uv固化涂料固化速度的影響因素

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1、UV固化涂料固化速度的影響因素????摘要:綜述了光引發(fā)劑、單體、預(yù)聚物、顏料等因素對(duì)紫外光固化涂料固化速度的影響,及其研究方向。????關(guān)鍵詞:UV固化;光引發(fā)劑;單體;預(yù)聚物;顏料????自德國(guó)20世紀(jì)60年代首次使用紫外光固化技術(shù)以來(lái),紫外光固化技術(shù)在諸多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用[1]。紫外光固化涂料在過(guò)去近半個(gè)世紀(jì)內(nèi)獲得了迅速的發(fā)展,在很多領(lǐng)域(如木材、金屬裝飾、印刷行業(yè)、光纖包覆、皮革曙光等)都獲得了廣泛的應(yīng)用[2-9]。與傳統(tǒng)涂料相比,紫外光固化涂料不含任何有機(jī)溶劑或惰性的稀釋劑,固化時(shí)不需要加熱,具有對(duì)環(huán)境污染小、能耗低、生產(chǎn)效率高、

2、收縮率小等特點(diǎn)[10-11],但是,除以上優(yōu)點(diǎn)外,紫外光固化涂料也存在一些不足之處,如在某些場(chǎng)合其固化速度一直達(dá)不到令人滿意的效果。因此,如何提高紫外光固化涂料的固化速度一直備受人們的關(guān)注。本文從光引發(fā)劑、單體、預(yù)聚物、顏料等方面逐一闡述它們對(duì)固化速度的影響,及其研究方向。????1光引發(fā)劑????1.1光引發(fā)劑的分類(lèi)????光引發(fā)劑一般可以分為以下兩類(lèi):自由基光引發(fā)劑和陽(yáng)離子光引發(fā)劑。????1.1.1自由基光引發(fā)劑????自由基光引發(fā)劑按其機(jī)理又可分為分裂型光引發(fā)劑和提氫型光引發(fā)劑。????所謂分裂型光引發(fā)劑就是在吸收UV后,分子中與羰基

3、相連的碳—碳σ鍵發(fā)生斷裂:????C6H5CO—CR3→C6H5CO·+·CR3????按化學(xué)組成不同,這類(lèi)引發(fā)劑多為苯偶姻及其衍生物,苯偶?？s酮、苯乙酮衍生物以及部分含羰光引發(fā)劑。這是一類(lèi)有效的光引發(fā)劑,尤其是安息香衍生物。就苯偶姻和苯偶姻醚而言,由于分子中苯甲基醚碳上的氫原子比較活潑,容易被奪取,裂解生成自由基,即使在外界沒(méi)有提供光能的情況下,也容易引發(fā)聚合反應(yīng),一旦受到紫外光的照射,則引發(fā)速度更快,因此能使UV固化涂料獲得較快的固化速度。????所謂提氫型光引發(fā)劑,是指其受到UV輻射后,處于激發(fā)態(tài),但并不進(jìn)行分裂反應(yīng),而是能從1個(gè)H供體

4、分子中提取1個(gè)H,產(chǎn)生1個(gè)羰基自由基和1個(gè)供體自由基:????C6H5COC6H5→[C6H5COC6H5]3[C6H5COC6H5]3+RH→(C6H5)2COH·+R·此類(lèi)引發(fā)劑一般為芳香酮類(lèi),如二苯甲酮及其衍????生物、硫雜酮等。但這類(lèi)引發(fā)劑引發(fā)速度較慢。就二苯甲酮而言,在它與叔胺配合使用的情況下[12],氫雖然可以和叔胺的配合物在光的作用下生成氨基烷氧自由基,可以和氧氣反應(yīng)生成過(guò)氧化物而奪取氫原子,從而消除氧的阻聚作用。但由于其三重態(tài)壽命長(zhǎng)[13],消除氧的阻聚作用需要時(shí)間,因而引發(fā)速度慢,涂膜固化時(shí)間長(zhǎng),導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。????1

5、.1.2陽(yáng)離子光引發(fā)劑????陽(yáng)離子光引發(fā)劑一般包括以下幾類(lèi):芳香重氮鹽、芳香硫钅翁鹽、芳香碘钅翁鹽、有機(jī)鋁絡(luò)合物/硅烷體系、二茂鐵鹽等。以芳香重氮鹽為例,雖然引發(fā)速度較快,但是由于其貯存穩(wěn)定性差,而且在光解時(shí)放出氮?dú)?在聚合物成膜過(guò)程中生成氣泡、針眼等,因而逐漸被淘汰;就芳香硫钅翁鹽和芳香碘钅翁鹽而言,它們穩(wěn)定性極好,但是它們最大吸收波長(zhǎng)在遠(yuǎn)紫外區(qū),在近紫外區(qū)無(wú)吸收,因此,它們的引發(fā)速度較慢,UV固化體系的固化速度也較慢。????1.2光引發(fā)劑對(duì)固化速度的影響????通過(guò)對(duì)上述兩類(lèi)光引發(fā)劑的討論可知,一般而言,自由基光引發(fā)體系的固化速度較快

6、,但由于固化后,涂膜收縮較大,所以附著力較差;相反,現(xiàn)在所用的大多數(shù)陽(yáng)離子光引發(fā)體系,其固化速度較慢,但由于涂膜的收縮小,甚至?xí)l(fā)生體積膨脹[14],因而附著力較好。????不同的光引發(fā)劑對(duì)同一波段紫外光的吸收率也不同,因而引發(fā)速度也不同。不同的光引發(fā)劑在紫外光區(qū)域內(nèi),都有一個(gè)最大吸收峰,在最大吸收峰處,引發(fā)劑的引發(fā)效率最高,從而固化體系的固化速度也就最快。因此,針對(duì)不同的光源,要選擇不同的光引發(fā)劑,如:若使用在300cm-1處具有最大發(fā)射功率的紫外燈,則體系中應(yīng)選用的光引發(fā)劑為907,若使用在320cm-1處具有最大發(fā)射功率的紫外燈,則體系

7、中應(yīng)選用的光引發(fā)劑為369,這樣可以使引發(fā)劑對(duì)紫外光的吸收率達(dá)最大,從而固化速度最快。????除此之外,引發(fā)劑的用量也會(huì)影響固化速度,引發(fā)劑的用量一般控制在3%左右,因?yàn)槿缫l(fā)劑過(guò)量,則本身也將吸收紫外光,從而使到達(dá)涂膜底層的紫外光輻射大大減少,導(dǎo)致固化速度降低。在有色體系中,在顏料對(duì)UV吸收較弱的波長(zhǎng)范圍內(nèi),應(yīng)盡可能是光引發(fā)劑的吸收峰,這樣也可以提高UV固化體系的固化速度。????1.3光引發(fā)劑的研究方向????結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn),可以將自由基與陽(yáng)離子光引發(fā)劑配合成混雜體系,這樣可以提高涂料的固化速度,如RajamaniNagavajan等人將

8、BBP和MI混合使用[15],實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)很多固化體系,如EXPOXY(環(huán)氧樹(shù)脂)等,都可以提高它們的固化速度。????另一種方法是采用自由基-自由基雙重固化體