babkin_o.e._polimernye_pokrytiya_uf-otverzhdeniya._uchebnoe_posobie

ухудшаются внешний вид покрытия и реакционная способность отверждаться (время отверждения и доза отверждения увеличивается), но при этом не изменяется адгезионная прочность (рис.7).

Таким образом, химические свойства поверхности существенно влияют на характер зависимости внешнего вида покрытия от роста удельной поверхности и уменьшения размера частиц технического углерода. В случае кислой поверхности внешний вид покрытий ухудшается, при щелочной – улучшается. Это связано с реактивностью грунтов, а именно – кислые поверхностные группы технического углерода существенно замедляют процесс полимеризации. Соответственно, увеличение их содержания в рецептуре, происходящее при росте удельной поверхности технического углерода, приводит к замедлению процесса полимеризации.

Введение технического углерода в грунт с щелочной поверхностью не изменяет реакционной способности даже при увеличении содержания этих групп с ростом удельной поверхности, но при этом существенно ухудшается адгезионная прочность к металлу. Поэтому технический углерод с химическими свойствами поверхности щелочного типа в грунтах не используется или используется крайне редко.

3.5.Источники УФ-излучения

Вкачестве источника УФ-излучения используют микроволновые безэлектродные УФ-излучатели, ртутные лампы низкого давления и ртутные излучатели высокого давления.

Вкварцевой трубке (кварц имеет небольшое поглощение в УФ-области) находится заполняющий материал (ртуть, инертный газ и галогеновая добавка) под давлением от 1 до 10 бар, возбуждаемый для эмиссии излучения. В момент действия разряда в насыщенном ртутью газе лампа должна иметь оптимальную рабочую температуру, чтобы можно было добиться высокого коэффициента полезного действия. В этом случае ртутный излучатель высокого давления эмитирует характерный спектр с основными линиями при 254, 302, 313, 366, 405 и 456 нм (рис. 8).

31

Излучение в этой волновой области обладает высокой энергией, достаточной для расщепления фотоинициатора и инициирования радикальной полимеризации. Мощность используемых излучателей обычно составляет от 80 до 160 Вт/см. Продолжительность их жизни в среднем 1500-2000 ч до того, как мощность упадет на 80%. Обычно изготавливают лампы с длиной дуги от 50 до 2500 мм. Длиной дуги называется расстояние между двумя электродами. Диаметр ламп варьируется от 19 до 28 мм в зависимости от мощности (табл. 7).

В энергетическом балансе УФ-излучения на УФ-С, УФ-В и УФ-А диапазон приходится 25-30% энергии, видимая область спектра имеет 10-15% и 50-60% приходится на ИК-излучение. При этом излучатели с микроволновым возбуждением имеют 35-40% энергии в ИК-диапазоне, а в УФ-области около 36%, что значительно выше, чем у разрядных ртутных ламп. Для сравнения мощности УФ-излучателей получила признание специфическая величина ощности излучения Вт/см.

32

Мощность излучения не может характеризовать интенсивность и энергетическую плотность попадающего на отверждаемую пленку УФ-излучения, так как в данном случае необходимо также принимать во внимание следующие факторы: геометрию рефлектора и силу фокусировки (рис.9), расстояние от излучателя до подложки (рис. 10), а также атмосферу, в которой происходит отверждение, УФ-спектр.

Рис. 9. Влияние формы рефлектора на интенсивность излучения на отверждаемом покрытии: а – параболический, б – эллиптический

Рис. 10. Влияние расстояния от излучателя до подложки на интенсивность излучения (Н, мВт/см2)

Эти зависимости рассмотрены на примере ртутно-кварцевого облучателя марки ОРК-21 М1 с лампой ДРТ при отверждении лаков и пигментированных составов «Акролак–УФ» (ТУ 2316-005-50003914-99) для защитнодекоративной окраски паркета, мебели и других деревянных поверхностей и

33

«Акрокор-АК» (ТУ 2316-023-50003914-2006) для защиты металла от коррозии с использованием прибора, регистрирующего УФ-излучение (рис. 11).

Для фокусировки УФ-излучения на подложке применяют рефлекторы, которые собирают УФ-излучение в пучок или отражают. В основном используют два типа рефлекторов.

Самым сильным является эллиптический рефлектор, создающий фокальную линию, на которой находится максимум УФ-излучения. Расстояние до окрашенной подложки должно быть точно установлено. В параболическом рефлекторе излучение отражается параллельно и фокальной линии не образуется.

Рис. 11. Прибор, регистрирующий УФ-излучение

Так как эмитируемая излучателем мощность ни в коем случае не равна интенсивности попадающего на поверхность субстрата излучения, то УФ-ус- тановки характеризуются двумя величинами, для точного измерения которых можно установить один прибор (УФ-фотометр).

Такими величинами являются облучение (Е, доза энергии) и сила облучения (H, УФ-интенсивность). В общем случае эти величины зависят от длины волны. Единицы измерения Е и Н относятся к определенному диапазону длин волн и называются спектральной силой облучения и спектральным облучением. В разных спектральных областях получаются разные значения Е и Н.

Облучение (доза энергии).

Доза (облучение) – это общая энергия излучения, которая попадает на объект. Она измеряется в Дж/см2 и связана с интенсивностью через время.

Облучение (Е) [Вт*с/см2=Дж/см2] = интенсивность * время

34

Таким образом, доза зависит от скорости движения транспортера в УФ-установке (рис. 12).

Рис. 12. Зависимость дозы энергии (Е, мДж/см2) от времени излучения

Сила облучения (УФ-интенсивность)

Понятие интенсивности описывает по определению собственно эмиссию излучения от источника. Но на практике обычно отклоняются от этого определения. Вошло в обычай измерять интенсивность излучения на поверхности деталей. Интенсивность – это максимальная мощность излучения, достигшая поверхности субстрата. Она измеряется в Вт/см2. Интенсивность является характеристикой излучателя и рефлектора и не зависит от скорости продвижения изделий на линии окраски. Сила облучения является важным параметром химической сшивки и установления степени блеска для УФ-материалов.

На скорость отверждения также влияет состав атмосферы, в которой происходит отверждение. Коротковолновое УФ-С излучение, обладающее наиболее высокой энергией абсорбции, интенсивно поглощается кислородом воздуха (λ < 200 нм). При снижении количества кислорода в зоне отверждения за счет введения азота или углекислого газа скорость отверждения возрастает (рис. 13).

УФ-отверждение в атмосфере инертного газа позволяет существенно снизить содержание фотоинициатора, уменьшить количество продуктов расщепления фотоинициаторов, отказаться от добавления аминных синергетиков, что уменьшает пожелтение покрытия, не использовать высокофункциональные мономеры, снизить мощность и дозу УФ-облучения (рис. 12).

35

на поверхность субстрата на 20-30%, что в экстремальном случае может привести к клейкости покрытия. Кроме того, даже при незначительных концентрациях продуктов расщепления фотоинициатора может возникнуть проблема запаха, так как уменьшенная сила облучения способствует увеличению концентрации этих продуктов. Контрольный листок УФ-установки должен включать примерно следующие параметры:

−рефлекторы и УФ-излучатели должны в среднем раз в месяц очищаться ватой, смоченной спиртом;

−еженедельный контроль ламп с помощью измерительных приборов;

−проверка рабочего времени, потребления электроэнергии, облучения и силы облучения;

−контроль охлаждения излучателей путём измерения температуры в воздухе УФ-канала;

−постоянное охлаждение должно быть гарантировано, чтобы предотвратить помутнение кварцевых трубок и избежать снижения силы облучения.

38

Глава 4. Полимерные покрытия двойного УФ-отверждения

В настоящее время лаки УФ-отверждения применяются главным образом для окраски плоских поверхностей, что во многом связано с ограниченными возможностями используемого оборудования.

Применение лаков УФ-отверждения для окраски объёмных изделий до недавнего времени сдерживалось из-за отсутствия или дороговизны ламп с высокой удельной мощностью и конструкцией отражателей, рассчитанных в первую очередь на отверждение плоских изделий. Препятствием для применения УФ-технологий является наличие теневых, недоступных для лучей УФ-лампы участков на изделиях.

Особый интерес представляют материалы двойного отверждения, в которых пространственно сшитые структуры образуются по двум механизмам: уретанообразования и радикальной полимеризации при УФ-отверждении. Их преимущество состоит в том, что, с одной стороны, обеспечивается возможность недорого и эффективно управлять процессом, а с другой – покрытие химически отверждается на участках поверхности, скрытых от воздействия излучения. Разработка таких ЛКМ, отверждаемых в течение нескольких секунд под действием УФ-излучения и в течение нескольких часов в затененных зонах за счёт взаимодействия с отвердителем, значительно расширила возможности применения УФ-технологий (табл. 8).

Двойное отверждение применяют в случае сочетания двух химически различающихся механизмов сшивания. Системы двойного отверждения обычно сшиваются сначала с помощью УФ-излучения за счёт радикальной полимеризации, а затем – за счет реакции изоцианатных и гидроксильных групп с образованием уретана.

Работа приборов в условиях повышенной влажности окружающей среды, а в некоторых случаях и конденсации влаги, приводит к ухудшению диэлектрических свойств изоляционных материалов и в первую очередь – оснований печатных плат. Это приводит к сбоям и отказам в работе электрорадиоаппаратуры. Поэтому при разработке изделий необходимо предусматривать специальные меры по их защите, позволяющие устранить или снизить неблагоприятное влияние внешних факторов.

За рубежом находят применение полимерные влагозащитные покрытия, включающие несколько различных по своей природе полимеров. Связь между этими полимерами может быть химической и топологической. Последняя может быть реализована благодаря образованию взаимопроникающих полимерных сеток.

Говоря о «многополимерных» покрытиях, нельзя не сказать об отечественном эпоксидно-уретановом лаке УР-231, получившем широкое распространение. Если быть более точным, то правильнее будет сказать об алкидно- эпоксидно-уретановом лаке.

39

Таблица 8 Сравнение ЛКМ однократного и двойного УФ-отверждения

Дело в том, что в покрытии лаком УР-231 присутствуют фрагменты структуры, характерные для трёх классов полимеров: алкидные смолы, эпоксидные смолы и полиуретаны. Покрытие наносится последовательно в три слоя. Общее время операций по нанесению и отверждению всех слоев лака составляет не менее 25 ч, что не технологично при серийном выпуске изделий.

Прозрачные лаки УФ-отверждения завоевали прочные позиции в полиграфии, мебельной промышленности, окраске мебельных фасадов, производстве паркета и в ряде других областей. Несмотря на высокую стоимость, лаки получают все более широкое распространение благодаря уникальной скорости отверждения, высокому блеску и прочности получаемых покрытий. Использование УФ-отверждаемых ЛКМ позволяет ускорить процесс сушки по сравнению с традиционными материалами в сотни раз, сократив его с десятка минут до нескольких секунд.

Системы двойного отверждения, в которых объединяются механизмы образования пространственно сшитых структур за счет протекания реакции уретанообразования и УФ-отверждения, обычно сшиваются сначала с помощью УФ-излучения за счет радикальной полимеризации, а затем за счет реакции изоцианатных и гидроксильных групп с образованием уретана.

Ниже приведены три возможных схемы получения покрытий УФ-двой- ного отверждения.

40