UV固化的原理及應(yīng)用

UV固化的概念

UV固化即紫外固化，UV是紫外線的英文縮寫，固化是指物質(zhì)從低分子轉(zhuǎn)變?yōu)楦叻肿拥倪^程。UV固化一般是指需要用紫外線固化的涂料（油漆）、油墨、膠粘劑（膠水）或其它灌封密封劑的固化條件或要求，其區(qū)別于加溫固化、膠聯(lián)劑（固化劑）固化、自然固化等。

在化工高分子領(lǐng)域里，UV也被作為輻射固化的簡稱，UV，也就是UV紫外光固化，是利用UV紫外光的中、短波（300-800納米）在UV輻射下，液態(tài)UV材料中的光引發(fā)劑受刺激變?yōu)樽杂苫蜿栯x子，從而引發(fā)含活性官能團(tuán)的高分子材料（樹脂）聚合成不溶不熔的固體涂膜的過程，是一種20世紀(jì)60年代興起的、環(huán)保的、低VOC排放的新技術(shù)，20世紀(jì)80年以后在我國得以迅速發(fā)展。

UV燈及其應(yīng)用

UV燈是紫外線燈管的簡稱，是UV固化的重要工具，UV 是紫外線（Ultra-Violet Ray）的英文縮寫。這種燈管主要是用來利用紫外線的特性進(jìn)行光化反應(yīng)、產(chǎn)品固化、殺菌消毒、醫(yī)療檢驗等。目前大都采用新型的UV LED固化，有UV LED點光源、線光源、面光源。汞燈的、鹵素?zé)袈惶蕴?/span>

特點

UV燈為氣體放電燈，氣體放電燈分為弧光放電和輝光放電，UV固化中常用UV燈為弧光放電燈，其工作原理是：在真空的石英管中加入定量的高純汞（水銀），通過對兩端電極提供電壓差（壓降），產(chǎn)生離子放電，從而產(chǎn)生紫外線輻射。UV燈的功率要滿足要求(一般為8 0—120W/cm)；UV燈的最大壽命不能超過1 200h，一般建議使用1 000h；UV燈使用500h換一次，保養(yǎng)一段時間兩支UV燈使用時可交替使用，一支為使用500h，另一支為使用500一l 000h之間的燈管；燈管清洗并逆時針旋轉(zhuǎn)1/4周后再使用。

名稱來源

UV 是紫外線的英文縮寫，工業(yè)用 UV 光源光譜范圍是200nm-450nm，以365nm為中心。按波段的不同，分別為UV-A，UV-B，UV-C各具有不同的用途。

常用規(guī)格

UV燈的強(qiáng)度取決于UV燈管的功率密度，一般常用規(guī)格有：

80W /cm 即 200W/inch

120W /cm 即 300W/inch

160W /cm 即 400W/inch

240W /cm 即 600W/inch

應(yīng)用范圍

1、噴涂方面：一般的手機(jī)殼噴涂，化妝品外殼，小家電外殼等塑膠噴涂公司大多用得到，手機(jī)外殼噴涂與uv印刷這兩種行業(yè)，對于uv的要求不一樣，看他的產(chǎn)品和設(shè)備。。

2、印刷方面：絲網(wǎng)印刷，膠印，5色印刷大多使用。像U盤之類、光盤之類的，用的是uv保護(hù)膠，在光盤印刷的時候，也會用uv油墨進(jìn)行絲網(wǎng)印刷，在絲網(wǎng)印刷中，大多采用uv油墨進(jìn)行印刷。具有干燥快，附著力好，各種性能達(dá)標(biāo)（附著力，耐磨擦力等等）。

3、鞋業(yè)方面：就是利用紫外線照射鞋底的材料，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使粘接膠與鞋底與鞋面有跟好的親和性。鞋業(yè)，適用于膠著的，uv膠用于塑料粘接，像醫(yī)院的輸液的塑料管的粘接。

4、木業(yè)方面：只是進(jìn)行表面的涂層 ，因為uv涂料（光油等）各方面性能較好：比如耐磨擦力，耐酸堿度，耐候性等等，經(jīng)過uv的涂裝，可以使木地板等表面光澤華麗的感覺。木業(yè)涂裝，大多使用的燈管長度較長，功率較大，大多在1000mm的長度左右。

5、PCB、LCD行業(yè)：pcb 是電路板 uv燈管用于電路板的印刷 一般使用METAL（金屬鹵素?zé)艄埽硗膺€有一種是曝光燈也屬于金屬鹵素?zé)?PCB制作的時候，用于曝光顯影的，一般用在電路板公司。lcd是顯示屏，一般用低壓冷紫外線燈管和固化用的燈管不一樣，但是都屬于紫外線燈，用途不一樣。

6、工藝品上光：只要是用到uv上光油的工藝品，都可用uv紫外線燈管。

7、uv自動涂裝線：前處理工程采用的是，利用靜電除塵槍，或者靜電除塵棒來進(jìn)行處理的，也就是常說的：電暈處理，因為塑料，塑膠的材質(zhì)，其表面張力很差，經(jīng)過電暈處理以后，把其表面的表面張力提高，借以加強(qiáng)底材與uv涂料的親和性，這樣會有更好的固化效果，如果前處理做得不好的話，產(chǎn)品的附著力也會出現(xiàn)問題，很多不是燈管的原因，而是設(shè)備或者操作工藝流程的問題，還有，uv涂料或者油墨，也有很大的關(guān)系。

UV樹脂

UV固化技術(shù)所采用的樹脂體系涉及到一種基本低聚物、實質(zhì)上它是一種低分子量（約2500）的預(yù)聚物，常用的有氨基甲酸酯丙烯酸酯（聚氨酯丙烯酸酯），環(huán)氧丙烯酸酯，聚酯丙烯酸酯或聚醚丙烯酸酯，乙烯基醚那些不含丙烯酸酯的低聚物之類，也正被逐漸采用。低聚物的粘度較高,為便于施工和提高交聯(lián)固化速度，需要加入單體作為活性稀釋劑來調(diào)整樹脂的流變性?；钚韵♂寗┑慕Y(jié)構(gòu)對最終涂膜的性能如流動性，滑爽性，潤濕性，溶脹性，收縮性，附著力以及涂膜內(nèi)部的遷移性是有重要影響的。活性稀釋劑可以是單官能度的，也可以是多官能度的，后者較好，因為它可以使固化時的交聯(lián)度提高。對活性稀釋劑的性能要求有、稀釋能力、溶解性、氣味、降低介質(zhì)粘度的能力、揮發(fā)性、官能度、表面張力，聚合時的收縮性，均聚物的玻璃化溫度(Tg)，對整個固化速度的影響力 和毒性。所采用的單體應(yīng)該對皮膚刺激性并經(jīng)Draize測定其值不超過3級的單體。用作活性稀釋劑的典型單體是三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）品種。三丙二醇二丙烯酸酯是繼二乙二醇二丙烯酸酯和三乙二醇二丙烯酸酯后的新一代丙烯酸多官能團(tuán)單體 ,除保持了前代產(chǎn)品的粘度低、固化速度快等優(yōu)點外 ,在刺激性、附著力和韌性等方面有了很大改進(jìn) ,是理想的換代產(chǎn)品。目前 ,三丙二醇二丙烯酸酯的生產(chǎn)多以濃硫酸、對甲苯磺酸為催化劑 ,但其對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重 ,且副反應(yīng)多 ,后處理復(fù)雜 ,又形成三廢污染環(huán)境。

UV固化涂料的典型配方  組分 %

低聚物                40-50

單體                  40-50

光引發(fā)劑/光敏劑       1-10

表面活性劑,助劑       0.5-1.0

顏料（如果需要,其用量控制在以得到滿意的遮蓋為準(zhǔn)）在UV固化的化學(xué)機(jī)理方面快速聚合反應(yīng)用實際上是在合適的光引發(fā)劑和/或光敏劑以及高性能的燈光條件下產(chǎn)生游離基反應(yīng)而實現(xiàn)的。能產(chǎn)生游離基的和產(chǎn)生陽離子中間體的光引發(fā)劑都是可以使用的。但在現(xiàn)今工業(yè)上經(jīng)常用前一種（即能夠產(chǎn)生游離基的光引發(fā)劑）。

UV光固化的原理

　　目前就當(dāng)前來說紫外光固化是輻射固化的一類，輻射固化是利用電磁輻射實現(xiàn)的，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(yīng)。迅速將低分子量物質(zhì)轉(zhuǎn)變成高分子量產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)過程，而且固化是在不加熱的底材上直接進(jìn)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(jī)化合物）排放量很低。自從該項目在各大領(lǐng)域得到飛速發(fā)展后，它產(chǎn)品目前已經(jīng)在各大領(lǐng)域中能得到廣泛應(yīng)用和推廣。

　　UV光固化體系分為陽離子體系和自由基體系兩大體系，而且兩者固化機(jī)理成分都有所不同。陽離子體系是由陽離子光引發(fā)劑受輻射產(chǎn)生強(qiáng)質(zhì)子酸，催化加成聚合，使樹脂固化，而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(yù)聚物聚合交聯(lián)；下面以UV自由基體系為例說明：

　　UV自由基固化經(jīng)過以下步驟：

　　（1)鏈終止：化學(xué)反應(yīng)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(yīng)終止。

　?。?)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：

　?。?)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(jìn)行自由基連鎖反應(yīng)。

　?。?)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。

在UV體系的引發(fā)技術(shù)方面，研究的是陽離子光引發(fā)劑的使用。三芳基硫鹽是這類光引發(fā)劑的典型例子。在這個陽離子系統(tǒng)中，活化過程類似于游離基聚合過程，即：光吸收，增感作用，引發(fā)，傳遞和最后的鏈終止。陽離子體系的一個優(yōu)點是反應(yīng)不會受到氧的抑制，而傳統(tǒng)的游離基引發(fā)劑卻會受到氧的抑制作用。但是，陽離子引發(fā)劑卻對親核性的雜質(zhì)諸如水很敏感，這類雜質(zhì)會中和陽離子使鏈增長發(fā)生終上。陽離子引發(fā)劑在價格上相對較貴，因此也不常用。