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在UV固化中什么是氧阻聚?

2020-09-16 16:16来源:未知浏览:
一般物质的基态是单线态,O2 的稳定态却是三线态,有两个自旋方向相同的未成对电子。因此,它会与自由基的聚合反应竞争而消耗自由基。由于绝大多数UV光固化工艺是在空气环境中进行的,并且主要的应用是油漆和油墨等具有极大表面/体积比的材料,所以O2 对光固化材料的自由基聚合反应有不容忽视的阻聚作用。

尤其涂膜厚度较薄时,油性有机体系中氧的浓度通常小于或等于2×10-3 mol/L,不仅配方体系中溶解的氧分子阻碍聚合,在光引发过程中,随着固化体系中氧分子的消耗,涂层表面空气中的氧也可以迅速扩散至固化涂层内,继续阻碍聚合。

体系中原溶解的氧浓度很低,较容易消耗掉。对于封闭体系,初级活性自由基消耗溶解氧的过程基本相当于聚合诱导期。相对而言,自外界不断扩散至涂层内部的氧才是阻碍聚合的主要原因。氧阻聚也最容易发生在涂层的浅表层或整个较薄涂层内,因为这些区域内,环境中的氧分子扩散更容易些。

UV光固化中氧阻聚的影响因素:  UV光固化技术广泛应用于汽车、电子、家具地板木器等行业。与传统的热固化相比,UV光固化技术具有许多优点,比如固化速度快,易于工业化生产,能耗低,VOC值低等。但是,由于是在空气中进行光固化,空气中的氧气扩散到涂膜中,会与自由基聚合反应竞争而消耗自由基,导致出现诱导期,使固化时间变长,涂层的底层已经固化而表层几乎未固化,从而使表面发黏。氧阻聚最终可导致涂层表层出现大量羟基、羰基、过氧基等氧化性结构,从而影响涂层的长期稳定性,甚至可能影响固化后漆膜的硬度、光泽度和抗划伤性等性能。

解决办法:
1、改变反应机理:改进光引发体系,抑制了表面氧阻聚现象。
2、增加光引发剂的浓度,可以增加初级自由基的数量,使其超过溶解的氧浓度,从而加快聚合的自加速过程。这样初步阻碍了氧气的扩散,使得表面可能在氧气得到补充前就发生部分转化。当光引发剂(以TPO为例)的浓度为体系的0.5mol%到9.0mol%时,其表示含有的TPO从0.7wt%到12wt%(较高的浓度会导致溶解度的问题),氧气影响层厚度(OAL)从34μm猛降至4μm,而表面转化率从35%增至99%。这使深层转化的不均匀性下降,当升至体系的9mol%时,深层转化的不均匀性几乎可以消失。因为,一旦浅表层里产生了自由基,光线会穿透到样品的更深处在氧气包围得较少的区域引发聚合。
3、增大UV光固化设备的光强度。
4、在光固化体系中加入一种或几种氧清除剂,可以缓解氧阻聚作用。
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