Как УФ-чернила с низкой миграцией уменьшают количество остатков фотоинициатора

Ультрафиолетовые (УФ) чернила с низкой миграцией стали незаменимыми в таких чувствительных отраслях, как упаковка пищевых продуктов и маркировка фармацевтических препаратов, благодаря быстрому отверждению и низкому содержанию летучих органических соединений. Однако остаточные количества фотоинициаторов остаются серьёзной проблемой: непрореагировавшие инициаторы могут мигрировать в пищевые продукты, нарушая такие стандарты, как GB 4806.14-2023 и EU 10/2011.

Данные показывают, что обычные УФ-краски могут содержать остатки фотоинициатора до 0,5–1,2 мг/кг, что значительно превышает допустимый предел (≤0,05 мг/кг). Для решения этой проблемы основополагающим подходом является оптимизация рецептуры, которая фокусируется на выборе фотоинициатора, синергетическом эффекте, совместимости активных разбавителей и контроле добавок для минимизации остатков при сохранении эффективности отверждения и соблюдении требований.

1. Основной принцип: понимание источника остатков фотоинициатора

Остатки фотоинициатора образуются, когда инициаторы не полностью участвуют в сшивке. Это происходит главным образом по двум причинам: низкая фотореактивность или инкапсуляция инициаторов в полимерную сетку, а также избыточное добавление инициатора. Поэтому оптимизация рецептуры должна быть направлена на повышение реакционной способности, снижение дозировки и ускорение завершения отверждения с минимальным количеством остатков.

2. Шаг 1 оптимизации рецептуры – выбор сырья

Выбор правильного фотоинициатора — основа снижения количества остатков. Следует отдавать предпочтение инициаторам с высоким квантовым выходом, низкой летучестью и полимеризующимся, избегая при этом традиционных инициаторов с высоким количеством остатков.

2.1. Используйте реактивные фотоинициаторы

Традиционные инициаторы, такие как BP и ITX, представляют собой небольшие молекулы, которые легко мигрируют, если не прореагировали. Реактивные фотоинициаторы, такие как акрилат-модифицированный BP или малеимид-модифицированный ITX, содержат полимеризуемые двойные связи, которые участвуют в сшивании со смолой и активным разбавителем, образуя стабильные макромолекулярные сети. Например, акрилат-модифицированный BP обеспечивает на 30% более высокую реакционную способность и снижает количество остатков с 0,8 мг/кг до 0,03 мг/кг, одновременно увеличивая скорость отверждения на 20%, что идеально подходит для высокоскоростной печати на пищевой упаковке.

2.2. Избегайте высокомигрирующих или токсичных типов

Фотоинициаторы, ограниченные регламентом ЕС REACH (например, эфиры бензоина), должны быть строго запрещены. Бензофенон (БФ) следует использовать только в минимальных количествах (≤1%) при необходимости. Рекомендуются малотоксичные и слабопахнущие типы, такие как 1173 (2-гидрокси-2-метил-1-фенил-1-пропанон) и ТПО (2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксид), с поддержанием остаточного уровня ниже 0,05 мг/кг.

2.3. Оптимизируйте дозировку, чтобы избежать передозировки

Добавление большего количества инициатора не гарантирует лучшего отверждения — избыток может привести к пожелтению, хрупкости и образованию большего количества остатков. Идеальная дозировка зависит от типа смолы и содержания активного разбавителя. Стандартные УФ-краски должны содержать 1,0–2,0% инициатора или 0,8–1,5% при использовании высокоактивных смол.

3. Шаг 2 оптимизации рецептуры – создание синергетической системы

Эффективность инициатора также зависит от совместимости со смолами и разбавителями. Синергетическая формула может ускорить полное отверждение и уменьшить количество остатков.

3.1. Подберите полярность смолы и инициатора

Соответствие полярности обеспечивает равномерное распределение и снижает локальную концентрацию, что предотвращает образование остатков:

• Неполярные смолы с неполярными инициаторами обеспечивают лучшую дисперсию и на 25% меньше остатка.
• Полярные смолы с полярными инициаторами выигрывают от образования водородных связей, улучшая совместимость и снижая остаток ниже 0,03 мг/кг.

3.2. Активные разбавители способствуют сшиванию

Активные разбавители регулируют вязкость и участвуют в сшивке, инкапсулируя непрореагировавшие инициаторы и предотвращая их миграцию. Многофункциональные разбавители предпочтительны, поскольку они обеспечивают плотную сетчатую структуру, ограничивающую движение малых молекул.

4. Шаг 3 оптимизации рецептуры – присадки и модификаторы производительности

Специальные добавки могут дополнительно повысить эффективность фотоинициатора и эксплуатационные характеристики чернил, одновременно уменьшая количество остатков.

4.1. Фотосенсибилизаторы для улучшения реактивности

Добавление 0,5–1,0% фотосенсибилизатора может усилить действие инициаторов, ускоряя процесс отверждения и позволяя снизить дозировку инициатора.

4.2. Антиоксиданты, предотвращающие разложение

Фотоинициаторы могут термически разлагаться при хранении или отверждении, образуя небольшие молекулы, которые увеличивают риск образования остатков. Добавление 0,1–0,3% антиоксиданта замедляет это разложение и предотвращает пожелтение после отверждения.

4.3. Выравнивающие агенты для равномерного отверждения

Выравнивающие агенты улучшают однородность поверхности, обеспечивая равномерное распределение инициатора и полное отверждение. Выравнивающие агенты на основе акрилатов сами участвуют в сшивке, что дополнительно снижает миграцию инициатора.

Заключение

Сокращение количества остатков фотоинициатора в УФ-красках с низкой миграцией требует системного подхода, включающего выбор инициатора, совместимость со смолами и контроль добавок. Используя высокореакционноспособные инициаторы, синергетические формулы и целевые добавки, производители могут добиться эффективного отверждения с уровнем остатков ниже допустимых норм, что соответствует строгим требованиям к упаковке пищевых продуктов и фармацевтических препаратов.

Только контролируя разработку рецептуры с самого начала, производители могут производить УФ-чернила, которые действительно высокоэффективны, обладают низкой миграцией и безопасны, обеспечивая соответствие требованиям и защищая здоровье конечного пользователя.