Cơ chế khô của Keo UV

Keo UV là một loại keo một thành phần phổ biến với khả năng làm khô cực kỳ nhanh cùng cơ chế làm khô bằng ánh sáng. Hiểu rõ cơ chế làm khô cụ thể của keo UV và những yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình làm khô của nó sẽ giúp bạn sử dụng keo này một cách hiệu quả nhất, mang lại chất lượng cao cho sản phẩm.  

1. Cơ chế khô của keo UV 

Keo UV được cấu tạo từ các monomer, oligomer và photoinitiator. Monomer và oligomer là những chuỗi phân tử sẽ tạo nên cấu trúc của keo sau khi khô, còn photoinitiator là chất kích hoạt phản ứng polime hóa.  

TÌM HIỂU THÊM về Keo UV và Những Đặc Tính của Keo UV 

Khi chiếu ánh sáng UV có bước sóng và cường độ phù hợp, các photo-initiator hấp thụ năng lượng từ ánh sáng UV, dẫn đến thay đổi trạng thái điện tử và bắt đầu phản ứng. Ánh sáng UV thường có bước sóng từ khoảng 365 nm đến 405 nm. Năng lượng chất quang hóa hấp thu được chuyển đổi năng lượng để thay đổi trạng thái điện tử của chúng, đưa phân tử từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích (đạt trạng thái năng lượng cao hơn). Khi ở trạng này, chúng có thể phát ra ánh sáng (gọi là huỳnh quang) hoặc tham gia vào các phản ứng hóa học khác.   

Một phản ứng phổ biến là sự phân cắt liên kết đồng phân, trong đó các chất xúc tác quang hóa có chứa carbonyl được sử dụng để tạo ra các gốc tự do. Các gốc tự do này có thể gây ra phản ứng trực tiếp hoặc thông qua việc tách nguyên tử hydrogen từ các hợp chất. 

Nhiều loại phân tử sau khi bị kích thích bởi ánh sáng sẽ trải qua các phản ứng tạo ra axit hoặc bazơ có khả năng khởi đầu phản ứng trùng hợp ion. Một số chất xúc tác quang hóa phổ biến bao gồm oxit phosphine, ketone, muối onium và các este benzoin, acetophenone, , oxime,… 

Ví dụ: 

Sự hấp thụ ánh sáng bắt đầu một chuỗi các biến đổi vật lý của chất xúc tác quang hóa, cuối cùng dẫn đến các phản ứng hóa học. Quá trình phản ứng diễn ra như sau: 

2. Những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng khô của keo UV 

Khả năng làm khô của keo UV có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố sau đây: 

• Cường độ ánh sáng UV: Là lượng năng lượng ánh sáng mà một nguồn sáng phát ra hoặc một bề mặt nhận được, trong một đơn vị thời gian cụ thể. Khi ánh sáng chiếu vào, mỗi tia sáng (gọi là photon) có thể tạo ra một hoặc nhiều hạt hóa học hoạt động. Mức độ hiệu quả của quá trình này, tức là bình quân mỗi photon tạo ra bao nhiêu hạt hoạt động, được gọi là “hiệu suất lượng tử”.  

Ba yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này bao gồm: (1) khả năng một chất hấp thụ ánh sáng (được gọi là hệ số hấp thụ), (2) lượng chất phản ứng có trong môi trường (nồng độ chất phản ứng), và (3) mức độ mạnh của ánh sáng chiếu vào (cường độ ánh sáng). Ánh sáng càng yếu khi đi sâu vào bên trong một mẫu vật, điều này làm giảm khả năng khơi mào phản ứng. Lượng ánh sáng mà mẫu vật hấp thụ không chỉ phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mà còn phụ thuộc vào thời gian chiếu ánh sáng. Tổng lượng ánh sáng hấp thụ được tính toán dưới dạng “liều lượng”, là kết quả của cường độ ánh sáng hấp thụ nhân với thời gian chiếu.  

Điều này nghĩa là cả hai yếu tố này – cường độ ánh sáng và thời gian chiếu sáng – đều quan trọng để xác định tốc độ và hiệu quả của phản ứng. Sức mạnh của nguồn ánh sáng UV rất quan trọng. Đèn chiếu điểm cung cấp một chùm tia UV cô đặc có thể làm khô keo rất nhanh, trong khi đèn lũ và đèn LED thì khác nhau về cường độ, và đèn huỳnh quang UV cung cấp một giải pháp tiết kiệm chi phí nhưng chậm hơn. 

• Khoảng cách giữa đèn và chất nền: Khoảng cách giữa nguồn sáng UV và chất nền có ảnh hưởng lớn đến thời gian khô cứng của keo UV. Điều này là do định luật bình phương nghịch đảo, nghĩa là cường độ ánh sáng giảm tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách từ nguồn sáng. Khi khoảng cách tăng gấp đôi, cường độ ánh sáng giảm xuống còn khoảng 25% so với ban đầu.  

Để giải thích rõ hơn về tác động của khoảng cách giữa đèn UV và chất nền đến thời gian khô cứng keo, chúng ta có thể xem xét định luật này mô tả mối quan hệ giữa cường độ ánh sáng và khoảng cách từ nguồn sáng. Cụ thể, cường độ ánh sáng giảm tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách từ nguồn sáng. Điều này có thể được biểu diễn bằng công thức sau: 

trong đó: 

( I ) là cường độ ánh sáng tại một điểm (W/m²), 

( P ) là tổng công suất phát sáng của nguồn sáng (W), 

( r ) là khoảng cách từ nguồn sáng đến điểm đó (m). 

Theo công thức này, nếu khoảng cách giữa đèn UV và chất nền tăng gấp đôi (r tăng 2 lần), cường độ ánh sáng (I ) sẽ giảm xuống còn ¼ so với ban đầu. 

• Độ dày của keo:  độ thẩm thấu của tia UV giảm khi đi qua các lớp vật liệu. Khi lớp keo càng dày, lượng tia UV đến được bề mặt dưới cùng của lớp keo sẽ càng ít, nó có thể chỉ khô cứng một phần trên bề mặt, ngăn cản ánh sáng UV tiếp cận lớp keo bên dưới, do đó cần thời gian chiếu xạ lâu hơn để đảm bảo rằng toàn bộ lớp keo được làm khô đều và hoàn toàn. Điều này giúp tránh tình trạng keo không được làm khô kỹ, dẫn đến độ bền kém hoặc không đạt yêu cầu kỹ thuật. Đây là một nguyên tắc quan trọng trong quá trình sử dụng keo UV.  

• Chất khơi mào – Photoinitiator: Để đạt được hiệu quả làm khô tối ưu, đầu ra quang phổ của đèn UV phải phù hợp với bước sóng mà photoinitiator hấp thụ tốt, thường là trong khoảng 365-405 nm. Nếu đầu ra quang phổ của đèn không phù hợp với photoinitiator, quá trình làm khô sẽ không hiệu quả, dẫn đến keo không khô cứng đúng cách hoặc mất nhiều thời gian hơn. Vì vậy, việc lựa chọn chất khơi mào phù hợp với đèn UV là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Thông thường các nhà cung cấp sẽ cung cấp thông tin về phạm vi bước sóng tối ưu cho việc làm khô keo UV trong TDS của sản phẩm. Điều này giúp người dùng có thể lựa chọn đèn UV phù hợp để đảm bảo quá trình làm khô diễn ra hiệu quả. Vì vậy, việc người sử dụng nên tuân theo các thông số kỹ thuật được nêu trong Techical Data Sheet (TDS) là rất quan trọng để đạt được kết quả làm khô mong muốn. 

• Các yếu tố khác: 

• • Nhiệt độ và độ ẩm: Những yếu tố môi trường này có thể ảnh hưởng đến quá trình photopolymerization và hiệu suất của keo dán kích hoạt bằng ánh sáng UV. 
  • Sự ức chế của oxy: Sự hiện diện của oxy có thể ức chế quá trình khô cứng, ảnh hưởng đến tính chất cuối cùng của keo. 
  • Loại chất nền: Khả năng phản xạ hoặc hấp thụ ánh sáng UV của chất nền có thể ảnh hưởng đến việc ánh sáng có đến được lớp keo một cách hiệu quả hay không. 

3. Kết luận

Tóm lại, quá trình khô của keo UV bằng ánh sáng mang lại nhiều lợi ích, như quá trình làm khô nhanh chóng, kiểm soát chính xác việc kết dính keo và ứng dụng không dung môi. Các yếu tố như cường độ ánh sáng UV, khoảng cách từ nguồn sáng, độ dày keo, lựa chọn chất khơi mào ánh sáng UV và điều kiện môi trường đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất làm cứng và độ mạnh cuối cùng của keo UV. 

Bằng cách nắm bắt quá trình làm khô của keo UV, các nhà sản xuất và kỹ sư có thể tối ưu hóa quy trình sản xuất, cải thiện chất lượng sản phẩm và đạt được hiệu suất cao hơn trong các ứng dụng kết dính. Việc tích hợp keo UV vào quy trình sản xuất mang lại một giải pháp bền vững, hiệu quả về chi phí và có tác động môi trường tối thiểu. 

PROSTECH tự hào là đối tác đáng tin cậy, cung cấp đa dạng các mẫu sản phẩm UV phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.