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  20  专注高分子材料抗紫外线、抗黄变

光固化涂料的核心基础原料,谈谈光引发剂

 

      光固化涂料是指在紫外光照作用下快速固化的一类涂料。由于其一般采用紫外光源(UV)作为辐射固化光源,所以这类涂料常称为UV涂料。相对于其他类型涂料,光固化涂料最为显著的特点是固化速度快;通常在若干千瓦功率的紫外灯辐照下,只需几秒或几十秒就可固化完全;光固化涂料的另外一个优势在于固化过程中几乎所有涂料成分都参与交联聚合而进入到膜层,成为交联网状结构的一部分,可视为100%固含量的涂料,因而具有环境友好的特点;光固化涂料大大节省能源,涂料一般对紫外光源能有效利用,且因为固化速率很快,实际上对能量的利用效率大大增强。总结来看,光固化涂料的特点为快干、环保、节能。

       光固化涂料的主体成膜物为可交联聚合的预聚物和活性稀释剂,与传统溶剂型涂料类似,也会添加流平剂、消泡剂、消光剂、表面滑爽剂等助剂和填料,甚至有户外使用耐候要求的涂料配方中也会添加合适种类的紫外线吸收剂。除此之外,为了实现光固化还要加人光引发剂。

       光引发剂( photoinitiator,P1)是光固化涂料的关键组分之一,它关系到配方体系在光辐照时,低聚物及稀释剂能否迅速由液态转变成固态,即交联固化。其基本作用特点是,引发剂分子在紫外光区间(250~420nm)或可见光区(400~800nm)有一定吸光能力,在直接或间接吸收光能后,引发剂分子从基态跃迁到活泼的激发单线态,还可继续经系间窜跃,跃迁至激发三线态。在其激发单线态,也可能是在激发三线态,经历单分子或双分子化学作用后,产生能够引发单体聚合的活性碎片,如自由基、阳离子等,相应地,光引发剂可分为自由基聚合光引发剂与阳离子聚合光引发剂。其中以自由基聚合光引发剂应用最为广泛,阳离子光引发剂次之。

       现在UV涂料配方中广泛采用的两种苯乙酮衍生物光引发剂2-羟基-2-甲基-1苯基丙酮(光引发剂1173)和1-羟基-环已基苯酮(光引发剂184)出现在20世纪80年代初,均具有高引发活性,且不会黄变。但其缺点是吸收波长较短,不适用于有色体系。稍后出现的a-胺烷基苯酮则克服了这一缺点,如2-甲基-1-(4-甲巯基苯基)-2-吗啉-1-丙酮(光引发剂907)和2-苯基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉苯基)-1-丁酮 (光引发剂369),其最大吸收波长分别为307mm和324m,通过硫杂蒽酮敏化,可用于光固化油墨和色漆。吸收波长更长的芳酰基磷氧化物和芳酰基磷酸酯在80年代后期及90年代陆续出现,典型的有2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦(光引发剂TPO)和双(2,4,6-三甲基苯甲酰)苯基氧化磷(光引发剂819),其吸收波长接近或超过400nm,并具有光漂白作用,因此可用于深层光固化。期间更出现了一种吸收波长更长的自由基光引发剂—钛茂光引发剂,如双[2,6-二氟-3-(1H-吡咯基-1)苯基]钛茂(光引发剂 784),其最大吸收波长达到

480nm。

      近年来对光引发剂的研究除了考虑光引发活性、吸收特性等性能外,还要考虑其挥发性、迁移性和毒性等。如大分子化的光引发剂或带有光聚合双键的光引发剂,就是出于这一考虑。

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