我们来深入探讨UV光固机如何实现“光到即干”以及背后的光引发剂反应原理。
原理:光引发剂驱动的瞬间聚合
UV光固机并非传统意义上的“干燥”(蒸发溶剂),而是通过紫外线(UV)能量触发液态树脂(含光引发剂)发生快速的自由基聚合或阳离子聚合化学反应,瞬间将其转化为固态交联网络。这个过程的关键在于光引发剂(Photoinitiator,PI)。
光引发剂的反应原理:
1.吸收光子:当UV光源(特定波长,如254nm,365nm,395nm,405nm等)照射到含有光引发剂的液态树脂时,光引发剂分子吸收匹配其吸收光谱的UV光子能量。
2.电子跃迁与激发:吸收光子导致光引发剂分子的电子从基态跃迁到不稳定的单线态激发态。
3.产生活性种:
*自由基型光引发剂:常见。激发态分子可能经历系间窜跃到达寿命更长的三线态激发态,随后通过光解断裂(HomolyticCleavage)或夺氢反应(HydrogenAbstraction)产生自由基。
*断裂型(TypeI):分子直接断裂,产生两个具有活性的自由基(如苯甲酰基自由基、自由基)。
*夺氢型(TypeII):激发态光引发剂分子(通常是羰基化合物)从邻近的氢供体分子(如胺类)夺取一个氢原子,生成一对自由基(一个来自光引发剂羰基的ketyl自由基和一个来自氢供体的胺自由基)。
*阳离子型光引发剂:通常是鎓盐类(如硫鎓盐、碘鎓盐)。吸收光后经历光解产生强路易斯酸(如H⁺),或直接产生酸(如H⁺SbF₆⁻),引发阳离子聚合。
4.引发聚合:产生的活性种(自由基或阳离子)具有极高的反应活性:
*自由基:攻击树脂中的单体(Monomer)或低聚物(Oligomer)(通常含碳碳双键,如酯类)分子,打开其双键,形成新的自由基(链引发)。
*阳离子:攻击单体(如乙烯基醚、环氧类)分子的双键或环氧基团,形成碳正离子中心(链引发)。
5.链增长:新生成的活性中心(自由基或碳正离子)继续攻击其他单体分子,使链不断延长(链增长)。这个过程极其迅速,在毫秒甚至微秒级别内即可消耗大量单体。
6.链终止:当两个活性链自由基相遇结合,或活性链与杂质、反应时,链增长终止。对于阳离子聚合,终止可能涉及链转移或阴离子终止剂。
7.交联固化:树脂配方中的单体/低聚物通常具有多个可聚合基团(如双酯)。当一个活性链攻击另一个带有多官能团的分子时,会形成交联点。无数这样的链引发、增长、交联反应在极短时间内同时发生,形成致密的三维交联网络聚合物,液态树脂瞬间固化成固体。
为何“光到即干”?
*反应速度极快:光引发剂吸收光能在皮秒-纳秒级别完成,产生的活性种寿命虽短(自由基微秒级),但引发的链式聚合反应速率极高(自由基聚合速率常数可达10⁴-10⁵L/mol/s)。
*能量利用:UV光能直接转化为化学能驱动反应,无需加热蒸发溶剂(无溶剂体系)。
*“开关”特性:光照即启动反应,光照停止反应迅速终止(自由基聚合尤为明显),因此可实现控制,光照区域瞬间固化。
UV光固机的“光到即干”本质是光引发剂吸收特定波长UV光后,产生活性自由基或阳离子,在极短时间内引发并完成单体/低聚物的链式聚合和交联反应,将液态树脂瞬间转化为固态交联网络。其在于光引发剂的光化学转化效率和引发的聚合反应速率。

