【UV膠氧阻聚】紫外線固化產(chǎn)品的氧氣抑制原因分析(圖文)

本文標(biāo)簽：UV膠氧阻聚,UV氧阻聚,uv膠如何解決表干問(wèn)題,表干的UV膠
本文由UV膠水研發(fā)供應(yīng)商CRCBOND ?? e+運(yùn)維部非原創(chuàng)分享

大多數(shù)紫外線固化聚合物通過(guò)稱為自由基聚合的過(guò)程固化，其中高反應(yīng)性自由基驅(qū)動(dòng)鏈增長(zhǎng)反應(yīng)。然而，當(dāng)自由基分子與空氣中的氧氣反應(yīng)時(shí)，可能發(fā)生早期鏈終止，導(dǎo)致在暴露于空氣的表面處不完全固化。這種不完全的表面固化通常稱為氧抑制。氧氣抑制表面通常是粘性或粘性的，這可能對(duì)密封劑，密封劑和涂層造成問(wèn)題。
這篇文章致力于氧氣抑制的概念，專門針對(duì)以下主題：
為何發(fā)生氧氣抑制
通過(guò)配方的變化克服氧氣抑制
用生產(chǎn)方法克服氧氣抑制
用陽(yáng)離子替代品克服氧氣抑制

為什么會(huì)出現(xiàn)氧氣抑制？
為了充分理解為什么會(huì)發(fā)生氧氣抑制，首先要快速了解自由基聚合的發(fā)生方式。自由基聚合包括三個(gè)階段：起始，傳播和終止。

聚合過(guò)程的引發(fā)可以通過(guò)各種類型的化合物進(jìn)行。在UV固化產(chǎn)品的情況下，這是化合物是光引發(fā)劑。光引發(fā)劑在暴露于諸如UV的輻射時(shí)產(chǎn)生自由基（基本上只是具有不成對(duì)電子且因此具有高反應(yīng)性的分子）。在引發(fā)步驟中產(chǎn)生的自由基與附近的單體反應(yīng)，也將它們轉(zhuǎn)化為自由基
由于單體本身現(xiàn)在是自由基，它也會(huì)與其他單體反應(yīng)，形成更長(zhǎng)的自由基鏈。該過(guò)程稱為傳播，其中不斷添加單體以使聚合物鏈變得更長(zhǎng)和更長(zhǎng)。
終止? 是自由基聚合過(guò)程的最后一步，并將阻止聚合物鏈的生長(zhǎng)。終止可以以許多方式發(fā)生，例如兩個(gè)自由基鏈的組合，或者自由基從生長(zhǎng)鏈到單體的轉(zhuǎn)移。當(dāng)自由基鏈與環(huán)境中的其他分子（例如氧）反應(yīng)時(shí)，也可發(fā)生終止。
重要的是要認(rèn)識(shí)到終止是自由基聚合的自然組分，然而，提前終止是一個(gè)問(wèn)題。

當(dāng)然，氧氣是提前終止的主要原因。
分子氧容易與任何自由基反應(yīng)，包括引發(fā)劑分子。這種猝滅? 導(dǎo)致引發(fā)劑失去其自由基和反應(yīng)性狀態(tài)，這隨后降低了引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基的數(shù)量，引發(fā)的聚合物鏈較少，當(dāng)然產(chǎn)生的聚合物鏈的數(shù)量較少。
引發(fā)劑與分子氧的反應(yīng)也產(chǎn)生氧自由基。該氧自由基與已存在的傳播自由基反應(yīng)，將傳播鏈轉(zhuǎn)化為氧基自由基（這是清除反應(yīng)）。這種所得類型的自由基反應(yīng)性較低，這通過(guò)產(chǎn)生較低分子量的聚合物進(jìn)一步抑制聚合過(guò)程。

由于氧的存在極大地阻礙了自由基聚合，因此長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為氧抑制是聚合物的問(wèn)題，例如通過(guò)自由基聚合固化的涂料。在這種情況下，在這些聚合物的表面上形成氧氣抑制層，主要由未固化的單體組成，這就是為什么它經(jīng)常被稱為表面固化問(wèn)題。

然而，由于氧氣抑制是眾所周知且解決的問(wèn)題，因此存在許多方法來(lái)克服UV固化產(chǎn)物的氧氣抑制：

配方的變化 – 可以配制 UV固化粘合劑和密封劑以減少氧氣抑制（某些產(chǎn)品明顯優(yōu)于其他產(chǎn)品）
具體的生產(chǎn)方法 – 存在允許最終用戶在生產(chǎn)/組裝期間控制氧氣抑制程度的生產(chǎn)方法。
陽(yáng)離子替代品 – 存在通過(guò)陽(yáng)離子聚合反應(yīng)固化的UV固化產(chǎn)物。陽(yáng)離子聚合對(duì)氧不敏感。
以下部分涉及上述每種方法。

通過(guò)配方變化克服氧氣抑制
自由基固化粘合劑和密封劑可以配制成含有硫醇，胺或醚，所有這些都含有易于提取的氫原子，這些氫原子將與氧形成的過(guò)氧自由基反應(yīng)，減少清除。

但是，這些化學(xué)品中的每一種都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：
硫醇? 改善了化合物的耐熱性，減少了水分的吸收，同時(shí)也提高了附著力。不幸的是，使用硫醇導(dǎo)致產(chǎn)品具有硫化合物所具有的明顯可令人討厭的氣味。
另一方面，胺非常便宜并且還改善了粘合性。然而，在固化后，用胺配制可能導(dǎo)致淡黃色，以及一些殘留的氣味，并且所得產(chǎn)品對(duì)水分非常敏感。
醚可以大量使用，但是，它們通常會(huì)影響涂層的某些性能，并且它們會(huì)降低溫度和耐水性。
其他選擇包括使用蠟，其遷移到表面并形成屏障。然而，蠟雖然非常便宜，但也影響涂層的最終性能，并且蠟需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能遷移到涂層表面。
減少氧氣抑制作用的間接方法是增加光引發(fā)劑的濃度，這當(dāng)然很容易做到，但這會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生更多殘留物和副產(chǎn)物，以及降低涂層性能。
所有這一切的要點(diǎn)是：自由基聚合物配方具有很高的通用性，并且根據(jù)您的應(yīng)用，產(chǎn)品可以滿足您的應(yīng)用要求，并且具有低水平的氧氣抑制作用，可能已經(jīng)存在或可以配制。

用生產(chǎn)方法克服氧氣抑制
從最終用戶的角度來(lái)看，通過(guò)控制環(huán)境變量和控制紫外光源的強(qiáng)度/波長(zhǎng)，可以減少氧氣抑制：

控制環(huán)境變量 – 通過(guò)在惰性氣體如氮?dú)獯嬖谙逻M(jìn)行固化過(guò)程，可以從UV固化區(qū)中除去氧氣，但是，這通常是昂貴的并且難以實(shí)施。
紫外線強(qiáng)度 – 增加光強(qiáng)度也會(huì)直接增加自由基的含量，而且不會(huì)影響涂層的性能。然而，這種方法通常能量密集且成本高。
紫外波長(zhǎng) – 不同波長(zhǎng)也可用于間接降低固化過(guò)程中的氧氣抑制。背后的概念是特定波長(zhǎng)傾向于在涂層的不同部分被吸收。在表面上，較短的波長(zhǎng)，如UVC射線，通常被吸收，而在內(nèi)部，靠近基板，往往會(huì)吸收更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，如UVAs。遵循這種思路，中波長(zhǎng)UVB射線通常在涂層中間附近吸收。因此，使用這些不同的波長(zhǎng)會(huì)增加產(chǎn)品對(duì)輻射的總體暴露，這也增加了產(chǎn)生的自由基的量。
盡管上述方法對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō)通常成本更高，但在許多情況下UV固化過(guò)程總體上仍然較便宜。

用陽(yáng)離子替代物克服氧氣抑制
最后但并非最不重要的是，最后的選擇是使用陽(yáng)離子基產(chǎn)品（如環(huán)氧樹(shù)脂），而不是使用基于自由基聚合的產(chǎn)品（如丙烯酸酯粘合劑和密封劑）。陽(yáng)離子聚合產(chǎn)物以與自由基聚合相同的方式制備，包括相同的引發(fā)，傳播和終止步驟。然而，聚合反應(yīng)是由產(chǎn)生陽(yáng)離子的化合物引發(fā)的，陽(yáng)離子攻擊單體單元，并通過(guò)連續(xù)生成陽(yáng)離子鏈而增長(zhǎng)。在這種情況下，分子氧不會(huì)干擾反應(yīng)過(guò)程。
然而，一個(gè)要求是由引發(fā)劑產(chǎn)生的抗衡離子是非親核的。這就是為什么即使這些類型的產(chǎn)品不受大氣氧影響，它們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^(guò)水分的存在而被破壞，水分是相對(duì)強(qiáng)的親核化合物。