我們來(lái)深入探討UV光固機如何實(shí)現“光到即干”以及背后的光引發(fā)劑反應原理。
原理：光引發(fā)劑驅動(dòng)的瞬間聚合
UV光固機并非傳統意義上的“干燥”（蒸發(fā)溶劑），而是通過(guò)紫外線(xiàn)（UV）能量觸發(fā)液態(tài)樹(shù)脂（含光引發(fā)劑）發(fā)生快速的自由基聚合或陽(yáng)離子聚合化學(xué)反應，瞬間將其轉化為固態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )。這個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵在于光引發(fā)劑(Photoinitiator,PI)。
光引發(fā)劑的反應原理：
1.吸收光子：當UV光源（特定波長(cháng)，如254nm,365nm,395nm,405nm等）照射到含有光引發(fā)劑的液態(tài)樹(shù)脂時(shí)，光引發(fā)劑分子吸收匹配其吸收光譜的UV光子能量。
2.電子躍遷與激發(fā)：吸收光子導致光引發(fā)劑分子的電子從基態(tài)躍遷到不穩定的單線(xiàn)態(tài)激發(fā)態(tài)。
3.產(chǎn)生活性種：
*自由基型光引發(fā)劑：常見(jiàn)。激發(fā)態(tài)分子可能經(jīng)歷系間竄躍到達壽命更長(cháng)的三線(xiàn)態(tài)激發(fā)態(tài)，隨后通過(guò)光解斷裂(HomolyticCleavage)或奪氫反應(HydrogenAbstraction)產(chǎn)生自由基。
*斷裂型(TypeI)：分子直接斷裂，產(chǎn)生兩個(gè)具有活性的自由基（如苯甲?；杂苫?、自由基）。
*奪氫型(TypeII)：激發(fā)態(tài)光引發(fā)劑分子（通常是羰基化合物）從鄰近的氫供體分子（如胺類(lèi)）奪取一個(gè)氫原子，生成一對自由基（一個(gè)來(lái)自光引發(fā)劑羰基的ketyl自由基和一個(gè)來(lái)自氫供體的胺自由基）。
*陽(yáng)離子型光引發(fā)劑：通常是鎓鹽類(lèi)（如硫鎓鹽、碘鎓鹽）。吸收光后經(jīng)歷光解產(chǎn)生強路易斯酸（如H?），或直接產(chǎn)生酸（如H?SbF??），引發(fā)陽(yáng)離子聚合。
4.引發(fā)聚合：產(chǎn)生的活性種（自由基或陽(yáng)離子）具有極高的反應活性：
*自由基：攻擊樹(shù)脂中的單體(Monomer)或低聚物(Oligomer)（通常含碳碳雙鍵，如酯類(lèi)）分子，打開(kāi)其雙鍵，形成新的自由基（鏈引發(fā)）。
*陽(yáng)離子：攻擊單體（如乙烯基醚、環(huán)氧類(lèi)）分子的雙鍵或環(huán)氧基團，形成碳正離子中心（鏈引發(fā)）。
5.鏈增長(cháng)：新生成的活性中心（自由基或碳正離子）繼續攻擊其他單體分子，使鏈不斷延長(cháng)（鏈增長(cháng)）。這個(gè)過(guò)程極其迅速，在毫秒甚至微秒級別內即可消耗大量單體。
6.鏈終止：當兩個(gè)活性鏈自由基相遇結合，或活性鏈與雜質(zhì)、反應時(shí)，鏈增長(cháng)終止。對于陽(yáng)離子聚合，終止可能涉及鏈轉移或陰離子終止劑。
7.交聯(lián)固化：樹(shù)脂配方中的單體/低聚物通常具有多個(gè)可聚合基團（如雙酯）。當一個(gè)活性鏈攻擊另一個(gè)帶有多官能團的分子時(shí)，會(huì )形成交聯(lián)點(diǎn)。無(wú)數這樣的鏈引發(fā)、增長(cháng)、交聯(lián)反應在極短時(shí)間內同時(shí)發(fā)生，形成致密的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )聚合物，液態(tài)樹(shù)脂瞬間固化成固體。
為何“光到即干”？
*反應速度極快：光引發(fā)劑吸收光能在皮秒-納秒級別完成，產(chǎn)生的活性種壽命雖短（自由基微秒級），但引發(fā)的鏈式聚合反應速率極高（自由基聚合速率常數可達10?-10?L/mol/s）。
*能量利用：UV光能直接轉化為化學(xué)能驅動(dòng)反應，無(wú)需加熱蒸發(fā)溶劑（無(wú)溶劑體系）。
*“開(kāi)關(guān)”特性：光照即啟動(dòng)反應，光照停止反應迅速終止（自由基聚合尤為明顯），因此可實(shí)現控制，光照區域瞬間固化。
UV光固機的“光到即干”本質(zhì)是光引發(fā)劑吸收特定波長(cháng)UV光后，產(chǎn)生活性自由基或陽(yáng)離子，在極短時(shí)間內引發(fā)并完成單體/低聚物的鏈式聚合和交聯(lián)反應，將液態(tài)樹(shù)脂瞬間轉化為固態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò )。其在于光引發(fā)劑的光化學(xué)轉化效率和引發(fā)的聚合反應速率。
