紫外光固化技術調(diào)研.doc

紫外光固化技術簡介紫外光固化技術（UV技術）是指在特殊配方的體系（稱為光固化體系）中加入光引發(fā)劑（或光敏劑），經(jīng)過吸收紫外線（UV）光固化設備中產(chǎn)生的高強度紫外光后，產(chǎn)生活性自由基或陽離子，從而引發(fā)聚合、交聯(lián)和接枝反應，使其在一定時間內(nèi)由液態(tài)轉化為固態(tài)的技術。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單化合物，最常用的是丙烯酸酯類化合物，主要起改善綜合性能、提高固化速度、增強流變性等作用）光活性低聚物、光引發(fā)劑三部分組成。當紫外光照射紫外光固化體系時，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形成增長鏈，這一反應繼續(xù)延伸使光活性單體和低聚物中的雙鍵打開，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離子體系，兩者固化機理有所不同。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)單體和預聚物聚合交聯(lián)；陽離子體系是由陽離子光引發(fā)劑受輻射產(chǎn)生強質(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)樹脂或單體分子的不飽和雙鍵產(chǎn)生新的自由基。（3）鏈增長：由樹脂和單體產(chǎn)生的自由基可以繼續(xù)引發(fā)樹脂和單體分子中的不飽和雙鍵產(chǎn)生自由基，進行自由基連鎖反應。（4）鏈終止：化學反應中，由于自由基含有未偶化電子，非?；顫?，極易傾向于基他自由基偶合或發(fā)生酸化作用，使鏈反應終止。通過上述反應，生成高分子化合物，使膠液轉變?yōu)楣腆w。引發(fā)劑按照反應機理的不同，可分為自由基聚合光引發(fā)劑和陽離子聚合光引發(fā)劑兩類。自由基聚合光引發(fā)劑研究的歷史較長，種類較多，主要是些含有生色團的化合物，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、芳香酮類、酰基膦氧化物等。（1）在安息香及其衍生物中，最受關注的是安息香醚類光引發(fā)劑，它是最早用于紫外光固化體系的光引發(fā)劑，目前被廣泛應用在烯類單體的光聚合中，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，但安息香醚的貯存穩(wěn)定性一般較差，對貯存條件要求較高，目前已基本不再使用。（2）苯乙酮類光引發(fā)劑的穩(wěn)定性明顯高于安息香醚類光引發(fā)劑，貯存壽命一般較長，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）芳香酮類的代表是硫雜蒽酮類化合物，它在近紫外區(qū)的吸收波長范圍廣，且吸收強、峰型寬、奪氫能力強，近年來國內(nèi)對其研究較多，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镱愂且环N新型的光引發(fā)劑，在紫外光區(qū)和可見光區(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、二茂鐵鹽類以及三芳基硫鹽等幾種，可用于環(huán)氧樹脂、乙烯基醚等低聚物和單體的聚合，不存在氧阻聚的問題且停止光照后仍能繼續(xù)聚合但是水、胺等堿性物質(zhì)的存在對其有阻聚作用，并且聚合后產(chǎn)生的強酸會引起管材的腐蝕。（1）芳香重氮鹽是應用比較早的一類陽離子光引發(fā)劑，大多用作引發(fā)環(huán)氧化合物的光聚合反應，它光解產(chǎn)生路易斯酸，路易斯酸與氫供體(水或醇)反應生成強的質(zhì)子酸，引發(fā)陽離子聚合。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)后會放出氮氣。（2）芳香硫鎓鹽和碘鎓鹽是使用最為廣泛的陽離子光引發(fā)劑之一，其引發(fā)速率一般較慢，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，在沒有光照的條件下，即使在高陽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在遠紫外區(qū)，在近紫外區(qū)沒有吸收，故還需要添加光增感劑或光敏染料進行增感。（3）芳茂鐵鹽類陽離子光引發(fā)劑在近紫外區(qū)有較強的吸收，并且其吸收波長可延長至可見光區(qū)。由于芳茂鐵鹽在常溫下引發(fā)陽離子聚合反應時，陽離子活性游離基的產(chǎn)生時間通常較長，光反應很難獲得較高的轉化率，故通常通過外界加熱的方式提高產(chǎn)生陽離子活性游離基的速度，使反應轉化率提高。UV固化裝置是能夠發(fā)出可利用的強紫外線的一種機械設備，其種類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)和箱體等幾個部分構成。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 目前市場上的UV燈分高壓汞燈和金屬鹵素燈兩種。國內(nèi)設備普遍采用高壓汞燈，進口設備有一部分采用金屬鹵素燈。UV燈功率的選擇至關重要。UV燈的功率即UV燈光的輻射能量，也稱穿透力。首先，它一定要滿足光引發(fā)劑最大吸收波長及功率密度的要求。若UV燈的功率不夠，即使光照時間再長，光引發(fā)劑不能完全產(chǎn)生活性自由基或陽離子，光固化體系也達不到完全固化。一般要滿足80120Wcm的要求，但功率越大熱量也會越大，因此要根據(jù)固化物和固化速度不同來選擇功率。另外，UV燈的最大壽命一般為800 1000小時，達到后即應更換，因為到此時段的UV燈所發(fā)射的紫外光線的強度變?nèi)酰瑫绊懝袒Ч?.反射罩 反射罩的類型有聚焦型、非聚焦型和多面反射型。一般采用的是聚焦型。這種反射罩的結構特點是反射的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。如果輸出電壓過高會使燈管燒毀；而輸出電壓過低，燈管又不能全功率工作，從而使紫外線輸出強度不足。4電容器 電容的選擇應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。如果選擇不當則會使電容擊穿，影響到UV固化裝置的正常工作。二、控制系統(tǒng)它是用來控制整個光固機工作的系統(tǒng)。三、箱體 箱體的大小是根據(jù)