塗料用感光高分子簡介
1,特用光譜區說明
2,UV塗料的特性
3,紫外線硬化機構
4,UV塗料配方淺釋
5,應用業別
γ-射線 X-射線 視光區 微波 無線電波紫外線區
200~400nm
可見光區
400~760nm
紅外線區
760~百萬 nm
視光區光譜分佈感光高分子之主要運用帶 熱源提供紫外線之一般性用途效果 對象波長
(nm)
適用光源 用途分野臭氧生成 150~200 短波長殺菌燈、
石英水銀燈脫臭、水處理陰離子生成 150~200 離子燈 空氣清淨殺菌作用 240~300 殺菌燈 空氣、水及物體表面殺菌生物有害 200~340 殺菌燈、電焊作業、
碳弧燈、健康用螢光燈日照傷害防護紅斑作用 250~330 醫療用紫外光燈、
Xe短弧燈、太陽光光線過敏症診斷維他命 D生成 260~300 健康用螢光燈、
Xe短弧燈食品、飼料之維生素添加色素沉積 330~400 黑光螢光燈、黑光水銀燈 尋常性白斑治療光化學作用 對象波長
(nm)
適用光源 用途分野光分解 340~460 影印用螢光燈、
影印用水銀燈偶氮系複寫光重合 340~460 高壓水銀燈,Xe短弧燈、
金屬汞燈印刷製版、塗料油墨之硬化光崩壞 300~750 光化學用水銀燈、碳弧燈、
Xe短弧燈、太陽光耐光性屋外暴露實驗光合成 340~700 紫外線螢光燈、高壓水銀燈 化學物質之合成紫外線之光化學特性用途紫外線硬化塗料的特點優點,
1.低溶劑或無溶劑化的實現
2.無效塗裝料的儉省
3.生產效率的提昇
4.作業空間的縮小
5.各種性能需求的設計空間
6.省能源缺點,
1.稀釋性單體之人體刺激性
2.消光困難
3.成本高
4.厚塗硬化適性不佳
5.設備的效率性
6.耐候及密著性
UV 塗料應用 365及 305nm
中壓汞弧燈放射光譜紫外線硬化配方構成
1.主要成份,光硬化型寡聚物 (oligomer) 40~70%
光硬化型單體 (monomer) 30~50%
光起始劑 (initiator) 5%左右
2.添加劑,增感助劑 depends
重合禁止劑非反應型高分子平坦劑消泡劑密著助劑其他
3.顏料 /染料 /充填料 ~ 主成分 30%
4.溶劑 depends
Hardcoating紫外線塗料參考配比實例紫外線硬化樹脂 30 ~ 50 part
(multifunctional oligomer)
多官能基單體 10 ~ 30 part
單官能基單體 10 ~ 40 part
添加劑 (滑劑或耐磨耗助劑 ) 1 ~ 20 part
光起始劑 0.5 ~ 5 part
分類 寡聚物 稀釋劑 光起始劑 優點 缺點自由基重合型
Urethane-
Acrylate
Acryl單體、
溶劑
Benzoin-ether
Benzophenone
Acetophenone
Thioxanethone
可撓性、
硬度高價
Polyester-
Acrylate
安價 硬脆
Epoxy-Acrylate 附著性、
硬度耐候性
Alkyd-Acrylate 顏料分散性 耐熱性
Silicone-Acrylate 耐熱性、
密著性耐鹼性
(PEs/PU)-
Acrylate
可撓性、
耐候性密著性不飽和 Polyester Styrene Benzoin-ether 安價、厚膜 硬化速度硬脆自由基附加型
Polyene/Polythio
系溶劑 Benzophenone
等耐候性、
O2障害小惡臭高價陽離子重合型
Epoxy樹脂 Epoxy稀釋劑、
溶劑
Onium salt 附著性、
O2障害無作業性硬脆酸硬化型 Alkyd樹脂 /尿素 溶劑 Benzoyl-
benzylchloride
安價 耐候性紫外線硬化塗料之分類紫外線硬化用 Oligomer
優缺點樹脂類別優 點 缺 點
URETHANE-
ACRYLATE(PUA)
1.設計空間大
2.硬度 /強度 /耐藥品性
3.素材密著性價格
EPOXY-
ACRYLATE(EPA)
1.光硬化性
2.耐藥品性
3.耐熱性耐候性 / 高黏度
ACRYL-ACRYLATE 1.硬度
2.密著性
3.耐候性高粘度
POLYESTER-
ACRYLATE(PEA)
*或 POLYETHER-AC
1.相容性 4.低價
2.顏料分散性
3.作業性耐蝕性 /硬度 /
耐藥品性稀釋性單體 (Monomer)的特點
與高粘度寡聚物適當摻合,可調配合於實際作業狀況之 實用黏度
與稀釋溶劑之不同點 → 非揮發性 且成為硬化塗膜之一部份
單獨使用單體所架構之配方硬化性不佳硬脆附著性差塗膜收縮大
寡聚物摻合必要性
單體應用之需求性能稀釋性 溶解性硬化性 低臭性低毒性 低刺激性用途對應之需求物性常用反應性單體之特性單體名稱 官能基數 特性
NVP 1 硬化性 /韌度
2-HEA 1 稀釋性 /密著性
THFA 1 速硬化 /刺激性
2-EHA 1 可撓性
PHENOXY-ETHYL
ACRYLATE
1 密著性 /濕潤性
1,4BGDA 2 低黏度 /稀釋性
DEGDA 2 可撓性
1,6HDDA 2 低黏度 /延展性
NPGDA 2 耐撕裂性 /耐磨擦性
TMPTA 3 架橋密度 /反應性
PE-3A 3 硬化速度
DPHA 6 架橋密度 /速硬化單體選別與塗膜特性塗膜需求性能 正向單體 負向單體耐候性、耐久性耐光性、保色性
Acrylate、
Methacrylate
Styrene,Vinyltoluene
耐鹽霧性 /
耐清潔劑
Styrene、
VinylToluene
Acrylate、
Methacrylate
柔韌性 Acrylates、
Higer Methacrylate
Methacrylate,Styrene
硬度 Styrene,MMA,MAA、
VinylToluene,AN
Acrylates、
Higer Methacrylate
耐磨耗性 AlkoxysilaneAcrylate、
AN
Higer Acrylates/
Methacrylate
耐酸 /耐鹼性 Styrene,VinylToluene、
AN
Vinylacetate、
Lower Acrylate
耐溶劑性 Acrylic/Methacrylic Acid、
GMA,Thermoset
Higer Acrylates/Methacrylate
Thermoplastic
均解型光起始劑紫外線硬化系統用光起始劑抓氫型光起始劑陽離子型光起始劑自由基起始型
Mechanism of Free-Radical Curing
1,I I* 起始自由基形成
2,I* + P IP* 反應起始
3,IP* + P IPP* 鏈延長及交聯
4,IPP* + IPP* IPPPPI 鏈終止
UV光光激發交聯反應示意圖 (PEs/ST)
單體Oligomer
性能特性 自由基起始 陽離子起始硬化速度 快 中到快起始反應 光 光及熱
O2敏感性 有 無收縮性 大 可忽略密著性 中到良 優經時硬化性 小 強耐化性 良 中到良濕氣敏感性 無 有酸 /鹼敏感性 無 有自由基與陽離子起始交聯比較顏料 光波長 (nm) / 1μm 顏料層 透過率 (%) 365nm光吸收顏料層厚度 (μm)435 405 365 334 313 305
鉛白 69 66 61 57.5 55 54 27
立德粉 56 52 43 32 15 5 10
鈦白粉 35 32 18 6 0.5 0 3
氧化鋅 44~4
6
38~4
0
0 0 0 0 1
硫化鋅 30 28 22 10.5 0 0 6
Silica 88 88 85 82 80 79 ―
碳黑 0 0 0 0 0 0 0.6
黑煙 1.5 1 0.7 1 1 1 1.5
鉻黃 13 12 10 10 10.5 11 2.2
鉛黃 2.5 3 4.5 4.5 4 4 1.5
鋅黃 35 33 32 32 32 31.5 3
群青 88 88 85 81 77 75 52
玫瑰紅 50 43 45 43 50 50 6
常用顏料紫外線透過率
PHOTOPOLYMER的實用特性用途分野 具體應用 功能需求
1.PLASTIC用塗料 有機玻璃 /汽車頭燈 /化妝品容器 …etc,
耐擦傷性 /耐磨耗性 /密著性
2.木工用塗料 木器製品 /雕像 /木製百葉窗 …etc.
硬化再現性 /平滑性 /無溶劑化
3.金屬用塗料 金屬防繡 /罐體塗裝 經時密著性
4.IT產業關聯 光纖保護 /光阻劑 /
OPD黏著劑透光度 /製程適性應用分野 用途 目的 /性能 備考
Film PVC桌墊、桌布 可塑劑移行防止、
耐擦傷性低熱能硬化工序生產性提升優良的物性建材 (PVC,PP) 裝飾性、材質損傷防止觸控膜 (Touch-Panel) 耐擦傷性、帶電防止顯示器 (PET,TAC) 耐擦傷性、帶電防止反射防止、防眩光有機玻璃 耐擦傷性、耐候性成型品 BMC汽車頭燈蒸著底塗 平滑性、耐熱性 輕量化設計面塑膠原料的替代選用燈具蒸著底塗 (ABS、PP) 平滑性
PC頭燈 耐擦傷性、耐候性化妝品及裝飾品之蒸著面底塗 (ABS,AS,PP)
平滑性、耐擦傷性 低熱能硬化工序生產性提升優良的物性電器電子機器 耐擦傷性、耐候性耐藥品性、耐衝擊性塑材用感光塗裝劑之各種用途及特徵問題 成因 對應策塗膜白化 / 密著不良 溶劑 trap於塗膜中 / 硬化阻滯 時間溫度適正塗膜回軟 / 耐膜性差 光照強度不足 燈具設備確認塗膜脆裂或虹彩 膜厚度不當 膜厚適正塑材軟化或變形 溫度過高 / 照距太近 冷卻裝置及設備確認硬化後黃化 過度硬化 (24hr後可恢復 ) 降低硬化條件霜狀塗膜 硬化不均勻 / 硬化前急烘烤 降低 preheating條件 /
設備適正塑材塗層問題對應策問題 成因 對應策密著不良 硬化不完全 / 交聯密度太高 Check配方及使用原料官能基流痕,油點 原料含雜質 / 真空泵浦油污染 原物料面再檢點鍍鋁膜變色 硬化 chamber含氧量過高 適正真空程度白化 溶劑揮發完前水分凝集造成 慢乾親水溶劑使用層間密著 底塗交聯不完全 確認硬化過程咬底 上塗溶劑或是樹脂咬蝕底層 Check底層 cure程度 /
溶劑適正五彩虹相 底塗相位移動 / process溫度過高 Check process
真空電鍍塗層問題對策應用分野 用途 目的 /性能 備考金屬 (UV) 鋼管暫時性防繡 防繡性、鹼脫膜性 高生產性、
作業環境
PE/PP披覆鋼管 防蝕性、接著性潤滑鋼板 耐壓延性、鹼脫膜性 高生產性
2P罐上光油 耐磨耗性、
耐高溫殺菌性環境對應
2P罐接縫膠 運送裝置污染減輕金屬 (EB) PCM 高加工性、硬度 生產性無機材 建材、瓷磚 耐磨耗性、耐候性 高性能、生產性金屬、無機材料用感光塗料應用分野 用途 目的 /性能 備考光纖
(optical-fiber)
Primary-Coat 低彈性係數、高反應性、
溫度安定性高生產性穩定的物性使用 LifeSecondary-
Coat
高彈性係數、高伸度、
高反應性、溫度安定性
Tape材光碟
(optical disk)
CD,CDRW 表面及反射膜保護塗層、
印刷適性低熱能硬化工序生產性提升優良的物性MD
MO
DVD 表面保護、貼合接著性光紀錄材料關聯應用分野 用途 目的 /功能 備考紙張 紙器品 高級感、印刷保護 低熱能硬化工序生產性提升優良的物性出版物 書頁保護、耐磨耗性建材 耐磨耗性、意匠性蒸著紙 高光澤、剝離性離型紙 離型層硬化印刷 合成紙 裏刷適性鋁箔紙塑膠膜紙張及印刷關聯未來之展望及方向
1.環保需求的性能融合
a.水性化 /無溶劑化之運用與開發
b.紫外線硬化粉體塗料
2.無機材料複合之開展奈米材料之特性併合運用
3.多重架橋硬化系統功能性之向上、性能平衡性
1,特用光譜區說明
2,UV塗料的特性
3,紫外線硬化機構
4,UV塗料配方淺釋
5,應用業別
γ-射線 X-射線 視光區 微波 無線電波紫外線區
200~400nm
可見光區
400~760nm
紅外線區
760~百萬 nm
視光區光譜分佈感光高分子之主要運用帶 熱源提供紫外線之一般性用途效果 對象波長
(nm)
適用光源 用途分野臭氧生成 150~200 短波長殺菌燈、
石英水銀燈脫臭、水處理陰離子生成 150~200 離子燈 空氣清淨殺菌作用 240~300 殺菌燈 空氣、水及物體表面殺菌生物有害 200~340 殺菌燈、電焊作業、
碳弧燈、健康用螢光燈日照傷害防護紅斑作用 250~330 醫療用紫外光燈、
Xe短弧燈、太陽光光線過敏症診斷維他命 D生成 260~300 健康用螢光燈、
Xe短弧燈食品、飼料之維生素添加色素沉積 330~400 黑光螢光燈、黑光水銀燈 尋常性白斑治療光化學作用 對象波長
(nm)
適用光源 用途分野光分解 340~460 影印用螢光燈、
影印用水銀燈偶氮系複寫光重合 340~460 高壓水銀燈,Xe短弧燈、
金屬汞燈印刷製版、塗料油墨之硬化光崩壞 300~750 光化學用水銀燈、碳弧燈、
Xe短弧燈、太陽光耐光性屋外暴露實驗光合成 340~700 紫外線螢光燈、高壓水銀燈 化學物質之合成紫外線之光化學特性用途紫外線硬化塗料的特點優點,
1.低溶劑或無溶劑化的實現
2.無效塗裝料的儉省
3.生產效率的提昇
4.作業空間的縮小
5.各種性能需求的設計空間
6.省能源缺點,
1.稀釋性單體之人體刺激性
2.消光困難
3.成本高
4.厚塗硬化適性不佳
5.設備的效率性
6.耐候及密著性
UV 塗料應用 365及 305nm
中壓汞弧燈放射光譜紫外線硬化配方構成
1.主要成份,光硬化型寡聚物 (oligomer) 40~70%
光硬化型單體 (monomer) 30~50%
光起始劑 (initiator) 5%左右
2.添加劑,增感助劑 depends
重合禁止劑非反應型高分子平坦劑消泡劑密著助劑其他
3.顏料 /染料 /充填料 ~ 主成分 30%
4.溶劑 depends
Hardcoating紫外線塗料參考配比實例紫外線硬化樹脂 30 ~ 50 part
(multifunctional oligomer)
多官能基單體 10 ~ 30 part
單官能基單體 10 ~ 40 part
添加劑 (滑劑或耐磨耗助劑 ) 1 ~ 20 part
光起始劑 0.5 ~ 5 part
分類 寡聚物 稀釋劑 光起始劑 優點 缺點自由基重合型
Urethane-
Acrylate
Acryl單體、
溶劑
Benzoin-ether
Benzophenone
Acetophenone
Thioxanethone
可撓性、
硬度高價
Polyester-
Acrylate
安價 硬脆
Epoxy-Acrylate 附著性、
硬度耐候性
Alkyd-Acrylate 顏料分散性 耐熱性
Silicone-Acrylate 耐熱性、
密著性耐鹼性
(PEs/PU)-
Acrylate
可撓性、
耐候性密著性不飽和 Polyester Styrene Benzoin-ether 安價、厚膜 硬化速度硬脆自由基附加型
Polyene/Polythio
系溶劑 Benzophenone
等耐候性、
O2障害小惡臭高價陽離子重合型
Epoxy樹脂 Epoxy稀釋劑、
溶劑
Onium salt 附著性、
O2障害無作業性硬脆酸硬化型 Alkyd樹脂 /尿素 溶劑 Benzoyl-
benzylchloride
安價 耐候性紫外線硬化塗料之分類紫外線硬化用 Oligomer
優缺點樹脂類別優 點 缺 點
URETHANE-
ACRYLATE(PUA)
1.設計空間大
2.硬度 /強度 /耐藥品性
3.素材密著性價格
EPOXY-
ACRYLATE(EPA)
1.光硬化性
2.耐藥品性
3.耐熱性耐候性 / 高黏度
ACRYL-ACRYLATE 1.硬度
2.密著性
3.耐候性高粘度
POLYESTER-
ACRYLATE(PEA)
*或 POLYETHER-AC
1.相容性 4.低價
2.顏料分散性
3.作業性耐蝕性 /硬度 /
耐藥品性稀釋性單體 (Monomer)的特點
與高粘度寡聚物適當摻合,可調配合於實際作業狀況之 實用黏度
與稀釋溶劑之不同點 → 非揮發性 且成為硬化塗膜之一部份
單獨使用單體所架構之配方硬化性不佳硬脆附著性差塗膜收縮大
寡聚物摻合必要性
單體應用之需求性能稀釋性 溶解性硬化性 低臭性低毒性 低刺激性用途對應之需求物性常用反應性單體之特性單體名稱 官能基數 特性
NVP 1 硬化性 /韌度
2-HEA 1 稀釋性 /密著性
THFA 1 速硬化 /刺激性
2-EHA 1 可撓性
PHENOXY-ETHYL
ACRYLATE
1 密著性 /濕潤性
1,4BGDA 2 低黏度 /稀釋性
DEGDA 2 可撓性
1,6HDDA 2 低黏度 /延展性
NPGDA 2 耐撕裂性 /耐磨擦性
TMPTA 3 架橋密度 /反應性
PE-3A 3 硬化速度
DPHA 6 架橋密度 /速硬化單體選別與塗膜特性塗膜需求性能 正向單體 負向單體耐候性、耐久性耐光性、保色性
Acrylate、
Methacrylate
Styrene,Vinyltoluene
耐鹽霧性 /
耐清潔劑
Styrene、
VinylToluene
Acrylate、
Methacrylate
柔韌性 Acrylates、
Higer Methacrylate
Methacrylate,Styrene
硬度 Styrene,MMA,MAA、
VinylToluene,AN
Acrylates、
Higer Methacrylate
耐磨耗性 AlkoxysilaneAcrylate、
AN
Higer Acrylates/
Methacrylate
耐酸 /耐鹼性 Styrene,VinylToluene、
AN
Vinylacetate、
Lower Acrylate
耐溶劑性 Acrylic/Methacrylic Acid、
GMA,Thermoset
Higer Acrylates/Methacrylate
Thermoplastic
均解型光起始劑紫外線硬化系統用光起始劑抓氫型光起始劑陽離子型光起始劑自由基起始型
Mechanism of Free-Radical Curing
1,I I* 起始自由基形成
2,I* + P IP* 反應起始
3,IP* + P IPP* 鏈延長及交聯
4,IPP* + IPP* IPPPPI 鏈終止
UV光光激發交聯反應示意圖 (PEs/ST)
單體Oligomer
性能特性 自由基起始 陽離子起始硬化速度 快 中到快起始反應 光 光及熱
O2敏感性 有 無收縮性 大 可忽略密著性 中到良 優經時硬化性 小 強耐化性 良 中到良濕氣敏感性 無 有酸 /鹼敏感性 無 有自由基與陽離子起始交聯比較顏料 光波長 (nm) / 1μm 顏料層 透過率 (%) 365nm光吸收顏料層厚度 (μm)435 405 365 334 313 305
鉛白 69 66 61 57.5 55 54 27
立德粉 56 52 43 32 15 5 10
鈦白粉 35 32 18 6 0.5 0 3
氧化鋅 44~4
6
38~4
0
0 0 0 0 1
硫化鋅 30 28 22 10.5 0 0 6
Silica 88 88 85 82 80 79 ―
碳黑 0 0 0 0 0 0 0.6
黑煙 1.5 1 0.7 1 1 1 1.5
鉻黃 13 12 10 10 10.5 11 2.2
鉛黃 2.5 3 4.5 4.5 4 4 1.5
鋅黃 35 33 32 32 32 31.5 3
群青 88 88 85 81 77 75 52
玫瑰紅 50 43 45 43 50 50 6
常用顏料紫外線透過率
PHOTOPOLYMER的實用特性用途分野 具體應用 功能需求
1.PLASTIC用塗料 有機玻璃 /汽車頭燈 /化妝品容器 …etc,
耐擦傷性 /耐磨耗性 /密著性
2.木工用塗料 木器製品 /雕像 /木製百葉窗 …etc.
硬化再現性 /平滑性 /無溶劑化
3.金屬用塗料 金屬防繡 /罐體塗裝 經時密著性
4.IT產業關聯 光纖保護 /光阻劑 /
OPD黏著劑透光度 /製程適性應用分野 用途 目的 /性能 備考
Film PVC桌墊、桌布 可塑劑移行防止、
耐擦傷性低熱能硬化工序生產性提升優良的物性建材 (PVC,PP) 裝飾性、材質損傷防止觸控膜 (Touch-Panel) 耐擦傷性、帶電防止顯示器 (PET,TAC) 耐擦傷性、帶電防止反射防止、防眩光有機玻璃 耐擦傷性、耐候性成型品 BMC汽車頭燈蒸著底塗 平滑性、耐熱性 輕量化設計面塑膠原料的替代選用燈具蒸著底塗 (ABS、PP) 平滑性
PC頭燈 耐擦傷性、耐候性化妝品及裝飾品之蒸著面底塗 (ABS,AS,PP)
平滑性、耐擦傷性 低熱能硬化工序生產性提升優良的物性電器電子機器 耐擦傷性、耐候性耐藥品性、耐衝擊性塑材用感光塗裝劑之各種用途及特徵問題 成因 對應策塗膜白化 / 密著不良 溶劑 trap於塗膜中 / 硬化阻滯 時間溫度適正塗膜回軟 / 耐膜性差 光照強度不足 燈具設備確認塗膜脆裂或虹彩 膜厚度不當 膜厚適正塑材軟化或變形 溫度過高 / 照距太近 冷卻裝置及設備確認硬化後黃化 過度硬化 (24hr後可恢復 ) 降低硬化條件霜狀塗膜 硬化不均勻 / 硬化前急烘烤 降低 preheating條件 /
設備適正塑材塗層問題對應策問題 成因 對應策密著不良 硬化不完全 / 交聯密度太高 Check配方及使用原料官能基流痕,油點 原料含雜質 / 真空泵浦油污染 原物料面再檢點鍍鋁膜變色 硬化 chamber含氧量過高 適正真空程度白化 溶劑揮發完前水分凝集造成 慢乾親水溶劑使用層間密著 底塗交聯不完全 確認硬化過程咬底 上塗溶劑或是樹脂咬蝕底層 Check底層 cure程度 /
溶劑適正五彩虹相 底塗相位移動 / process溫度過高 Check process
真空電鍍塗層問題對策應用分野 用途 目的 /性能 備考金屬 (UV) 鋼管暫時性防繡 防繡性、鹼脫膜性 高生產性、
作業環境
PE/PP披覆鋼管 防蝕性、接著性潤滑鋼板 耐壓延性、鹼脫膜性 高生產性
2P罐上光油 耐磨耗性、
耐高溫殺菌性環境對應
2P罐接縫膠 運送裝置污染減輕金屬 (EB) PCM 高加工性、硬度 生產性無機材 建材、瓷磚 耐磨耗性、耐候性 高性能、生產性金屬、無機材料用感光塗料應用分野 用途 目的 /性能 備考光纖
(optical-fiber)
Primary-Coat 低彈性係數、高反應性、
溫度安定性高生產性穩定的物性使用 LifeSecondary-
Coat
高彈性係數、高伸度、
高反應性、溫度安定性
Tape材光碟
(optical disk)
CD,CDRW 表面及反射膜保護塗層、
印刷適性低熱能硬化工序生產性提升優良的物性MD
MO
DVD 表面保護、貼合接著性光紀錄材料關聯應用分野 用途 目的 /功能 備考紙張 紙器品 高級感、印刷保護 低熱能硬化工序生產性提升優良的物性出版物 書頁保護、耐磨耗性建材 耐磨耗性、意匠性蒸著紙 高光澤、剝離性離型紙 離型層硬化印刷 合成紙 裏刷適性鋁箔紙塑膠膜紙張及印刷關聯未來之展望及方向
1.環保需求的性能融合
a.水性化 /無溶劑化之運用與開發
b.紫外線硬化粉體塗料
2.無機材料複合之開展奈米材料之特性併合運用
3.多重架橋硬化系統功能性之向上、性能平衡性
