Введение к работе
Актуальность темы. Развитие технологии и техники печати УФ-отверждаемыми красками и лаками привело к многократному увеличению множества веществ — компонентов фотополимеризующихся композиций (ФПК): олигомеров, мономеров, инициаторов и синергистов, превращающихся в процессе радикальной фотополимеризации в секциях УФ-отверждения печатных машин. В ФПК для печатных красок и лаков в качестве мономеров и олигомеров преимущественно используются акри-латные соединения различных типов, в качестве инициаторов — фотоинициаторы 1-го (фрагментационные) и 2-го (Н-отрыва) типов, а в качестве синергистов — Н-доноры, такие как третичные амины. С развитием метода RTIR (real time infra-red spectroscopy) за последние 10-15 лет многократно возрос объём информации по кинетике радикальной полимеризации ФПК, которые можно использовать в красках и лаках для печати, о чём можно судить по многочисленным публикациям. Однако и в них кинетический анализ не проводился, за исключением единичных работ, в которых рассматривались некоторые специальные особенности частных механизмов; в большинстве этих работ различные ФПК сравнивались путём графического сопоставления опытных зависимостей степени превращения q от времени t или по величине dqldt, отвечающей точке перегиба на кривой q = f(t), которая трактуется как проявление
гель-эффекта. Отсутствие представлений о механизмах процессов радикальной полимеризации ФПК, выводимых из них кинетических уравнений и расчёта кинетических констант серьёзно тормозит дальнейший прогресс в создании новых УФ-отверждаемых красок и лаков для полиграфии и оптимизации работы секций УФ-отверждения печатных машин. Таким образом, кинетический анализ моделей процессов превращения фотополимеризующихся композиций в секциях УФ-отверждения печатных машин представляется актуальной и важной научной задачей, имеющей существенное значение для производства печатных средств информации.
Цель диссертационной работы. Целью настоящей работы являлось теоретическое обобщение экспериментальных данных по кинетике процессов УФ-отверждения ФПК, используемых или разрабатываемых для печатных лаков и красок. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
- на основании анализа опубликованных экспериментальных данных по зависимостям q = q(t) для различных ФПК разработать кинетические модели процессов превращения ФПК в секциях УФ-отверждения
печатных машин;
классифицировать типовые кинетические модели по механизмам процесса фотополимеризации;
выявить кинетически изоморфные механизмы процесса фотополимеризации (на примерах ФПК: МГФ-9 + инициатор);
определить возможности использования разработанных моделей для описания фотополимеризаций сложных композиций с двумя мономерами (олигомерами) или двумя инициаторами;
для большого числа ФПК рассчитать константы кинетических уравнений, выявить зависимости скорости полимеризации vp от состава
ФПК, удельной энергетической освещённости, квантового выхода, молярного коэффициента поглощения света инициатором;
- рассмотреть методические особенности сравнения реакционной
способности различных ФПК.
Научная новизна работы. Впервые проведена классификация кинетических уравнений, выведенных из различных механизмов процесса радикальной фотополимеризации; получены выражения феноменологических кинетических констант через константы скоростей элементарных стадий; для 33 ФПК найдены кинетические уравнения; показано, что наиболее универсальным является уравнение (В.1) (см. выводы).
Практическая ценность работы. Для всех изученных 33 ФПК рассчитаны константы кинетических уравнений, выявлены зависимости скорости полимеризации vp от состава ФПК ((RH)Q, I0, {R'H)0, растворённого кислорода), удельной энергетической освещённости, квантового выхода, молярного коэффициента поглощения света инициатором; тем самым положено начало созданию банка кинетических параметров ФПК для печатных лаков и красок. Проведён сравнительный анализ различных показателей реакционной способности ФПК, и показано, что ранжирование ФПК по реакционной способности лучше всего проводить путём сравнения величин qt (или t ), вычисленных по кинетическому уравнению.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных статей.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры химии МГУП; 6-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Друкарство молоде»,
Киев, 2006; научно-технических конференциях молодых учёных МГУП, Москва, 2008, 2009.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов и библиографического списка использованных источников. Общий объём работы 187 страниц, включая 60 рисунков и 52 таблицы.
