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探究光引發劑聚合效率:關鍵影響因素及作用機制

發布時間:2020-07-21

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近年來,光引發聚合在光固化膠粘劑、光固化油墨、光固化涂料、3D打印等領域得到了廣泛應用。光聚合過程通常被認為是一種“綠色化學”,利用光作為驅動力,通過吸收光子能量并發生伴隨的光化學反應,形成合適的引發活性種,例如自由基、陽離子等,從而誘導聚合反應的進行。

  首先光引發劑分子多為偶極分子,分子兩端帶有不同的電荷,與體系發生偶極等相互作用從而在某些區域聚集,所以單體形成的溶劑籠效應也會影響光引發劑的分布。例如混合的光引發體系在實踐過程中,混料過程中加入順序的不同會影響聚合的效果,其根本原因是不同順序加入的光引發劑偶極相互作用以及溶劑籠效應下在體系中存在的狀態是不一樣的;其次相容性的不同也會導致引發效率的變化,比如含有氟碳鏈或者硅氧鏈的引發劑分子會上浮等;并且光引發劑等的不均勻性在光解過程中也會影響分子的光化學過程,例如極性微環境下分子的吸收光譜發生紅移,分解的量子產率也會受到影響。

  光引發的聚合過程是在接受光照的瞬間發生的,所以聚合體系因為引發劑吸光能力的不同,可能發生表層先固化從而產生表面形貌,上下層不能同時固化產生的內應力導致涂層剝落,或者深層固化不完全導致附著力下降;加入的各種助劑或者填料,還有固化時氧氣的存在也會影響最后的聚合效果等。

  因此在固化的配方中,選擇合適的光引發劑就至關重要。內因在于光引發劑的吸光性質(主要是波長和摩爾消光系數)和反應活性直接決定了其引發性能,外因在于光引發劑的吸收光譜與光源的發射光譜匹配度、體系的均勻性、相容性等也直接影響聚合的效率。

  所以在實際的應用中,要根據需求來調整配方:

  選擇與光源有更好的重疊的光引發劑體系,厚膜用摩爾消光系數低的光引發劑,薄膜選擇摩爾消光系數高的光引發劑;

  調整合適的光引發劑濃度,可在計算的理論用量基礎上增減,包括薄膜厚度,光源光強,傳送帶速度等;

  增加體系的均勻性有利于聚合,但是某些領域應用需要追求不均勻性,例如增加粗糙度、光學效果、水接觸角等。


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