紫外光固化技術(shù)調(diào)研.doc

紫外光固化技術(shù)簡(jiǎn)介紫外光固化技術(shù)（UV技術(shù)）是指在特殊配方的體系（稱(chēng)為光固化體系）中加入光引發(fā)劑（或光敏劑），經(jīng)過(guò)吸收紫外線（UV）光固化設(shè)備中產(chǎn)生的高強(qiáng)度紫外光后，產(chǎn)生活性自由基或陽(yáng)離子，從而引發(fā)聚合、交聯(lián)和接枝反應(yīng)，使其在一定時(shí)間內(nèi)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的技術(shù)。紫外光固化體系（UV體系）主要由光活性單體（又叫活性稀釋劑，即帶有不飽和雙鍵的簡(jiǎn)單化合物，最常用的是丙烯酸酯類(lèi)化合物，主要起改善綜合性能、提高固化速度、增強(qiáng)流變性等作用）光活性低聚物、光引發(fā)劑三部分組成。當(dāng)紫外光照射紫外光固化體系時(shí)，將激發(fā)分解體系中的光引發(fā)劑，生成活性游離基，撞擊體系中的雙鍵并反應(yīng)形成增長(zhǎng)鏈，這一反應(yīng)繼續(xù)延伸使光活性單體和低聚物中的雙鍵打開(kāi)，交聯(lián)形成紫外光固化聚合物。UV體系分為自由基體系和陽(yáng)離子體系，兩者固化機(jī)理有所不同。自由基體系是由光引發(fā)劑受UV照射激發(fā)產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體和預(yù)聚物聚合交聯(lián)；陽(yáng)離子體系是由陽(yáng)離子光引發(fā)劑受輻射產(chǎn)生強(qiáng)質(zhì)子酸，催化加成聚合，使體系固化，以自由基體系為例，UV自由基固化需經(jīng)過(guò)以下步驟：（1）自由基光引發(fā)劑受到UV照射后，激發(fā)分解產(chǎn)生活性自由基：（2）鏈引發(fā)：引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基引發(fā)樹(shù)脂或單體分子的不飽和雙鍵產(chǎn)生新的自由基。（3）鏈增長(zhǎng)：由樹(shù)脂和單體產(chǎn)生的自由基可以繼續(xù)引發(fā)樹(shù)脂和單體分子中的不飽和雙鍵產(chǎn)生自由基，進(jìn)行自由基連鎖反應(yīng)。（4）鏈終止：化學(xué)反應(yīng)中，由于自由基含有未偶化電子，非?；顫姡瑯O易傾向于基他自由基偶合或發(fā)生酸化作用，使鏈反應(yīng)終止。通過(guò)上述反應(yīng)，生成高分子化合物，使膠液轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。引發(fā)劑按照反應(yīng)機(jī)理的不同，可分為自由基聚合光引發(fā)劑和陽(yáng)離子聚合光引發(fā)劑兩類(lèi)。自由基聚合光引發(fā)劑研究的歷史較長(zhǎng)，種類(lèi)較多，主要是些含有生色團(tuán)的化合物，特別是含有與苯環(huán)相連的羰基的化合物，主要包括安息香及其衍生物、苯乙酮類(lèi)、芳香酮類(lèi)、?；⒀趸锏取＃?）在安息香及其衍生物中，最受關(guān)注的是安息香醚類(lèi)光引發(fā)劑，它是最早用于紫外光固化體系的光引發(fā)劑，目前被廣泛應(yīng)用在烯類(lèi)單體的光聚合中，具有近紫外吸收較高，激發(fā)態(tài)壽命短以及裂解產(chǎn)率高的特點(diǎn)，但安息香醚的貯存穩(wěn)定性一般較差，對(duì)貯存條件要求較高，目前已基本不再使用。（2）苯乙酮類(lèi)光引發(fā)劑的穩(wěn)定性明顯高于安息香醚類(lèi)光引發(fā)劑，貯存壽命一般較長(zhǎng)，且在紫外區(qū)較大范圍內(nèi)都有較好的吸收，聚合速度快。常用的苯乙酮類(lèi)光引發(fā)劑有二烷氧基苯乙酮和氯化苯乙酮衍生物等。（3）芳香酮類(lèi)的代表是硫雜蒽酮類(lèi)化合物，它在近紫外區(qū)的吸收波長(zhǎng)范圍廣，且吸收強(qiáng)、峰型寬、奪氫能力強(qiáng)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)其研究較多，先后合成了烷基、烷氧基、羧基、酯基、酰胺基等取代的硫雜蒽酮衍生物。（4）?；⒀趸镱?lèi)是一種新型的光引發(fā)劑，在紫外光區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)有更大的吸收，能比其他光引發(fā)劑更有效的引發(fā)固化。陽(yáng)離子聚合光引發(fā)劑通常有芳香重氮鹽、芳香硫鎓鹽和碘鎓鹽、二茂鐵鹽類(lèi)以及三芳基硫鹽等幾種，可用于環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基醚等低聚物和單體的聚合，不存在氧阻聚的問(wèn)題且停止光照后仍能繼續(xù)聚合但是水、胺等堿性物質(zhì)的存在對(duì)其有阻聚作用，并且聚合后產(chǎn)生的強(qiáng)酸會(huì)引起管材的腐蝕。（1）芳香重氮鹽是應(yīng)用比較早的一類(lèi)陽(yáng)離子光引發(fā)劑，大多用作引發(fā)環(huán)氧化合物的光聚合反應(yīng)，它光解產(chǎn)生路易斯酸，路易斯酸與氫供體(水或醇)反應(yīng)生成強(qiáng)的質(zhì)子酸，引發(fā)陽(yáng)離子聚合。但以芳香重氮鹽作為引發(fā)劑的光固化體系，貯存穩(wěn)定性一般較差，且光引發(fā)后會(huì)放出氮?dú)?。?）芳香硫鎓鹽和碘鎓鹽是使用最為廣泛的陽(yáng)離子光引發(fā)劑之一，其引發(fā)速率一般較慢，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，在沒(méi)有光照的條件下，即使在高陽(yáng)離子聚合活性的單體中也很穩(wěn)定，光引發(fā)性能也較好。但芳香硫鎓鹽和碘鎓鹽毒性較大。它們的最大吸收波長(zhǎng)在遠(yuǎn)紫外區(qū)，在近紫外區(qū)沒(méi)有吸收，故還需要添加光增感劑或光敏染料進(jìn)行增感。（3）芳茂鐵鹽類(lèi)陽(yáng)離子光引發(fā)劑在近紫外區(qū)有較強(qiáng)的吸收，并且其吸收波長(zhǎng)可延長(zhǎng)至可見(jiàn)光區(qū)。由于芳茂鐵鹽在常溫下引發(fā)陽(yáng)離子聚合反應(yīng)時(shí)，陽(yáng)離子活性游離基的產(chǎn)生時(shí)間通常較長(zhǎng)，光反應(yīng)很難獲得較高的轉(zhuǎn)化率，故通常通過(guò)外界加熱的方式提高產(chǎn)生陽(yáng)離子活性游離基的速度，使反應(yīng)轉(zhuǎn)化率提高。UV固化裝置是能夠發(fā)出可利用的強(qiáng)紫外線的一種機(jī)械設(shè)備，其種類(lèi)和樣式因其所光固的產(chǎn)品不同而有所不同，UV固化裝置由光源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和箱體等幾個(gè)部分構(gòu)成。一、光源系統(tǒng)它由UV燈管、燈罩、變壓器(鎮(zhèn)流器)、電容器(觸發(fā)器)組成。1UV燈管 目前市場(chǎng)上的UV燈分高壓汞燈和金屬鹵素?zé)魞煞N。國(guó)內(nèi)設(shè)備普遍采用高壓汞燈，進(jìn)口設(shè)備有一部分采用金屬鹵素?zé)?。UV燈功率的選擇至關(guān)重要。UV燈的功率即UV燈光的輻射能量，也稱(chēng)穿透力。首先，它一定要滿足光引發(fā)劑最大吸收波長(zhǎng)及功率密度的要求。若UV燈的功率不夠，即使光照時(shí)間再長(zhǎng)，光引發(fā)劑不能完全產(chǎn)生活性自由基或陽(yáng)離子，光固化體系也達(dá)不到完全固化。一般要滿足80120Wcm的要求，但功率越大熱量也會(huì)越大，因此要根據(jù)固化物和固化速度不同來(lái)選擇功率。另外，UV燈的最大壽命一般為800 1000小時(shí)，達(dá)到后即應(yīng)更換，因?yàn)榈酱藭r(shí)段的UV燈所發(fā)射的紫外光線的強(qiáng)度變?nèi)?，?huì)影響固化效果。2.反射罩 反射罩的類(lèi)型有聚焦型、非聚焦型和多面反射型。一般采用的是聚焦型。這種反射罩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是反射的UV光線能量集中，光固化的效率高，利于體系深層完全固化。3變壓器 變壓器的選擇必須與UV燈的功率相配，即變壓器必須有足夠的輸出電壓，以保證UV燈能全功率工作。如果輸出電壓過(guò)高會(huì)使燈管燒毀；而輸出電壓過(guò)低，燈管又不能全功率工作，從而使紫外線輸出強(qiáng)度不足。4電容器 電容的選擇應(yīng)與燈管和變壓器相配套，根據(jù)變壓器的輸出電壓選擇所用電容的耐壓程度。如果選擇不當(dāng)則會(huì)使電容擊穿，影響到UV固化裝置的正常工作。二、控制系統(tǒng)它是用來(lái)控制整個(gè)光固機(jī)工作的系統(tǒng)。三、箱體 箱體的大小是根據(jù)