
1.434      
特性 低收缩性、柔韧性佳、耐候性佳、耐水性佳
分子式

三、双官丙烯酸酯

1、双官单体特征

(1)固化速度较快;(2)成膜交联密度较高;(3)良好的稀释性;(4)挥发较小,气味较低。

2、TPGDA/三丙二醇二丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
300 32 1.03-1.05 8-16cps
折射率      
1.448      
特性 柔韧性佳、低挥发、低粘度。主要作为活性稀释剂使用,可明显降低树脂体系的粘度
分子式

3、DPGDA/二丙二醇二丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
242 32.4 1.04-1.10 7-13cps
沸点 闪点 折射率  
119-121℃0.8mm 110℃ 1.449  
特性 稀释力佳、低挥发、低粘度、固化速度快
分子式

4、NPGDA/新戊二醇二丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
212 31.0  1.02-1.05 4-12cps
外观 折射率    
无色透明 1.450     
特性 高反应性、稀释性佳、耐刮性佳、耐溶剂佳
分子式

5、HDDA/1,6-己二醇二丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
226 34.5  1.01-1.03 5-10cps
外观 折射率    
无色透明液体 1.455     
特性 稀释力佳、对塑胶附着性佳、耐候性佳
分子式

6、DCPDA/三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
304 37.9  1.09-1.11 110-150
外观 折射率    
无色透明液体 1.501     
特性 高Tg、低收缩固化速度快、耐黄变性优异、坚韧性佳及高硬度、耐热与耐化性优
分子式

四、三官丙烯酸酯

1、三官单体特征

(1)光固化速度快;(2)固化产物硬度高、脆性大;(3)挥发性低;(4)粘度较大、稀释效果较差。

2、TMPTA/三羟甲基丙烷三丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
296 35.0  1.09-1.12 70-110cps
外观 折射率    
微黄透明液体 1.501     
特性 高光泽、硬度佳、高反应性、高交联密度、耐磨性佳
分子式

3、TMPTMA/三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
338 32.2  1.06-1.07 35-50cps
外观 折射率    
微黄透明液体 1.471     
特性 高交联密度、耐热与耐溶剂性佳、硬度与耐刮性佳
分子式

4、TMP3EOTA/乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
428 36.9  1.10-1.11 50-70cps
外观 折射率    
微黄透明液体 1.469     
特性 硬度佳、比TM柔韧、低皮肤刺激性
分子式

5、PET3A/季戊四醇三丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
298 38  1.168-1.190 600-900
外观 折射率    
无色透明液体 1.484     
特性 硬度佳、高交联密度、固化快速、耐溶剂性佳
分子式

6、G3POTA/丙氧化甘油三丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
428 34.1  1.082-1.105 70-100
外观 折射率    
微黄透明液体 1.461     
特性 固化快速、硬度及柔韧性佳、低皮肤刺激性、颜料润湿分散性佳
分子式

五、四官-六官丙烯酸酯

1、四官-六官单体特征

(1)光固化速度快;(2)固化产物硬度高、脆性大;(3)挥发性低;(4)粘度大、稀释效果差。

2、PET4A/季戊四醇四丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
352 37.6  1.17-1.18 400-650cps
外观 折射率    
微黄透明液体 1.483     
特性 低挥发、高交联密度、固化快速
分子式

3、Di-TMPTA/二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
482 35.0  1.09-1.11 400-700cps
外观 折射率    
微黄透明液体 1.476     
特性 固化快速、高交联密度、耐磨性佳、耐化性及耐水性佳
分子式

4、DPHA/双季戊四醇六丙烯酸酯

分子量 表面张力 比重 粘度
578 42.0  1.17-1.19 5000-7000
外观 折射率    
微黄透明液体 1.478     
特性 高反应性、高交联密度、耐磨性优、耐化性及耐水性佳
分子式

六、光固化单体的选择原则

1、光固化单体的选择原则

(1)稀释性;(2)反应活性;(3)毒性气味;(4)表面张力;(5)收缩性;(6)成本。

2、选择原则1:稀释性

(1)单体的主要功能之一是降低黏度;

(2)若单体有较强的降低黏度的能力,则可使其用量达到最低;这样,可使材料的主体-齐聚物对固化后材料性能的影响得到最大挥发;

(3)应该指出的是,低黏度的单体未必降低黏度的能力就强;

(4)同一单体的稀释能力往往对不同的体系相差很大;

(5)高黏度的单体一般少用于降低黏度用;

(6)至于易溶性,它包括对光引发剂的溶解能力以及与体系其他组分相互间的溶解情况。

3、常用单体的粘度

单官能团单体 缩写 粘度(cps/25℃)
丙烯酸羟乙酯 HEA <2
丙烯酸异冰片酯 IBOA 5-10
四氢呋喃丙烯酸酯 THFA
双官能团单体 缩写 粘度(cps/25℃)
1,6-己二醇二丙烯酸酯 HDDA 5-10
三丙二醇二丙烯酸酯 TPGDA 8-16
二丙二醇二丙烯酸酯 DPGDA 7-13
多官能团单体 缩写 粘度(cps/25℃)
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 TMPTA 70-100
季戊四醇三丙烯酸酯 PET3A 600-900
双季戊四醇六丙烯酸酯 DPHA 5000-7000

4、不同单体稀释能力对比

5、选择原则2:反应活性

(1)单体的反应活性越高,对整个体系的固化促进就越大;

(2)应该指出的是,单体的双键含量与反应活性并不是完全成正比的关系;

(3)(甲基)丙烯酸酯类单体的反应活性最高,其中丙烯酸酯类单体的活性高于甲基丙烯酸酯类(双键上甲基的电子效应及位阻导致其活性下降);

(4)多官能团丙烯酸酯单体光聚合速率一般比较高,最终反应性基团的残留量可能较高;

(5)单官能团丙烯酸酯单体虽然聚合速率较低,只要给予足够长的能量,其最终聚合转化率往往可以达到80-90%以上。

6、单体转化率示意图

7、选择原则3:毒性、刺激性和气味

(1)单体的毒性会对人体器官造成伤害甚至致命;

(2)刺激性通常只是对皮肤、眼睛等敏感部位造成不适,不会造成长期伤害;

(3)通常情况下,单体的伤害程度如下:单官单体>双官单体>三官单体>高官单体;

(4)减少挥发性可以降低单体的毒性、刺激性和气味;

(5)TM3EOTA与TMPTA相比,引入乙氧基后,挥发性下降,因而刺激性减小。

8、选择原则4:表面张力

(1)涂料油墨的润湿性、粘附性、渗透性和流平性均与表面张力有关;

(2)低表面张力的液体可以在高润湿能的表面上润湿及铺展;

(3)相反,液体表面张力大于基材的润湿能时,则不能有效的润湿和铺展;

(4)使用表面张力合适的单体作为活性稀释剂,是调节体系表面张力的有效手段之一。

9、不同单体的表面张力

活性稀释剂 缩写 表面张力(dyne/cm)
丙烯酸异冰片酯 IBOA 29.5
四氢呋喃丙烯酸酯 THFA 34.9
乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯 EOEOEA 31.2
三丙二醇二丙烯酸酯 TPGDA 32
二丙二醇二丙烯酸酯 DPGDA 32.4
1,6-己二醇二丙烯酸酯 HDDA 34.5
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 TMPTA 35
季戊四醇三丙烯酸酯 PET3A 38
双季戊四醇六丙烯酸酯 DPHA 42

10、选择原则5:收缩性

(1)在金属、玻璃、塑胶等基材上涂布固化时,收缩大导致粘附性变差;

(2)对于软基材上的应用,如纸张、塑料薄膜的涂布,固化时的收缩将导致基材卷皱;

(3)官能度越高,参与固化反应的双键就越多,收缩性就越大;

(4)辐射固化的速度远比热固化快,固化时产生的应力来不及释放,影响其粘附性能。

11、不同单体的收缩性

活性稀释剂 缩写 官能度 固化膜收缩平均百分数
三丙二醇双丙烯酸酯 TPGDA 2 11.9
新戊二醇二丙氧基双丙烯酸酯 (2PO)
NPGDA
2 6.8
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 TMPTA 3 26
丙氧基化甘油三丙烯酸酯 GPTA 3 15.4
聚乙二醇(200)双丙烯酸酯 PEG200DA 2 19.7

12、选择原则6:成本

(1)单体的成本影响其在体系中所占比例的大小;

(2)单体的成本影响成品在市场的售价及利润;

(3)随着市场竞争的加剧,成本困扰着工程师的配方设计以及影响产品的最终性能;

(4)成本也决定这产品在市场上的受欢迎程度和销量。

13、单体特点罗盘

14、年产量前三名单体

(1)TMPTA;(2)TPGDA;(3)HDDA。

免责申明

以上指标与推荐性能是在固定条件下测得,不对所有使用目的提供保证,对于不同使用目的和条件,用户需自行通过配方验证,以确保符合要求。

分享到:

相关新闻


光固化水性聚氨酯树脂发展简述

在绿色环保的大环境下,涂料工业对VOC限制逐年严格,同时,在保持涂料的高性能和市场竞争力等多重因素促进下,高性价比的水性UV涂料陆续面向市场,必将得到极大的推广。 预计未来在家具木器漆、汽车内饰涂料、皮革涂饰、塑胶罩光和印刷油墨等领域,水性UV树脂将会得到空前的发展。


UV单涂(UV-monocoat)体系用树脂及配方

UV单涂(UV monocoat),是一种高效环保的新型涂装工艺。相比传统工艺,具有更高的生产效率和良品率。可以预见其将在更多领域带来工艺的革新。


有机硅UV树脂分类及对比

有机硅UV树脂,化学名称为光固化有机聚硅氧烷,兼具有机硅的优异性能及光固化高效、节能的特点,本文详细介绍了其固化机理、分类对比、及产品信息。