科普紫外線光固化技術（UV機）基礎知識
時間:2017-08-29 13:40來源:未知點擊: 次
一,、概述：
UV(紫外光)固化是輻射固化的一類，輻射固化是利用電磁輻射,，如紫外線（UV）或電子束（EB）照射涂層，產(chǎn)生輻射聚合,、輻射交聯(lián)和輻射接技等反應,。迅速將低分子量物質(zhì)轉(zhuǎn)變成高分子量產(chǎn)物的化學過程，固化是直接在不加熱的底材上進行的,，體系中不含溶劑或含極少量溶劑,，輻照后液膜幾乎100%固化，因而VOC（揮發(fā)性有機化合物）排放量很低,。因此,，自60年代末以來，這一技術在國際上得到飛速發(fā)展,，其產(chǎn)品在許多行業(yè)都得到廣泛應用,。
１、分類：
輻射固化按應用可分為輻射固化膠粘劑,、輻射固化涂料,、輻射固化油墨。按所用的輻射源可分為紫外（UV）光固化機,、電子束（EB）固化,、可見光固化。
2,、紫外光基本知識：
紫外線（簡稱UV）是屬于電磁波輻射的一段,，電磁波譜包括無線電波、紅處線,、可見光,、紫外線、X射線,、γ射線,，波長范圍從10-14米至106米，如圖３所示,。紫外線只其中很窄的一段,，波長范圍為10~400nm（nm：納米，1nm=10-9 m）可劃分為長波紫外線（UVA）,、中波紫外（UVB）,、短波紫外線（UVC）、超短波紫外線,。波長越短,，能量越強，穿透能力越弱,。
長波UVA,，波長介于320~400nm，具有較強的穿透能力,，能穿透玻璃,，這一波段的紫外線能量與多數(shù)化學鍵能相當,，容易引光化學反應，通常用于光固化機的即是UVA,。固化uv膠以365nm最佳,。
中波UVB，波長介于280~320,，穿透力較弱,，玻璃對它有強烈的吸收。太陽光中含有豐富的UVA和UVB,。
短波UVC,，波長介于200~280nm，臭氧層對它有強烈的吸收,，所以太陽光中UVC在到地面之前就被臭氧層吸收了,，UVC對生物體就很強的破壞作用，可殺死細菌,、病毒,，因此常用于消毒。
紫外線會損害皮膚和眼睛,，UVA會使皮膚變黑,、松馳、皺紋,；UVB會產(chǎn)生急性皮炎（即曬傷）等癥,，皮膚會變紅、發(fā)痛,，長期照射還容易導致皮膚癌變,，因此在進行光固化作業(yè)時，應注意防護：
（1）,、固化機應有適當屏敝裝備,，紫外光不易透出；
（2）,、適當?shù)膫€人防護,，穿長袖衣服、布工作手套,，戴防紫外線眼鏡,、面罩，不要直視燈具,。
（3）,、注意環(huán)境通風，以防臭氧積聚。
一般而言,，也不必太過擔心,，因設備制造商在設計時一般都把保護裝備考慮在內(nèi)，只要按規(guī)定操作沒事的,。
3,、 輻射固化的特點：
輻射固化的優(yōu)點：
（1）無需混合的單組分體系，使用方便,；
（2）固化速度快，幾秒至幾十秒即可完成固化,，有利于自動化生產(chǎn)線,，提高勞動生產(chǎn)率；
（3）固化溫度低,，節(jié)省能源,，室溫即可固化，可用于不宜高溫固化的材料,，紫外光固化所消耗的能量與熱固化樹脂相比可節(jié)約能耗~90%,；
（4）無污染，可采用低揮發(fā)性單體和齊聚物,，不使用溶劑,，100%固化，故基本上無大氣污染,，也沒有廢水污染問題,；
（5）性能優(yōu)良，耐磨,、抗溶劑,、搞沖擊、強度高,。
輻射固化的缺點：
（1）設備投資較大,，特別是電子束固化設備，輻射固化膠粘劑的價格高于常規(guī)膠粘劑的價格,，這都分可由能耗低,，生產(chǎn)效率高得到補償；
（2）由于紫外光穿透力較弱,，固化深度有限,，因而可固化產(chǎn)品的幾何形狀受到限制，不透光的部位及紫外光照射不到的死角不易固化,；
（3）紫外光能產(chǎn)生臭氧,，需要排風系統(tǒng)。
二,、固化機理：
UV光固化體系分為自由基體系和陽離子體系,，兩者固化機理成分都有所不同,。自由基體系是由光引發(fā)劑受UV照射激發(fā)產(chǎn)生自由基，引發(fā)單體和預聚物聚合交聯(lián),；陽離子體系是由陽離子光引發(fā)劑受輻射產(chǎn)生強質(zhì)子酸,，催化加成聚合，使樹脂固化,，下面以自由基體系為例說明：
UV自由基固化經(jīng)過以下步驟：
（1）自由基光引發(fā)劑受到UV照射后,，激發(fā)分解產(chǎn)生自由基：
（2）鏈引發(fā)：引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基引發(fā)樹脂和單體分子的不飽和雙鍵產(chǎn)生新的自由基。
（3）鏈增長：由樹脂和單體產(chǎn)生的自由基可以繼續(xù)引發(fā)樹脂和單體分子中的不飽和雙鍵產(chǎn)生自由基,，進行自由基連鎖反應,。
（4）鏈終止：化學反應中，由于自由基含有未偶化電子,，非?；顫姡瑯O易傾向于基他自由基偶合或發(fā)生酸化作用,，使鏈反應終止,。
上述反應結果，生成高分子化合物,，使膠液轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w,。
三、紫外光固化膠的組成
1,、預聚物
預聚物是UV光固化膠的骨架,，它是具有反應活性的低分子聚合物，預聚物的主要功能是提供膠層的關鍵性能,，例如：粘度,、抗張強度、剪切強度,、硬度和柔順性等,。在光固化自由基體系中使用的預聚物是一些含雙鍵的不飽和聚合物，主要有：聚丙烯酸酯,、環(huán)氧丙烯酸酯,、聚氨酯丙烯酸酯、不飽和聚酯,、聚烯烴/硫醇等,，其中環(huán)氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯反應活性高、原料豐富,、品種多,、價格適中，所以用量最多。
2,、 單體
輻射固化組分中單體又叫活性稀釋劑,，其主要作用是調(diào)節(jié)粘度和參加聚合反應。單體按官能度的多少可分為單官能單體,、二官能單體及多官能單體,，單官能單體固化生成線型聚合物，它有利于提高膠層的柔韌性和附著,；二官能和多官能單體不僅起反應性稀釋劑的作用,，而且起交聯(lián)劑的作用，它們對膠層的硬度,、韌性和強度有重要影響,。增加單體的官能度可加速固化過程，為適應生產(chǎn)具有良好性能的粘合劑,，常使用單官能,、二官能和多官能的混合物,。
自由基固化體系所用的單體主要有于（甲基）丙烯酸酯類,、乙烯基類和乙烯基醚類等，如苯乙烯,、丙烯酸丁酯,、丙烯酸異辛酯、丙烯酸異冰片酯,、二縮三丙二醇二丙烯酸酯,、已二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯等,。應用這些單體除了考慮粘合的性能,，成本等因素外，還要考慮刺激性和毒性,，一些刺激性和毒性較大的品種逐漸被淘汰,，更多刺激性和毒性低的品種被開發(fā)出來并用于工業(yè)生產(chǎn)。
陽離子固化體系所用的預聚物和單體與環(huán)氧樹脂膠粘劑相類似,。
3,、 光引發(fā)劑
光引發(fā)劑是任何UV固化體系都需要的主要組分之一，對UV固化體系的靈敏度（固化速率）起決定作用,。光引發(fā)劑有自由基光引發(fā)劑和陽離子光引發(fā)劑,，分別應用于自由基體系和陽離子體系。自由基引發(fā)劑常用的有羰基化合物,、偶氮化合物,、有機硫化物、氧化還原物質(zhì)、鹵素化合物,、有機金屬化合物,、增咸染料等。應用較廣泛且效果較好的是羰基化合物,，主要有聯(lián)苯甲酰,、二苯甲酮、安息香及其醚化合物如安息香乙醚,、安息香丁醚等,。
陽離子光引發(fā)劑品種少且價格高，所以一直以來陽離子固化體系發(fā)展緩慢,，所占的份額低,。目前應用的種類有二芳基碘鹽，三芳基硫鹽和芳茂鐵鹽等,。
與自由基光固化體系相比,，陽離子光固化體系具有以下優(yōu)點：
（1）固化時體積收縮小，附著力強,；
（2）不被氧氣所阻聚,，在空氣氛圍中可獲得快速而完全的固化；
（3）固化反應不易終止,，適用于厚膜和色漆的固化,。
表1列出了陽離子固化體系與自由基固化體系的簡單對比。
表１ 陽離子固化與自由基固化體系的比較
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指 標
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自由基固化體系
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陽離子固化體系
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樹 脂
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丙烯酸酯樹脂,、不飽和樹脂,、聚酯、聚烯烴／硫醇等
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環(huán)氧樹脂,、乙烯基醚樹脂
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單 體
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丙烯酸酯,、乙烯基化合物等
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脂環(huán)族環(huán)氧化合物、乙烯基醚（ＶＥ）
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引發(fā)劑
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自由基
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陽離子（超強酸）
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固化速度
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快
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對ＥＰ：中等,；對ＶＥ：快
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后固化
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可忽略
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強
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對氧的敏感性
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強
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無
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對堿的敏感性
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無
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強
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對潮氣的敏感性
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無
|
強
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氣 味
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高
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低
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價 格
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低
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高
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固化膜特性
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收縮率高,，附著力差
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收縮率低，附著力好
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總之,，盡管由于開發(fā)時間短,，以及價格等因素，陽離子光引發(fā)體系目前僅占整個UV固化市場約5%,，但鑒于上述較之自由基固化體系的優(yōu)點,，將是一類大有前途的光引發(fā)體系。由于基礎研究和開發(fā)的時間較短,，因此尚有很多不夠完善的地方,。例如,，研究出能夠更多地吸收ＵＶ，或吸收更長波長的陽離子引發(fā)劑使之免受顏料的影響,，這可能就是今后在該領域的一個發(fā)展方向,。
４、其它助劑
其它助劑有穩(wěn)定劑,、附著力增強劑,、顏料色素、觸變劑等,，種類和要求大體上與一般丙烯酸粘合劑相同,。唯獨顏料和色素的使用需注意對紫外線的吸收和散射，可能會影響固化速度和固化深度,。
四,、固化裝置
用于UV膠固化的輻射裝置通稱光固化機，可分為履帶式,、箱式,、點光源系列。它的構造比較簡單,，主要由光源,、反射器、冷卻系統(tǒng)（風冷或水冷）和傳動裝置（傳送帶）組成,。
紫外線由紫外燈產(chǎn)生,，常用的紫外燈源有低壓汞燈,、中壓汞燈,、
高壓汞燈、
氙燈,、金屬鹵化物燈以及最新式的
無極燈,。其中中壓汞燈相對便宜、易于安裝和維護,，且在此340~380nm范圍波長的強烈輻射峰,，正好落在許多光引發(fā)體系的吸收譜。因此中壓汞燈獲得廣泛的應用,。
五,、紫外光固化膠粘劑的應用
自1960年，國外報道了UV光固化膠粘劑以來,，人們對其進行了大量的研究．并取得了令人矚目的成就,。如今UV膠已在許多工業(yè)裝配領域成功應用，尤其是需要快速裝配的高技術產(chǎn)業(yè)領域,，例如LCD制造業(yè),、照相機等光學產(chǎn)品制造業(yè),、光盤制造業(yè)（CD、VCD,、DVD,、DVD一R）、手表制造業(yè),、蜂鳴器,、手機按鍵的裝配、電子線路板的制造,、偏光部件的制造等光電信息產(chǎn)業(yè)的電子部件制造,。在日用品領域，例如玻璃家具的制造,、玻璃工藝品的組裝,、玩具、珠寶等裝飾品的組裝上也普遍使用UV膠,。甚至傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)也在大量使用UV膠進行裝配,，例如磁電機的裝配?？色@得快速,、高效的生產(chǎn)效率。
隨著科技人員不斷的研究進取,，UV膠的一些缺點得到了克服,，應用領域得到擴展。例如,，應用新型的光引發(fā)劑可使固化波長向可見光方向擴展,，可用可見光固化；應用高效的光引發(fā)劑可用于有色或含填料體系的粘接,，可在透光率低至0.01~20%的基體之間的粘合,。又如，將UV固化技術和厭氧固化,、熱固化技術相結合制造出雙重固化的產(chǎn)品,，它不僅能對透光部分進行光固化，非透光部分也可進行厭氧或熱固化,。
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