光固化技術(shù)是一項(xiàng)節(jié)能綠色環(huán)保新技術(shù)，其核心材料之一是光引發(fā)劑。光引發(fā)劑(photoinitiator，PI)，又稱光固化劑(photocuring agent)，是一類能在紫外光區(qū)（250～400nm）或可見光區(qū)（400～800nm）吸收特定波長(zhǎng)的能量，通過光子賦能為化學(xué)能、產(chǎn)生自由基和陽(yáng)離子等，從而引發(fā)單體聚合交聯(lián)固化的化合物。例如TPO的UV吸收峰在350-400nm之間，是比較好的UV光引發(fā)劑。
光引發(fā)劑是光固化涂料的核心組分，是光固化涂料聚合的發(fā)動(dòng)機(jī)，它對(duì)光固化涂料的光固化速率起決定性作用。
在光固化涂料中，光引發(fā)劑因?qū)俜浅赡の镔|(zhì)，其添加量比低聚物和活性稀釋劑要低得多，一般在1-5%左右；添加量過少，會(huì)導(dǎo)致固化不完全，漆膜出現(xiàn)粘膩、黏糊問題。添加量過多，會(huì)導(dǎo)致固化過快、流平差、起泡、起皮等問題。光引發(fā)劑本身或其光化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物均不應(yīng)對(duì)固化后涂層的化學(xué)和物理力學(xué)性能產(chǎn)生不良影響。
光引發(fā)劑按吸收輻射能不同，可分為紫外光引發(fā)劑（紫外光區(qū)250-400nm）和可見光引發(fā)劑（可見光區(qū)400-800nm）。
按照引發(fā)機(jī)理不同，光引發(fā)劑可分為自由基聚合光引發(fā)劑與陽(yáng)離子光引發(fā)劑，其中以自由基聚合光引發(fā)劑應(yīng)用最為廣泛。自由基型光引發(fā)劑因產(chǎn)生自由基的作用機(jī)理不同，又可分為裂解型光引發(fā)劑和奪氫型光引發(fā)劑兩類。
紫外光固化是主要的光固化技術(shù)，所用的光引發(fā)劑為UV紫外光光引發(fā)劑。可見光引發(fā)劑因?qū)θ展夂推胀ㄕ彰鞴庠疵舾校谏a(chǎn)和使用上受到限制，僅在少數(shù)領(lǐng)域如牙科、印刷制版上應(yīng)用。近些年，隨著光固化技術(shù)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，光引發(fā)劑又增加了一些新的類別，如混雜型光引發(fā)劑、水基光引發(fā)劑、大分子光引發(fā)劑等。
在光固化體系中，光引發(fā)劑可與其它輔助組分一起使用，可以促進(jìn)自由基或陽(yáng)離子等活性中間體的產(chǎn)生，以提高光引發(fā)效率。這些輔助組分有光敏劑(photosesitizer)和增感劑(sesitizer)。
光敏劑是指該分子能吸收光能躍遷至激發(fā)態(tài)，通過能量轉(zhuǎn)移給光引發(fā)劑，光引發(fā)劑接受能量后由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，本身發(fā)生化學(xué)變化，產(chǎn)生活性中間體，從而引發(fā)聚合反應(yīng)，而光敏劑將能量傳遞給光引發(fā)劑后，自身又回到初始非活性狀態(tài)，其化學(xué)性質(zhì)未發(fā)生變化。理想的光引發(fā)劑，在給定的光源波長(zhǎng)條件下，其消光系數(shù)應(yīng)為最大值；不應(yīng)有產(chǎn)生不活潑自由基的副反應(yīng)發(fā)生，還應(yīng)避免可能熄滅（激發(fā)態(tài)的脫活）光引發(fā)劑的組分。在有顏料的體系中，光敏劑的強(qiáng)吸收波長(zhǎng)必須選在顏料的弱吸收波長(zhǎng)處。在很多情況下，混合使用兩種光引發(fā)劑會(huì)有更好的效果。
增感劑自身并不吸收光能，也不引發(fā)聚合，但在光引發(fā)過程中，協(xié)同光引發(fā)劑并參與光化學(xué)反應(yīng)，從而提高了光引發(fā)劑的引發(fā)效率，也稱助引發(fā)劑(coinitiator)。配合奪氫型光引發(fā)劑的氫供體三級(jí)胺，就屬于增感劑。
選擇UV光引發(fā)劑建議考慮如下影響因素：
光固化的光源主要為高壓汞燈，其中發(fā)射光譜中365nm、313nm、302nm、254nm譜線非常有用，許多光引發(fā)劑在上述波長(zhǎng)處均有較大吸收。光引發(fā)劑分子對(duì)光的吸收，可以用此波長(zhǎng)處的摩爾消光系數(shù)來(lái)反映，應(yīng)具有較高的摩爾消光系數(shù)。最好是幾種光引發(fā)劑復(fù)合使用，在不同的波長(zhǎng)范圍都能引發(fā)固化，比單一光引發(fā)劑固化速度快。
部分光引發(fā)劑在高壓汞燈各發(fā)射光波的摩爾消光系數(shù)（一）
光引發(fā)劑 | 254nm | 302nm | 313nm | 365nm | 405nm | 435nm |
184 | 3.317×104 | 5.801×102 | 4.349×102 | 8.864×101 | ||
369 | 7.470×103 | 3.587×104 | 4.854×104 | 7.858×103 | 2.800×102 | |
500 | 6.230×104 | 1.155×103 | 5.657×102 | 1.756×102 | ||
651 | 4.708×104 | 1.671×103 | 7.223×102 | 3.613×102 | ||
784 | 7.488×105 | 1.940×104 | 1.424×104 | 2.612×103 | 1.197×105 | 1.124×103 |
819 | 1.953×104 | 1.823×104 | 1.509×104 | 2.309×103 | 8.990×102 | 3.000×101 |
907 | 3.936×103 | 6.063×104 | 5.641×104 | 4.665×102 | ||
1300 | 3.850×104 | 1.240×104 | 1.560×104 | 2.750×103 | 9.300×101 | 9.000×101 |
1700 | 3.207×104 | 5.750×103 | 4.162×103 | 8.316×102 | 2.464×102 | |
1800 | 2.660×104 | 6.163×103 | 4.431×103 | 9.290×102 | 2.850×102 | |
1850 | 2.235×104 | 1.280×104 | 8.985×103 | 1.785×103 | 5.740×102 | |
2959 | 3.033×104 | 1.087×104 | 2.568×103 | 4.983×101 | ||
1173 | 4.064×104 | 8.219×102 | 5.639×102 | 7.388×101 | ||
4265 | 2.773×104 | 4.903×103 | 3.826×103 | 7.724×102 | 2.176×102 |
從以上數(shù)據(jù)可以看出，784及819等光引發(fā)效果較好。
部分光引發(fā)劑的摩爾消光系數(shù)（二）
光引發(fā)劑 | 260nm | 360nm | 405nm |
IPBE | 11379 | 50 | |
BP | 14922 | 51 | |
MK | 8040 | 37500 | 1340 |
CTX | 42000 | 3350 | 1780 |
BETX | 42000 | 3300 | 1800 |
DEAP | 5775 | 19 |
深色UV漆較易出現(xiàn)深層的光引發(fā)劑無(wú)法吸收足夠能量來(lái)引發(fā)聚合，最終造成深層固化不良問題。黑色UV漆最容易出現(xiàn)附著力不良、百格掉漆的現(xiàn)象。有報(bào)道在配方中增加1.5%的819后，漆膜附著力明顯增加，說(shuō)明819對(duì)深層固化起到促進(jìn)作用。
6、不易揮發(fā)和遷移。
7、耐黃變?cè)瓌t：光固化后不能有黃變現(xiàn)象，這對(duì)白色、淺色及無(wú)色體系特別重要；也不能在老化時(shí)引起聚合物的降解。
184光引發(fā)劑的ΔE約0.1、耐黃變性較好，可用于白色及淺色UV漆中；819光引發(fā)劑的ΔE約5.5，耐黃變性較差，只能用于深色UV漆。
8、穩(wěn)定性原則：熱穩(wěn)定性（85℃不分解）和貯存穩(wěn)定性好，不易分解或發(fā)生其他副反應(yīng)，應(yīng)有長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
9、價(jià)廉易得，性價(jià)比較高。
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