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光固化配方产品如何满足食品包装的应用

返回列表 来源: 发布日期: 2019.07.01

    光固化配方产品是通过紫外光的照射,将原来是液态的产品通过化学反应转换固态,用于食品包装的光油和油墨也不例外。光固产品配方产品通常是由齐聚体(树脂)、活性单体、光引发剂、颜填料和助剂组成的,在这些组分中,任何不能被化学反应固化到后的高分子网络中的液体产品,都存在潜在的迁移可能性。

   光引发剂可以分为两种类型,一种是自身发生裂解直接产生自由基的I型光引发剂,另外一种是需要使用助引发剂或增效剂的II型光引发剂。

苯酮类衍生物,特别是α-羟基和α-氨基的苯酮,以及氧化酰基膦是常用的I型引发剂。当一个α-羟基苯酮分子被UV光照射时,其在羟基和脂肪α-碳之前的σ键发生断裂。比如常见的1173光引引发剂2-羟基-2-甲基苯丙酮,裂解之后就会产生一个苯甲酰基自由基和2-羟基-2-丙基自由基,如下图所示。这两种自由基都具有高的反应活性,可以引发聚合反应。因此,在理想的100%转换情况下,所以的光引发剂都可以被反应到高分子网络中。  

                               1556178915885793[1]

   II型的光引发剂的主要代表则是二苯甲酮,以及噻吨酮类衍生物。以二苯甲酮为例,在UV光照射情况下,分子被激活并保持在三线态。在助引发剂(比如胺)存在的情况下,电子从助引发剂转移到二苯甲酮,接下来酸性质子转移而形成氨基自由基和羟游基自由基。所产生的α-氨基烷基自由基的活性足以引发自由基聚合反应。而羟游基自由基则相对稳定,并不引发聚合,而更可能发生重组反应或者氢提取反应。

   即使发生完全转换,II型光引发剂仍然会留有可能发生迁移的相对来说分子量较小的分子。

   但在LED EV设备实际的UV固化反应要和理想状态差别还是很大,也就是说,其他的一些反应一定需要被考虑进去。换句话说,实际应用在,一定有部分未反应的光引发剂的残留物。在I型的光引发剂中,可能是因为直接的重组反应,或者II型光引发剂中的三线态物质的衰退而导致,对于I型光引发剂的另外一种可能是残留自由基的重组或氢提取反应。

   为了降低迁移,一定要将光引发剂固定下来。一种方法是增加光引发剂的分子量。已被证明当分子量小于300的时候,扩散系数会打打增加,而当分子量大于1000时,迁移将被认为是很小。因此根据欧洲食品安全局的相关规定,只有低分子量的唔知才有可能被视为有毒的。对于I型的光引发剂,l可以有多种齐聚体型的光引发剂,上面引入多于一个光敏的部分,从而大大增加其参与反应的可能性。不过齐聚体型的光引发剂的一个负面缺点是,其黏度会比较高从而导致终配方的黏度较高,结果是使得配方的调整窗口变窄。如果使用单体来降低黏度的话,又会因为所使用的低黏度单体的官能度较低而带来新的迁移因素。

  对于II型的光引发剂,一种减少对黏度的负面影响,而同时降低迁移可能性的方法是,降低分子量并将光引发剂直接引入到体系物质中。这可以通过如图6所示的,将丙烯酸酯官能团引入到光引发剂的分子结构中来达到,这里所使用例子是HBEOAc。

   凹印UV设备 场景建议:在助剂方面,如果助剂本身是非反应型的,那么都会存在迁移的风险。不过幸运的是,现在大多数助剂生产商都可以提供反应型的助剂,从而有效地避免助剂的迁移问题。

   除了配方产品本身以外,其他因素包括固化条件、产品的使用环境等,都可能会对食品安全造成问题。因此需要整个价值链中的每个环节都注重这个问题,才能有效地避免食品包装中物质迁移导致的食品安全问题。 

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