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UV固化涂料的研究進(jìn)展和前景

      摘要:概述了 UV固化涂料的基本原理、基本本反應(yīng)及組成，介紹了近年來紫外光固化體系中光敏預(yù)聚體的研究進(jìn)展。認(rèn)為開發(fā)水性紫外光固化涂料、紫外光固化粉末涂料是目前紫外光固化涂料的發(fā)展趨勢。介紹了光固化涂料的應(yīng)用情況及其前景展望。關(guān)詞鍵:UV 固化涂料;基質(zhì)樹脂;光固化粉末涂料;光固化水性涂料

0. 引言  

光固化是一種快速發(fā)展起來的綠色新技術(shù)。從20世紀(jì)70年代至今，輻射固化技術(shù)在發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用越來越普及，已廣泛用于各種涂料、油墨及膠黏劑等領(lǐng)域。其中，UV固化技術(shù)的發(fā)展更加迅速。與熱固化相比，UV固化具有無揮發(fā)性物質(zhì)釋放、節(jié)省能源、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。UV 固化涂料是 20 世紀(jì) 60年代末由德國開發(fā)的一類環(huán)保型涂料。該涂料經(jīng)紫外光照射后發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使涂層快速聚合和交聯(lián)，達(dá)到固化成膜的目的。目前關(guān)于提高固化速度、增強(qiáng)附著力和降低活性稀釋劑毒性的新型預(yù)聚物、稀釋劑和光敏劑的開發(fā)和應(yīng)用研究已經(jīng)取得了卓越的成就。

1.UV涂料固化機(jī)理

      根據(jù)格若斯定律，光致化學(xué)反應(yīng)的必要條件是物質(zhì)對光的有效吸收。被物質(zhì)吸收的光有可能引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，但并非被物質(zhì)吸收的光都能使物質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，只有具有足夠高能量的光才能激發(fā)物質(zhì)使光化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生。顯然，物質(zhì)對光的吸收、吸收光的能量和物質(zhì)自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系是決定光化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生的關(guān)鍵因素。

光化當(dāng)量定律表明:在初級(jí)反應(yīng)中，被活化的分子數(shù)(或原子數(shù))等于吸收的光量子數(shù)。光量子是光的最基本能量單位，其能量:δ=hy=hc/入式中:h=6.62*Js;c=3*m/s

活化1摩爾的分子需要吸收6.02*個(gè)光子。把1摩爾物質(zhì)所吸收的光子能量稱為1個(gè)愛因斯坦，

即:=Й hc/

若以納米作為波長單位，則=1.196x/(kJ/mol)紫外光的波長范圍在200~400 nm，根據(jù)光化當(dāng)量定律可以確定紫外光的愛因斯坦量子值為598~299kJ/mol。這一范圍的光子能量幾乎高于絕大多數(shù)有機(jī)化合物的化學(xué)鍵能，從化學(xué)熱力學(xué)的觀點(diǎn)來講，紫外光幾乎可以促使絕大多數(shù)的有機(jī)物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。但進(jìn)一步研究表明，當(dāng)射線光波與物質(zhì)激發(fā)能級(jí)相適應(yīng)時(shí)，才能使光化學(xué)反應(yīng)有效地發(fā)生，通常把能夠有效吸收紫外光并易激發(fā)為活性原子或活性原子團(tuán)的物質(zhì)稱為光敏劑。

化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究表明，紫外光促使UV涂料固化的機(jī)理屬于自由基連鎖聚合。首先是光引發(fā)階段:其次是鏈增長反應(yīng)階段，這一階段隨著鏈增長的進(jìn)行，體系會(huì)出現(xiàn)交聯(lián)，固化成膜:最后鏈自由基會(huì)通過偶合或歧化而完成鏈終止。在UV固化的3個(gè)連續(xù)階段中，光引發(fā)的速度最慢，是整個(gè)光固化反應(yīng)速度的控制階段，因此，光敏劑的光引發(fā)活性直接影響著 UV固化涂料的干燥速度。

綜上分析，UV固化涂料的性能與UV強(qiáng)度以及波長有關(guān)，同時(shí)與UV涂料的結(jié)構(gòu)組成即預(yù)聚物、活性稀釋劑及顏填料等因素有關(guān)。2 UV 涂料的固化反應(yīng)

配制一種UV固化徐料以最簡單的道理講只需一種輻射激化原料即可，但實(shí)際上一種輻射固化涂料含有多種組份。透明涂料配方中基本成分是一種基材樹脂、一軟化劑、一活性稀釋劑