UV固化涂料的研究進展和前景
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)聚體的研究進展。認為開發(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70年代至今,輻射固化技術(shù)在發(fā)達國家的應(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。UV 固化涂料是 20 世紀 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),達到固化成膜的目的。目前關(guān)于提高固化速度、增強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。
光化當量定律表明:在初級反應(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*個光子。把1摩爾物質(zhì)所吸收的光子能量稱為1個愛因斯坦,
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)有機化合物的化學(xué)鍵能,從化學(xué)熱力學(xué)的觀點來講,紫外光幾乎可以促使絕大多數(shù)的有機物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。但進一步研究表明,當射線光波與物質(zhì)激發(fā)能級相適應(yīng)時,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的物質(zhì)稱為光敏劑。
化學(xué)動力學(xué)研究表明,紫外光促使UV涂料固化的機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行,體系會出現(xiàn)交聯(lián),固化成膜:最后鏈自由基會通過偶合或歧化而完成鏈終止。在UV固化的3個連續(xù)階段中,光引發(fā)的速度最慢,是整個光固化反應(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強度以及波長有關(guān),同時與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