Kompozycja fotoinicjująca polimeryzację wielofunkcyjnych akrylanów

ZESPÓŁ AUTORSKI:

Politechnika Bydgoska im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich

• Agnieszka Skotnicka
• Janina Kabatc-Borcz

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Dzięki zastosowaniu specjalistycznych barwników (difluoroboranów podstawionych 2-fenacylobenzoksazoli) umieszczonych na polimerowym nośniku, a także specjalnych dodatków widzialność fluorescencyjnych powłok polimerowych jest większa niż powłok konwencjonalnych. Dzięki temu powstaje wrażenie „świecenia” przedmiotów pokrytych fluorescencyjną polimerową powłoką ochronną. Przedmioty pokryte innowacyjnymi fluorescencyjnymi powłokami transparentne w dziennym świetle, natomiast w świetle ultrafioletowym UV „świecą” barwą zieloną lub pomarańczową.
Zaletami opracowanej kompozycji fotoinicjującej są możliwość otrzymania fluorescencyjnych powłok polimerowych w bardzo krótkim czasie. Nowa kompozycja fotoinicjująca charakteryzuje się efektywnością porównywalną z efektywnością kompozycji zawierającej powszechnie stosowany kamforochinon, trwałością w trakcie przechowywania i zawiera około 200 razy mniej barwnika, tzw. „pochłaniacza energii” niż w kompozycjach komercyjnie stosowanych. Fotoutwardzanie następuje pod wpływem bezpiecznych dla środowiska lamp LED o niskiej mocy. Kompozycja opracowana przez nasz zespół pozwala na otrzymanie uniwersalnych powłok polimerowych. Uniwersalność polega na zmianie właściwości fluorescencyjnych otrzymanej powłoki. W świetle widzialnym polimerowe powłoki są transparentne, natomiast oświetlone lampą, np. do utwardzania lakierów hybrydowych ”świecą”.
Niewidoczne fluorescencyjne polimerowe powłoki wydają się przezroczyste lub blade w świetle dziennym, ale będą świecić w świetle UV w ograniczonym zakresie kolorów. Ponieważ mogą się wydawać, że „znikają”, można je wykorzystać do stworzenia różnorodnych sprytnych efektów, do otrzymywania powłok ochronnych i dekoracyjnych.

ISTOTA WYNALAZKU

Opracowaliśmy fotoutwardzalne kompozycje, które w wyniku działania światła widzialnego tworzą „świecące” powłoki polimerowe. Efekt „świecenia” obserwujemy po oświetleniu polimerowej powłoki światłem emitującym promieniowanie UV o niewielkiej mocy (latarka LED, lampy kosmetyczne).
Promieniowanie UV znajduje się w świetle słonecznym i jest emitowane przez sztuczne źródła, na przykład powszechnie stosowane w salonach kosmetycznych lampy do utwardzania lakierów hybrydowych.
„Świecenie” inaczej fluorescencja to zjawisko, z którym każdy z nas spotyka się na co dzień. Niektóre związki chemiczne pod wpływem, np. światła, wysokiej temperatury ulegają tzw. wzbudzeniu. Jednak w stanie wzbudzonym przebywają one niechętnie i dążą, aby powrócić do stanu podstawowego. Takiemu zjawisku towarzyszy wydzielanie energii. Jeżeli ta energia jest emitowana w postaci światła, wówczas mamy do czynienia właśnie z fluorescencją. Dzięki zastosowaniu innowacyjnej fotoutwardzalnej kompozycji można uzyskać wrażenie „świecenia” przedmiotów pokrytych polimerową powłoką ochronną, która jest transparentna w świetle dziennym, natomiast „świeci” barwą zieloną lub pomarańczową pod wpływem światła ultrafioletowego (UV).

Jak otrzymać „świecącą” powłokę ochronną? Od monomeru do polimeru ……….

Nowa klasa fotoinicjatorów, pochodnych 2-fenacylobenzoksazoli o wdzięcznej nazwie BODIPY stanowi istotny składnik fotoutwardzalnej kompozycji, tak zwany „pochłaniacz energii świetlnej”. To dzięki jego właściwościom możemy zastosować go do otrzymywania fotoutwardzalnych powłok polimerowych, w sposób bezpieczny dla środowiska, tani poprzez zastosowanie lamp LED o małej mocy. Co istotne polimerowe powłoki możemy otrzymać używając światła widzialnego zamiast szkodliwego dla zdrowia i środowiska naturalnego promieniowania ultrafioletowego. Jednak, aby otrzymać utwardzoną powłokę, obok „pochłaniacza światła” potrzebujemy jeszcze innych składników kompozycji. Jednym z nich jest składnik, który na tyle polubi nasz „pochłaniacz światła”, że postanowi odebrać od niego pochłoniętą energię. Jest to „koinicjator”. Wzajemna współpraca „pochłaniacza” i koinicjatora doprowadzi do utworzenia reaktywnych cząstek, tzw. rodników.
Teraz kolej na trzeci składnik, jest nim monomer, czyli ciekła substancja, którą chcemy przekształcić w twardy usieciowany polimer. Obecne w kompozycji rodniki, z uwagi na swoją dużą reaktywność, chętnie przyłączają się do monomeru, tworząc tzw. makrorodniki. Rozpoczyna się trwający kilka sekund proces fotoutwardzania, czyli polimeryzacji i sieciowania. Technologia ta jest podobna do wykorzystywanej przy wypełnianiu ubytków w zębach za pomocą utwardzanych światłem plomb stomatologicznych.
Aby kompozycja fotoinicjująca polimeryzację zaczęła sieciować i polimeryzować, należy dodać do niej związek chemiczny, który jest aktywowany pod wpływem światła – to fotoinicjator. Nasz zespół opracował nowe związki należące do tej właśnie klasy.
Innowacja kryje się w tym, że inicjatory zaczynają aktywność pod wpływem światła widzialnego. Obecnie w technologiach otrzymywania powłok polimerowych często stosowane jest promieniowanie ultrafioletowe, co przekłada nie na aspekty związane z ochroną środowiska i kosztochłonnością.
Kompozycje polimerowe mogą znaleźć zastosowanie w produkcji powłok ochronnych i dekoracyjnych emitujących światło zielone lub pomarańczowe w zależności od zastosowanego "pochłaniacza światła". Ponadto, mogą znaleźć zastosowanie do znakowania powłok polimerowych, które w świetle widzialnym pozostają bezbarwne natomiast oświetlone światłem ultrafioletowym (lampa LED) emitują barwę.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Przedmiot wynalazku, to kompozycja fotoinicjujących polimeryzację akrylanów, mająca zastosowanie w nowoczesnych wypełnieniach dentystycznych, stereolitografii, druku 3D, poligrafii, optoelektronice oraz w produkcji fluorescencyjnych powłok lakierniczych i klejów fotoutwardzalnych. Kompozycja polimerowa może być zastosowana do produkcji powłok ochronnych i dekoracyjnych emitujących („świecących”) światło barwy zielonej lub pomarańczowej w zależności od zastosowanego sensybilizatora (barwnika). Ponadto może być stosowana do znakowania powłok polimerowych, które w świetle widzialnym są bezbarwne natomiast oświetlone światłem ultrafioletowym (lampa UV-LED) emitują barwę, a także do znakowania przedmiotów, na przykład elementów karoserii samochodowych, szyb, opakowań żywności. Pozwala na tworzenie ozdobnych napisów, mikroelementów otrzymywanych metodą druku 3D lub stereolitografii. Chemiczna modyfikacja struktury barwnika "pochłaniacza energii" pozwoli na zmianę barwy emitowanego światła.