2.1 活性稀釋劑
2.1.1 概述
活性稀釋劑(reactive diluent)通常稱為單體(monomer)或功能性單體(functional monomer),它是一種含有可聚合官能團的有機小分子,在光固化油墨的各種組分中活性稀釋劑是一個重要的組成,它不僅溶解和稀釋低聚物,調節體系的黏度,而且參與光固化過程,影響光固化油墨的光固化速度和固化膜的各種性能,因此選擇合適的活性稀釋劑是光固化油墨配方設計的重要環節。
從結構上看,自由基光固化用的活性稀釋劑都是具有“”不飽和雙鍵的單體,如丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、乙烯基、烯丙基,光固化活性依次為:
丙烯酰氧基>甲基丙烯酰氧基>乙烯基>烯丙基
因此,自由基光固化活性稀釋劑主要為丙烯酸酯類單體。陽離子光固化用的活性稀釋劑為具有乙烯基醚“CH2CH—O—”或環氧基“
”的單體。乙烯基醚類單體也可參與自由基光固化,因此可用作兩種光固化體系的活性稀釋劑(見表2-1)。
表2-1 活性稀釋劑的種類

活性稀釋劑按其每個分子所含反應性基團的多少,可以分為單官能團活性稀釋劑、雙官能團活性稀釋劑和多官能團活性稀釋劑。每個分子中含有官能團的數目稱為官能度,所以單官能團活性稀釋劑的官能度為1,雙官能團活性稀釋劑的官能度為2,多官能團活性稀釋劑的官能度可以是3、4或更多。活性稀釋劑中含有可參與光固化反應的官能團越多,官能度越大,則光固化反應活性越高,光固化速度越快,從光固化活性看:
多官能團活性稀釋劑>雙官能團活性稀釋劑>單官能團活性稀釋劑
隨著活性稀釋劑官能度的增加,除了增加光固化反應活性外,同時增加固化膜的交聯密度。單純的單官能團單體光聚合后,只能得到線型聚合物,不發生交聯。當官能度≥2的活性稀釋劑存在時,光固化后得到交聯聚合物網絡,官能度高的活性稀釋劑可得到高交聯度的網狀結構。交聯度的高低對固化膜的物理機械性能和化學性能產生極大的影響。表2-2列出了活性稀釋劑官能度和分子量對固化膜性能影響的一般規律。
表2-2 活性稀釋劑官能度和分子量對固化膜性能影響的一般規律

活性稀釋劑自身的化學結構對固化膜的性能有很大影響,因此在制備光固化油墨時,要根據油墨性能要求,選擇合適的活性稀釋劑結構。表2-3列出活性稀釋劑化學結構對固化膜性能的影響。
表2-3 活性稀釋劑化學結構對固化膜性能的影響

活性稀釋劑中隨著官能團的增多,其分子量也相應增加,分子間相互作用增大,因而黏度也增大,這樣稀釋作用就減小。從活性稀釋劑的黏度看:
多官能團活性稀釋劑>雙官能團活性稀釋劑>單官能團活性稀釋劑
從活性稀釋劑的稀釋作用看:
單官能團活性稀釋劑>雙官能團活性稀釋劑>多官能團活性稀釋劑
表2-4列出常用活性稀釋劑對體系黏度和固化速度的影響。
表2-4 常用活性稀釋劑對體系黏度和固化速度的影響①

①活性稀釋劑∶低聚物=30∶70。
②甘油衍生物三丙烯酸酯。
制備光固化油墨選擇活性稀釋劑時,應考慮以下因素:①低黏度,稀釋能力強;②低毒性,低氣味、低揮發、低刺激;③低色相,特別是在無色體系、白色體系中必須加以考慮;④低體積收縮率,增加對基材的附著力;⑤高反應性,提高光固化速度;⑥高溶解性,與樹脂相容性好,對光引發劑溶解性好;⑦高純度,水分、溶劑、酸、聚合物含量低;⑧玻璃化溫度Tg,適應涂層性能的要求;⑨熱穩定性好,利于生產加工、運輸和儲存;⑩價格便宜,降低了成本。
要根據光固化油墨應用時需要的黏度、固化速度、基材的附著性能、油墨層所要求的物理機械性能(如光澤、硬度、柔韌性、耐沖擊性、抗張強度、耐磨性、耐化學性、耐黃變性等),綜合考慮進行選擇。單一的活性稀釋劑不能滿足上述要求,大多數情況下要選擇兩種或多種不同官能度的活性稀釋劑搭配,以獲得綜合性能最佳的光固化油墨配方。表2-5為部分活性稀釋劑的固化收縮率和表面張力。
表2-5 部分活性稀釋劑的固化收縮率和表面張力

2.1.2 活性稀釋劑的合成
丙烯酸酯類活性稀釋劑的合成方法主要有直接酯化法、酯交換法、酰氯法、相轉移法和加成酯化法等,大多數是通過直接酯化法制得。
直接酯化法常用催化劑為濃硫酸、對甲苯磺酸、甲磺酸CH3SO3H等。目前生產中大多用對甲苯磺酸作催化劑,它具有用量少、反應溫度低、轉化率高、產品質量好等優點;反應結束后,催化劑和產物容易分離,工藝流程簡便。
酯化反應產生的水通過脫水劑除去。常用脫水劑有苯、甲苯、二甲苯、環己烷、正庚烷等,利用與酯化反應產生的水形成共沸液而帶走水。一般選用甲苯作脫水劑,甲苯沸點110℃,與水共沸點84℃,在減壓蒸餾脫溶劑中易于冷凝,回收率高,甲苯毒性比苯低,價格也較便宜。但近年來,涂料、油墨和膠黏劑等行業對苯系溶劑限制使用,因此不少生產企業已不再使用甲苯作脫水劑,改用烷烴類脫水劑。
酯化反應必須要加阻聚劑,以防止原料丙烯酸和產物丙烯酸酯聚合。常用的有對苯二酚、叔丁基對苯二酚等酚類化合物,噻吩嗪、對苯二胺等胺類化合物,二甲氨基二乙基氨基酸銅、二丁基二硫代氨基甲酸銅等銅配位化合物,用一種或幾種。
對丙烯酸高級酯也可以用熔融酯化法進行酯化反應,不必用脫水劑,催化劑和阻聚劑用量也可減少,在110~120℃回流反應后,進行脫水,最后減壓蒸餾除去未反應的丙烯酸和殘余水,得到純度較高的丙烯酸高級酯,產率也高。
陽離子光固化活性稀釋劑乙烯基醚合成可以通過乙烯氧化法、乙烯交換法、乙炔法、脫鹵化氫法、縮醛熱分解法來制得。
2.1.3 單官能團活性稀釋劑
單官能團活性稀釋劑每個分子僅含一個可參與光固化反應的活性基團,分子量較低,因此具有如下的特點:
①黏度低,稀釋能力強。
②光固化速度低,這是因為單官能團活性稀釋劑的反應基團含量低,導致光固化速度低。
③交聯密度低,只含一個光活性基團,因此在光固化反應中不會產生交聯點,使反應體系交聯密度下降。
④轉化率高,由于單官能團活性稀釋劑的碳碳雙鍵的含量低,黏度小,容易參與聚合,故轉化率高。
⑤體積收縮率低,在發生自由基加成聚合時,碳碳雙鍵轉化成單鍵,分子間距離變小,密度增大,造成體積收縮。但單官能團活性稀釋劑因碳碳雙鍵含量低,所以體積收縮較少。
⑥揮發性較大,氣味大,易燃,毒性也相對較大。
常見單官能團活性稀釋劑的物理性能見表2-6,部分活性稀釋劑的揮發性和閃點見表2-7。
表2-6 常見單官能團活性稀釋劑的物理性能

①1dyn/cm=10-3N/m。
表2-7 部分活性稀釋劑的揮發性和閃點

單官能團活性稀釋劑根據結構上的不同可分為丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸羥基酯、帶有環狀結構或苯環的(甲基)丙烯酸酯和乙烯基活性稀釋劑。
2.1.3.1 丙烯酸烷基酯
(1)丙烯酸丁酯(BA)

低黏度,稀釋效果好,早期作為活性稀釋劑使用;但氣味大、揮發性大,易燃,現在基本上已不用。
(2)丙烯酸異辛酯(2-EHA)

低黏度,稀釋效果好,低Tg,有較好的增塑效果,早期作為活性稀釋劑使用;因有氣味、揮發性稍大,影響使用。
(3)丙烯酸異癸酯(IDA)

低黏度,稀釋效果好,低Tg,有較好的增塑效果,揮發性較小。
(4)丙烯酸月桂酯(LA)

低黏度,低揮發,有疏水性脂肪族長主鏈,低Tg,有較好的增塑效果。
(5)丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯(EOEOEA)
低黏度、低揮發、低Tg、有較好增塑效果。
2.1.3.2 (甲基)丙烯酸羥基酯
(1)丙烯酸羥乙酯(HEA)和丙烯酸羥丙酯(HPA)

高沸點,低黏度,低Tg,反應活性適中,帶有羥基,有利于提高對極性基材的附著力,是早期最常用的活性稀釋劑;但皮膚刺激性和毒性較大,目前也較少使用。由于HEA和HPA分子帶有丙烯酰氧基,又含有羥基,可與異氰酸基反應,現主要用作制備聚氨酯丙烯酸酯(PUA)的原料。
(2)甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)和甲基丙烯酸羥丙酯(HPMA)

高沸點,低黏度,因是甲基丙烯酸酯,所以固化速度比HEA和HPA慢,但皮膚刺激性和毒性又低于HEA和HPA,帶有羥基,有利于提高對極性基材的附著力,所以HEMA是阻焊劑常用的活性稀釋劑。
(3)4-丙烯酸羥丁酯(4-HBA)
相比HEA有更高沸點(100℃/0.9kPa)、更低黏度(5.5mPa·s/20℃)、更低Tg(-80℃),具有更好的柔韌性和更高的反應活性,特別是皮膚刺激性(PII為3.0)遠低于HEA(7.2)。
2.1.3.3 帶有環狀結構或苯環的(甲基)丙烯酸酯
(1)甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)

沸點較高,低黏度,帶有環氧基,有利于提高附著力,但價格貴,因是甲基丙烯酸酯,故固化速度較慢。
(2)甲基丙烯酸異冰片酯(IBOA)

高沸點,黏度較低,高折射率和高Tg,固化收縮率低(8.2%),有利于提高附著力,低皮膚刺激性,但價格高,又有氣味,影響其使用。
(3)丙烯酸四氫呋喃甲酯(THFA)

高沸點,黏度較低,低Tg,含有極性的四氫呋喃環,有利于提高附著力。
(4)丙烯酸苯氧基乙酯(POEA、2-PEA)

高沸點,黏度較低,低Tg,反應活性較高,低皮膚刺激性,但有酚的氣味。
2.1.3.4 乙烯基活性稀釋劑
(1)苯乙烯(St)

最早與不飽和聚酯配合作為第一代光固化涂料應用于木器涂料,雖然價廉,黏度低,稀釋能力強,但因其高揮發性、高易燃性、氣味大、毒性大以及固化速度較慢,目前在光固化涂料中很少使用St作活性稀釋劑。
(2)乙酸乙烯酯(VA)

價廉,低黏度,稀釋能力強,反應活性較高,但沸點低,揮發性高,易燃易爆,實際上光固化涂料中不采用VA作活性稀釋劑。
(3)N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)

低黏度,稀釋能力強,反應活性高,低皮膚刺激性,曾是最受歡迎的活性稀釋劑。但因價格貴,氣味大,特別發現有致癌毒性,限制了它的使用,目前已不再使用。而且因NVP及其聚合物都是水溶性的,加入量大會影響材料的耐水性。
2.1.4 雙官能團活性稀釋劑
雙官能團活性稀釋劑每個分子中含有兩個可參與光固化反應的活性基團,因此光固化速度比單官能團活性稀釋劑要快,成膜時發生交聯,有利于提高固化膜的物理機械性能和耐抗性。由于分子量增大,黏度也相應增加,但仍保持良好的稀釋性,揮發性較小,氣味較低,因此雙官能團活性稀釋劑大量應用于光固化油墨中。表2-8列出了常用雙官能團活性稀釋劑的物理性能。
表2-8 常用雙官能團活性稀釋劑的物理性能

雙官能團活性稀釋劑從二元醇結構上可分為乙二醇類二丙烯酸酯、丙二醇類二丙烯酸酯和其他二醇類二丙烯酸酯。
2.1.4.1 乙二醇類二丙烯酸酯
(1)二乙二醇二丙烯酸酯(DEGDA)

低黏度,光固化速度快,但皮膚刺激性嚴重,故現在很少使用。
(2)三乙二醇二丙烯酸酯(TEGDA)

低黏度,光固化速度快,因皮膚刺激性大,現在很少使用。
(3)聚乙二醇二丙烯酸酯系列
聚乙二醇(200)二丙烯酸酯[PEG(200)DA]
聚乙二醇(400)二丙烯酸酯[PEG(400)DA]
聚乙二醇(600)二丙烯酸酯[PEG(600)DA]

這是聚乙二醇二丙烯酸酯系列,PEG(200)DA中n=4,PEG(400)DA中n=8~9,PEG(600)DA中n=13,隨著n增大,黏度變大,Tg下降,毒性和皮膚刺激性降低,因此,膜柔韌性增加,但親水性也增加。
2.1.4.2 丙二醇類二丙烯酸酯
(1)二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)

低黏度,稀釋能力強,光固化速度快,但皮膚刺激性稍大,是常用的活性稀釋劑之一。
(2)三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)

黏度較低,稀釋能力強,光固化速度快,體積收縮率較小,皮膚刺激性也較小,價格較低,是目前最常用的雙官能團活性稀釋劑。
2.1.4.3 其他二醇類二丙烯酸酯
(1)1,4-丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)

低黏度,對低聚物溶解性好,稀釋能力強,但皮膚刺激性大, 較少使用。
(2)1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)

低黏度,稀釋能力強,對塑料基材附著力好,可改善固化膜的柔韌性,但皮膚刺激性較大,價格較高,是常用的活性稀釋劑之一。
(3)新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)

低黏度,稀釋能力強,高活性,光固化速度快,對塑料基材附著力好,高Tg,但皮膚刺激性較大,是常用的活性稀釋劑之一。
(4)鄰苯二甲酸乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)

價廉,光固化速度較快,是我國自行開發的活性稀釋劑,因黏度高,稀釋效果稍差。
2.1.5 多官能團活性稀釋劑
多官能團活性稀釋劑每個分子中含有三個或三個以上可參與光固化反應的活性基團,因此不僅光固化速度快,而且交聯密度大,相應地固化膜硬度高,脆性大,耐抗性優異。分子量大,黏度高,稀釋性較差;高沸點,低揮發性,收縮率大。要求光固化速度快、耐抗性能高的光固化油墨通常要使用一定量的多官能團活性稀釋劑,才能達到性能要求。常用的多官能團活性稀釋劑的物理性能見表2-9。
表2-9 常用多官能團活性稀釋劑的物理性能

(1)三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)

黏度較大,但在多官能團活性稀釋劑中是最低的一種;光固化速度快,交聯密度大;固化膜堅硬而發脆,耐抗性好。價格較廉,雖然皮膚刺激性較大,但仍是最常用的多官能團活性稀釋劑。
(2)季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)和季戊四醇四丙烯酸酯(PET4A)

黏度大,稀釋性差;光固化速度快,交聯密度大;固化膜硬而脆,耐抗性好。PETA有羥基,有利于提高附著力;但PETA毒性大,懷疑有致癌性,因而限制其使用。
(3)二縮三羥甲基丙烷四丙烯酸酯(DTMPT4A)

高黏度,高反應活性,高交聯密度,極低的皮膚刺激性;固化膜硬,富有彈性而不脆,耐抗性優良。在光固化油墨中不作活性稀釋劑,用于提高光固化速度和交聯密度。
(4)二季戊四醇五丙烯酸酯(DPPA)和二季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)

高黏度,極高反應活性和交聯密度,極低的皮膚刺激性;固化膜有極高的硬度、耐刮性和耐抗性。同樣在光固化油墨中不作活性稀釋劑,用于提高光固化速度和交聯密度。
常用的單、雙、多官能團活性稀釋劑的主要生產廠家和產品代號見表2-10。

2.1.6 第二代的(甲基)丙烯酸酯類活性稀釋劑——烷氧基化丙烯酸酯
這是第二代的丙烯酸酯活性稀釋劑,都是由乙氧基化(—CH2—CH2—O—)或丙氧基化(—CH2—CH2—CH2—O—)的醇類丙烯酸酯構成的。
乙氧基化或丙氧基化的醇類丙烯酸酯活性稀釋劑的開發是為了改善第一代丙烯酸酯活性稀釋劑存在的皮膚刺激性、毒性偏大和固化收縮率大的弊病,同時仍保持其較快的光固化速度。從表2-11和表2-12可以看出丙烯酸酯母體經乙氧基化或丙氧基化后,皮膚刺激性和固化收縮率有明顯的降低,有的黏度也有降低。
表2-11 活性稀釋劑烷氧基化性能比較

注:PII為初期皮膚刺激指數。
表2-12 乙氧基化、丙氧基化及甲氧基化活性稀釋劑固化收縮率

表2-13列出部分烷氧基化丙烯酸酯活性稀釋劑的物理性能,表2-14為不同乙氧基化的TMPTA的物理性能,顯然,隨著分子中乙氧基增加,黏度增加,表面張力也增大,而玻璃化溫度下降,親水性也增加,TMP(EO)15TA已變為易溶于水了。
表2-13 部分烷氧基化丙烯酸酯活性稀釋劑的物理性能

表2-14 不同乙氧基化TMPTA的物理性能

乙氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯[TMP(EO)TA]分子式如下:

烷氧基化活性稀釋劑的生產企業和產品代號見表2-15。
表2-15 烷氧基化活性稀釋劑的主要生產企業和產品代號

2.1.7 乙烯基醚類活性稀釋劑
乙烯基醚類是20世紀90年代開發的一類新型活性稀釋劑,它是含有乙烯基醚(CH2CH—O—)或丙烯基醚(CH2
CH—CH2—O—)結構的活性稀釋劑。氧原子上的孤電子對與碳碳雙鍵發生共軛,使雙鍵的電子云密度增大,所以乙烯基醚的碳碳雙鍵是富電子雙鍵,反應活性高,能進行自由基聚合、陽離子聚合和電荷轉移復合物交替共聚。因此,乙烯基醚可在多種輻射固化體系中應用,例如在自由基固化體系、陽離子固化體系以及混雜體系(自由基光固化與陽離子光固化)中作為活性稀釋劑使用。另外,如與馬來酰亞胺類缺電子雙鍵配合,則乙烯基醚與馬來酰亞胺形成強烈的電荷轉移復合物(CTC),經光照,可在沒有光引發劑存在下發生聚合,這也是正在研究開發中的無光引發劑的光固化體系。
乙烯基醚與丙烯酸酯類活性稀釋劑相比,具有黏度低、稀釋能力強、沸點高、氣味小、毒性小、皮膚刺激性低、反應活性優良等特點,但價格較高,影響了它在光固化油墨中的應用。
乙烯基醚類活性稀釋劑國際特品公司和陶氏化學公司都有生產,目前商品化的乙烯基醚類活性稀釋劑有:
(1)三甘醇二乙烯基醚(DVE-3)
(2)1,4-環己基二甲醇二乙烯基醚(CHVE)

(3)4-羥丁基乙烯基醚(HBVE)
(4)甘油碳酸酯丙烯基醚(PEPC)

(5)十二烷基乙烯基醚(DDVE)
CH3—(CH2)11—O—CHCH2
這5種乙烯基醚類活性稀釋劑的物理性能見表2-16。
表2-16 國際特品公司乙烯基醚類活性稀釋劑的物理性能

2.1.8 第三代(甲基)丙烯酸酯類活性稀釋劑
最新開發的第三代(甲基)丙烯酸酯類活性稀釋劑為含甲氧端基的(甲基)丙烯酸酯活性稀釋劑,它們除了具有單官能團活性稀釋劑的低收縮性和高轉化率外,還具有高反應活性。目前已商品化的有沙多瑪公司的CD550、CD551、CD552和CD553和科寧公司的8061、8127、8149。
(1)甲氧基聚乙二醇(350)單甲基丙烯酸酯(CD550)

(2)甲氧基聚乙二醇(350)單丙烯酸酯(CD551)

(3)甲氧基聚乙二醇(550)單甲基丙烯酸酯(CD552)

(4)甲氧基聚乙二醇(550)單丙烯酸酯(CD553)

(5)甲氧基三丙二醇單丙烯酸酯(8061)

(6)甲氧基丙氧基新戊二醇單丙烯酸酯(8127)

(7)甲氧基乙氧基三羥甲基丙烷二丙烯酸酯(8149)

表2-17介紹了甲氧基化丙烯酸酯活性稀釋劑的物理性能。
表2-17 甲氧基化丙烯酸酯活性稀釋劑的物理性能

此外,SNPE公司生產的Acticryl CL-960、Acticryl CL-959和Acticryl CL-1042為含氨基甲酸酯、環碳酸酯的單官能團丙烯酸酯,卻顯示出高反應活性和高轉化率,見表2-18。

表2-18 SNPE公司不同活性稀釋劑的光固化特性比較①

①低聚物 50,活性稀釋劑50,光引發劑5。
2.1.9 新型光固化陽離子活性稀釋劑
陽離子光引發體系具有不受氧阻聚影響、體積收縮率小、光照后還能后固化等優點,其研究和應用范圍日益廣泛。以往陽離子光引發體系使用的活性稀釋劑主要為乙烯基醚類和環氧類稀釋劑,品種較少。近年來,研究開發了多種陽離子光固化用的活性稀釋劑,對促進和推動陽離子光引發體系的應用起重要作用。
(1)1-丙烯基醚類(A)、1-丁烯基醚類(B)、1-戊烯基醚類(C)

此類活性稀釋劑多為無色、高沸點、低黏度液體,都具有很高的陽離子聚合活性。
(2)乙烯酮縮二乙醇類

此類活性稀釋劑中雙鍵與兩個強的釋電子基團相連,因此特別易被親電子試劑進攻,所以比乙烯基醚類活性稀釋劑更活潑,更易進行陽離子聚合。
(3)環氧類

此類活性稀釋劑陽離子聚合活性比常用的環氧單體3,4-環氧環己基甲基-3,4-環氧環己基甲酸酯(M)快,聚合轉化率高。由于后者有酯羧基,會使反應活性降低。
(4)環氧化三甘油酯
自然界中不少植物的種子含有不飽和三甘油酯,如已經大規模商業生產的大豆油、亞麻油、向日葵籽油和蓖麻油等。經環氧化可以得到各種環氧化單體以進行陽離子光聚合,它們原料豐富、合成容易、價格低廉、毒性低,是一類很有潛力的陽離子光固化的活性稀釋劑。
(5)氧雜環丁烷類

氧雜環丁烷類都可以進行陽離子光聚合,也是一類低黏度陽離子活性稀釋劑。
(6)含有環氧基和烯醇醚基團的混合型活性稀釋劑

這一類活性稀釋劑含有環氧基和烯醇醚基,都可以進行陽離子光聚合。而且由于烯醇醚基存在,環氧基聚合活性顯著增強。
2.1.10 功能性甲基丙烯酸酯
甲基丙烯酸酯由于其光固化速度慢,很少在UV固化產品上作活性稀釋劑使用。但甲基丙烯酸酯對人體皮膚刺激性比丙烯酸酯要小,其聚合物的玻璃化溫度要比丙烯酸酯聚合物高,硬度也高,因此在部分光固化產品中得到應用:如牙科用光固化材料都用功能性甲基丙烯酸酯作活性稀釋劑,用甲基丙烯酸光固化樹脂作低聚物;UV粉末涂料的低聚物也使用甲基丙烯酸光敏樹脂。功能性甲基丙烯酸酯的主要生產企業有沙多瑪公司、科寧公司、德固莎公司、美源特殊化工公司、上海和創化學科技公司、廣州諦科復合材料技術公司等,常用作活性稀釋劑的甲基丙烯酸酯的物理性能見表2-19。
表2-19 常用甲基丙烯酸酯的物理性能

注:1mmHg=133.322Pa。
2.1.11 提高附著力的活性稀釋劑
提高附著力的活性稀釋劑最常用的是提高對金屬附著力的(甲基)丙烯酸磷酸酯PM-1和PM-2。PM-1和PM-2的合成比較容易,用甲基丙烯酸羥乙酯與五氧化二磷等摩爾比反應時得到PM-2;用2mol甲基丙烯酸羥乙酯與1mol五氧化二磷反應,再水解得到PM-1。

甲基丙烯酸磷酸酯國內有多家企業生產, 如廣東博興、廣州五行、廣東昊輝、中山千葉、中山科田、深圳豐湖、深圳君寧、深圳哲藝、江門恒光、開平姿彩、湖南贏創未來、上海三桐、上海道勝、天津久日、陜西喜萊塢等公司。此外沙多瑪、湛新、科寧、美源等國外公司和中國臺灣地區的雙鍵、奇鈦、國精化學生產的酸改性丙烯酸酯、三官能團丙烯酸酯等也是金屬、塑料、玻璃等附著力促進劑。
2.1.12 提高光固化速度的活性稀釋劑——活性胺
這是一類帶叔胺基團的丙烯酸酯,俗稱活性胺,它們作為助引發劑,與二苯甲酮等奪氫型自由基光引發劑配合使用,能提高光固化速度;能減少氧阻聚的影響,有利于改善表面固化;帶有可聚合的丙烯酸基團,參與光固化反應,避免以往用低分子叔胺氣味大、不能參與光固化反應、殘留易遷移的弊病。
國外沙多瑪、湛新、科寧、巴斯夫、艾堅蒙、美源、嵩泰等公司;國內廣東博興、中山千葉、中山科田、中山博海、順德現代、深圳君寧、深圳鼎好、江門恒光、湖南贏創未來、長沙新宇、江蘇三木、江蘇利田、江蘇開磷瑞陽、無錫博強、溫州恒立、上海三桐、上海道勝、天津久日、陜西喜萊塢等公司,臺灣地區的長興、石梅、國精化學等公司都生產多種活性胺。
2.1.13 自固化丙烯酸酯活性稀釋劑
通過分子結構設計,采用特殊的合成方法,突破傳統光引發劑結構,賦予活性稀釋劑一定的感光自引發活性,合成出一種自固化的丙烯酸酯活性稀釋劑,可以在無傳統的光引發劑條件下自行發生UV交聯固化。這類自固化丙烯酸酯活性稀釋劑在光解時不產生苯系碎片,殘留的未反應分子本身低毒或為非苯系化合物,氣味低,更環保和安全。由于具有自引發活性,固化速率快,特別適用于有色體系和厚涂層體系的深層固化以及立體涂裝涂層固化。目前,廣州博興化工科技公司已開發生產出自固化丙烯酸酯活性稀釋劑系列產品,其性能和應用見表2-20。
表2-20 廣州博興化工科技公司自固化丙烯酸酯的性能和應用

2.1.14 無苯活性稀釋劑
隨著人們環保意識的增強,國家也出臺了強制性的產品標準,2008年率先在煙包印刷中限制苯系溶劑的含量,這就要求紙品上光油和印刷油墨不能含有苯系溶劑。鑒于煙包印刷中大量使用UV光油和UV油墨,就不能用含有苯系溶劑的活性稀釋劑、低聚物和光引發劑作原料來生產。活性稀釋劑傳統的生產工藝是用甲苯作脫水劑,產品中難免會殘留一定量的甲苯,為了生產不含甲苯的活性稀釋劑,不少生產廠家采用直鏈烷烴作脫水劑的新工藝,生產出不含苯系溶劑的活性稀釋劑, 從而保證了煙包印刷用無苯UV光油和UV油墨的生產, 也使國內活性稀釋劑的生產上了一個新臺階。目前,生產無苯活性稀釋劑的企業有沙多瑪、艾堅蒙、長興、國精化學、江蘇三木、江蘇開磷瑞陽、天津久日等。
2.1.15 活性稀釋劑的毒性
目前光固化配方產品中常用的活性稀釋劑大多數沸點很高,蒸氣壓很小,不易揮發,在光固化過程中參與固化反應,所以在生產和使用中極少揮發到大氣中,也就是說具有很低的揮發性有機物(VOC)含量,這就使光固化配方產品成為低污染的環保型產品。
從化學品的毒性看,光固化配方產品所用的丙烯酸酯類活性稀釋劑具有較低的毒性;但在生產和使用時,長時間暴露在丙烯酸酯的氣氛中,則會引起對皮膚、黏膜和眼睛的刺激,直接接觸會產生刺激性疼痛,甚至出現過敏、灼傷;由于沸點高,室溫下蒸氣壓很低,對呼吸系統沒有明顯的傷害。
化學毒性通常用半致死計量LD50(lethal dose-50)來表示毒性程度,通過實驗動物(鼠、兔)的經口吸收、皮膚吸收和吸入吸收造成死亡50%來確定毒性大小,單位為mg/kg,見表2-21。
表2-21 半致死計量LD50的毒性表示

皮膚刺激性可用初期皮膚刺激指數PII(primary skin initiation index)來表示,見表2-22。
表2-22 初期皮膚刺激指數PII的皮膚刺激性程度表示

表2-23和表2-24分別列出了部分活性稀釋劑的半致死計量LD50表示和初期皮膚刺激指數PII。
表2-23 部分活性稀釋劑的半致死計量LD50

表2-24 部分活性稀釋劑的初期皮膚刺激指數PII

在生產和使用過程中,應避免直接接觸活性稀釋劑,一旦接觸應立即用清水沖洗有關部位。若出現紅斑甚至水皰,應立即就醫。
2.1.16 活性稀釋劑的儲存和運輸
(1)儲存容器
活性稀釋劑要存放在不透明、深色、干燥、內襯酚醛樹脂或聚乙烯的鐵桶或深色的聚乙烯桶內。鐵或銅類容器會引發聚合,因此應避免接觸這類材料。
注意容器中要留有一定空間,以滿足阻聚劑對氧氣的需要。
(2)儲存溫度
儲存溫度低于30℃,最好10℃左右。大批儲存推薦溫度為16~27℃。如果發生凍結,請將材料加熱至30℃,并低溫攪拌混合,使阻聚劑均勻混在材料中。這些預防措施對于保持產品的性能指標是必要的,否則容易發生聚合反應,使產品固化報廢。
(3)儲存條件
儲存時除注意溫度條件外,應避免陽光直射,避免與氧化劑、引發劑和能產生自由基的物質接觸。
儲存時須加入足量的阻聚劑對甲氧基苯酚(MEHQ)和對苯二酚(HQ)以增強在儲存時的穩定性。
注意定期檢查阻聚劑含量及材料黏度的變化以防聚合。
產品在收到六個月內使用可得到最好的效果。
(4)運輸
運輸時,注意避免陽光直射;溫度不要超過30℃;要防止局部高溫,以免發生聚合;同時不能與氧化劑、引發劑等物質放在一起。
在生產過程中輸送活性稀釋劑時,必須要用不銹鋼管道、聚乙烯管道或其他塑料管道。