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1、UV固化涂料的研究进展和前景张怀滨（070305班070305121号）摘要:概述了UV固化涂料的基本原理、基本本反应及组成,介绍了近年来紫外光固化体系中光敏预聚体的研究进展。认为开发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发展趋势。介绍了光固化涂料的应用情况及其前景展望。关词键:UV固化涂料;基质树脂;光固化粉末涂料;光固化水性涂料0.引言光固化是一种快速发展起来的绿色新技术。从20世纪70年代至今,辐射固化技术在发达国家的应用越来越普及,已广泛用于各种涂料、油墨及胶黏剂等领域。其中,UV固化技术的发展更加迅速。与热固化相比,UV固化具有无挥发
2、性物质释放、节省能源、生产效率高等优点。UV固化涂料是20世纪60年代末由德国开发的一类环保型涂料。该涂料经紫外光照射后发生光化学反应,使涂层快速聚合和交联,达到固化成膜的目的。目前关于提高固化速度、增强附着力和降低活性稀释剂毒性的新型预聚物、稀释剂和光敏剂的开发和应用研究已经取得了卓越的成就。1.UV涂料固化机理根据格若斯定律，光致化学反应的必要条件是物质对光的有效吸收。被物质吸收的光有可能引发光化学反应，但并非被物质吸收的光都能使物质发生光化学反应，只有具有足够高能量的光才能激发物质使光化学反应得以发生。显然，物质对光的吸收、吸收光的能量和物质自身的化学结构之间
3、的关系是决定光化学反应能否发生的关键因素。光化当量定律表明：在初级反应中，被活化的分子数（或原子数）等于吸收的光量子数。光量子是光的最基本能量单位，其能量：δ=hy=hc/λ式中：h=6.62*J.s;c=3*m/s活化1摩尔的分子需要吸收6.02*个光子。把1摩尔物质所吸收的光子能量称为1个爱因斯坦，即：=йhc/若以纳米作为波长单位，则=1.196×/λ(kJ/mol).紫外光的波长范围在200~400nm，根据光化当量定律可以确定紫外光的爱因斯坦量子值为598~299kJ/mol。这一范围的光子能量几乎高于绝大多数有机化合物的化学键能，从化学热力学的观点来讲，
4、紫外光几乎可以促使绝大多数的有机物发生光化学反应。但进一步研究表明，当射线光波与物质激发能级相适应时，才能使光化学反应有效地发生，通常把能够有效吸收紫外光并易激发为活性原子或活性原子团的物质称为光敏剂。化学动力学研究表明，紫外光促使UV涂料固化的机理属于自由基连锁聚合。首先是光引发阶段；其次是链增长反应阶段，这一阶段随着链增长的进行，体系会出现交联，固化成膜；最后链自由基会通过偶合或歧化而完成链终止。在UV固化的3个连续阶段中，光引发的速度最慢，是整个光固化反应速度的控制阶段，因此，光敏剂的光引发活性直接影响着UV固化涂料的干燥速度。综上分析，UV固化涂料的性能与U
5、V强度以及波长有关，同时与UV涂料的结构组成即预聚物、活性稀释剂及颜填料等因素有关。2UV涂料的固化反应配制一种UV固化徐料以最简单的道理讲只需一种辐射激化原料即可,但实际上一种辐射固化涂料含有多种组份。透明涂料配方中基本成分是一种基材树脂、一软化剂、一活性稀释剂和一光引发剂,通常还加有表面活性剂或流动改性剂、匀涂剂、非活性有机及无机填料、消光剂、消泡剂、粘结力促进剂等。UV固化涂料由基质树脂、稀释剂、光引发剂和助剂4部分组成。质量配比一般为:基质树脂30%~60%,活性稀释剂40%~60%,光引发剂1%~5%,其他助剂0.2%~1%。其中,基质树脂对涂膜性能起关键
6、作用。当紫外光照射UV固化涂料时,激发分解涂料中的光引发剂生成游离基,如自由基或阳离子,活性游离基撞击涂料中的双键并反应形成增长链,它们可引发相应的齐聚物和单体进行自由基或阳离子聚合反应,这一反应继续延伸,使活性稀释剂和齐聚物中的双键断开,交联而成膜。3UV固化涂料的组成3.1基质树脂基质树脂是光敏涂料中最重要的成分之一。涂层最终的性能,如硬度、柔韧性、耐久性及黏附性等,在很大程度上与树脂有关。目前报道较多的基质树脂是含双键预聚物。紫外固化的环氧丙烯酸酯是附着力、耐化学性、强度均较优良且用量较大的光敏预聚物之一,适用于多种类型的光固化涂料。双酚A环氧丙烯酸酯基质树脂
7、价格低廉、光活性高,但成膜后脆性较大。光固化树脂应是带有可聚合基团的聚合物,该聚合物是制备光固化树脂基复合材料的基础。3.1.1不饱和聚酯树脂不饱和聚酯是由不饱和二元酸(或酸酐)与饱和二元酸(或酸酐)相混后与二元醇反应生成的线型聚酯。用活泼的乙烯基单体与线形树脂中的不饱和乙烯基单体共聚,可交联固化成体型结构。但该缩聚反应温度高、时间长,其应用受到一定的限制。3.1.2丙烯酸酯体系第二代光固化齐聚物是丙烯酸酯体系。这类聚合物在一些预聚物的末端通过丙烯酸酯化引入双键作为交联反应的官能团,反应活性高,品种多。常用的丙烯酸酯有聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚
