Wysokowydajne dwuskładnikowe systemy fotoinicjujące

Istota wynalazku

Najnowocześniejsze obecnie technologie wytwarzania materiałów polimerowych opierają się na procesach inicjowanych fotochemicznie czyli przy wykorzystaniu światła. Synteza materiałów polimerowych realizowana na drodze fotopolimeryzacji - jako jedna z najbardziej wydajnych metod - jest aktualnie techniką bardzo rozpowszechnioną i prężnie rozwijającą się. Zwłaszcza że fotopolimeryzacja - ze względu na małe zużycie energii, brak użycia rozpuszczalników oraz szybkość zachodzenia procesu w temperaturze otoczenia – jest też proekologiczna. Wzrastające zainteresowanie procesami fotopolimeryzacji skłania więc do realizacji badań mających na celu zwiększenie wydajności procesów otrzymywania polimerów przy wykorzystaniu światła ultrafioletowego jak i światła widzialnego.

Aktualnie wykorzystywane w przemyśle komercyjne inicjatory (czyli związki odpowiedzialne za rozpoczynanie procesów fotopolimeryzacji) mają jednak poważne ograniczenia. W bardzo małym stopniu pochłaniają bowiem światło pochodzące z długofalowego ultrafioletu (takiego jaki jest wykorzystywany np. do opalania) oraz światło widzialne. Stosowane dotychczas fotoinicjatory mają źle dopasowane charakterystyki absorpcji do charakterystyki emisji przemysłowych źródeł światła UV. Stanowi to niezwykle istotny problem technologiczny przy ich masowych zastosowaniach, albowiem związki te w mało efektywny sposób pochłaniają promieniowanie emitowane przez źródła światła stosowane w przemyśle fotochemicznym. W związku z tymi niedogodnościami przy stosowaniu tradycyjnych inicjatorów zrodziła się potrzeba opracowania nowych uniwersalnych i efektywnych systemów fotoinicjujących, które będą wykazywały lepszą wrażliwość świetlną na stosowane w przemyśle źródła światła, w tym diody UV-LED, które aktualnie stają się proekologicznymi i alternatywnymi źródłami światła UV.

Na Politechnice Krakowskiej opracowano takie innowacyjne – uniwersalne i efektywne - systemy fotoinicjujące. Ich innowacyjność polega na zastosowaniu całkowicie nowych związków chemicznych do roli katalizatorów, czyli związków pełniących rolę przyspieszaczy procesów fotopolimeryzacji. Dodanie tych związków do tradycyjnie stosowanych w przemyśle, mało wydajnych inicjatorów, pozwala stworzyć nowy system fotoinicjujący, którego oba składniki wzajemnie wzmacniająco na siebie oddziaływują. Innymi słowy, nowe związki wspomagają działanie mało wydajnych dotąd w przemyśle molekuł, inicjujących procesy polimeryzacji. Opracowane związki katalizują (przyśpieszają) procesy fotopolimeryzacji, bo w sposób efektywny pochłaniają całe promieniowanie świetlne emitowane przez przemysłowe źródła światła, a następnie przekształcają pochłonięte promieniowanie w formy energii zdolne do zainicjowania procesu polimeryzacji. Zastosowanie tego ulepszonego dwuskładnikowego systemu fotoinicjującego skutkuje zwiększeniem efektywności przebiegu całego procesu fotopolimeryzacji - poprzez znaczne przyśpieszenie całego procesu, skrócenie czasu prowadzenia polimeryzacji, możliwość obniżenia stężenia stosowanego układu inicjującego, a tym samym większe oszczędności, wynikające z mniejszych nakładów finansowych zarówno na materiały (inicjatory), jak i na energię elektryczną. W praktyce oznacza to, że nowe dwuskładnikowe systemy inicjujące będą mogły być stosowane w znacznie mniejszym stężeniu bez spowolnienia szybkości produkcji powłok polimerowych lub umożliwią przyśpieszenie produkcji, jeśli zostaną zastosowane przy tym samym stężeniu co dotychczas stosowane, jednoskładnikowe tradycyjne fotoinicjatory.

Potencjał komercjalizacji

Atrakcyjność komercjalizacyjna wynalazku polega m.in. na możliwości wykorzystania innowacyjnych systemów inicjujących w wielu branżach przemysłu. Nowe związki można wykorzystać w szeroko pojętym przemyśle powłokotwórczym, głównie w przemyśle poligraficznym przy zadruku materiałów farbami UV, a także w przemyśle meblarskim oraz samochodowym przy procesach lakierowania lakierami UV płyt meblowych oraz elementów karoserii samochodowej i elementów deski rozdzielczej. Nowe układy inicjujące mogą być stosowane jako składnik klejów fotoutwardzalnych stosowanych w przemyśle poligraficznym, w elektronice do łączenia różnych elementów, a także przy produkcji materiałów adhezyjnych w postaci taśm samoprzylepnych. Innowacyjne układy inicjujące mogą mieć zastosowanie także w przemyśle stomatologicznym przy otrzymywaniu światłoutwardzalnych wypełnień dentystycznych, w medycynie do otrzymywania hydrożelowych materiałów polimerowych, a także w nowoczesnych technikach obrazowania przy zastosowaniu druku 3D.