UV-kovettuvien geelilakkojen fotopolymerisaatio ja TPO-fotoinitiaattorin korvaaminen vaihtoehtoisilla fotoinitiaattoreilla

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan akrylaattipohjaisten UV-kovettuvien geelilakkojen fotopolymerisaatiota sekä difenyyli(2,4,6-trimetyylibentsoyyli)fosfiinioksidin (TPO) korvaamista vaihtoehtoisilla fotoinitiaattoreilla. UV-kovettuvien geelilakkojen kovettuminen perustuu valon käynnistämään vapaaseen radikaalipolymerisaatioon, jossa fotoinitiaattorilla on keskeinen rooli reaktion käynnistymisessä ja etenemisessä.

Työn kirjallisuusosassa käsitellään fotopolymerisaation mekanismeja sekä fotoinitiaattoreiden toimintaa ja ominaisuuksia. Lisäksi tarkastellaan geelilakkojen kemiallista koostumusta ja eri komponenttien tehtäviä. Painopiste keskittyy kuitenkin TPO-fotoinitiaattoriin, jota on käytetty laajasti sen tehokkuuden vuoksi. Kyseisen fotoinitiaattorin käyttö kuitenkin kiellettiin syyskuussa 2025 Euroopan unionissa sen terveydelle haitallisten ominaisuuksien vuoksi. Tämän seurauksena vaihtoehtoisten fotoinitiaattoreiden kehittäminen on noussut tärkeäksi tutkimuskohteeksi. Tällä hetkellä markkinoilla on monta mahdollista korvaajaa TPO fotoinitiaattorille ja uusia vaihtoehtoja tutkitaan edelleen.

Työn kokeellisessa osassa tutkittiin fotopolymerisaation etenemistä Raman-spektroskopian avulla eri geelilakoilla ja fotoinitiaattoreilla. Polymerisaation etenemistä seurattiin akrylaattien C=C-sidosten vähenemisen perusteella. Tulokset osoittivat, että fotopolymerisaation etenemistä voidaan arvioida Raman-spektroskopian avulla. Menetelmän tarkkuus on kuitenkin rajallinen, koska osassa näytteistä voimakas taustafluoresenssi ja pigmenttien voimakkaat Raman-signaalit peittivät akrylaattien Raman-piikit osittain alleen. Lisäksi huomattiin, että fotoinitiaattorin tyyppi ja pigmenttien läsnäolo vaikuttavat merkittävästi polymerisaation nopeuteen ja tehokkuuteen.

This bachelor’s thesis examines the photopolymerization of acrylate-based UV-curable gel polishes and the replacement of diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide (TPO) with alternative photoinitiators. The curing of UV-curable gel polishes is based on light-initiated free radical polymerization, in which photoinitiator plays a key role in the reaction.

The literature review discusses mechanisms of photopolymerization and the function and properties of photoinitiators. In addition, the chemical composition of the gel polishes and the function of different components are examined. However, the focus is on the TPO photoinitiator, which has been widely used due to its effectiveness. However, the use of TPO photoinitiator was banned in the European Union in September 2025 due to its health hazards. After this the development of alternative photoinitiators has become an important subject. Currently, there are many potential replacements for TPO photoinitiator on the market and new alternatives are still being studied.

In the experimental section, the progress of photopolymerization was studied using Raman spectroscopy with different gel polishes and photoinitiators. The progress of polymerization was monitored based on the reduction of C=C bonds in acrylates. The result showed that the progress of photopolymerization can be estimated with Raman spectroscopy. However, the accuracy of the method is limited, because in some samples, strong background fluorescence and strong Raman signals of pigments partially covered the Raman peaks of acrylates. Also, the type of photoinitiator and the presence of pigments affect the speed and efficiency of polymerization.