UV固化的原理及應用

UV固化的概念

UV固化即紫外固化，UV是紫外線的英文縮寫，固化是指物質從低分子轉變為高分子的過程。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，其區別于加溫固化、膠聯劑（固化劑）固化、自然固化等。

在化工高分子領域里，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UV材料中的光引發劑受刺激變為自由基或陽離子，從而引發含活性官能團的高分子材料（樹脂）聚合成不溶不熔的固體涂膜的過程，是一種20世紀60年代興起的、環保的、低VOC排放的新技術，20世紀80年以后在我國得以迅速發展。

UV燈及其應用

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行光化反應、產品固化、殺菌消毒、醫療檢驗等。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、鹵素燈慢慢被淘汰。

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），產生離子放電，從而產生紫外線輻射。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1/4周后再使用。

名稱來源

UV 是紫外線的英文縮寫，工業用 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。

常用規格

UV燈的強度取決于UV燈管的功率密度，一般常用規格有：

80W /cm 即 200W/inch

120W /cm 即 300W/inch

160W /cm 即 400W/inch

240W /cm 即 600W/inch

應用范圍

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

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

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

4、木業方面：只是進行表面的涂層 ，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，經過uv的涂裝，可以使木地板等表面光澤華麗的感覺。木業涂裝，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：pcb 是電路板 uv燈管用于電路板的印刷 一般使用METAL（金屬鹵素燈管），另外還有一種是曝光燈也屬于金屬鹵素燈 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行處理的，也就是常說的：電暈處理，因為塑料，塑膠的材質，其表面張力很差，經過電暈處理以后，把其表面的表面張力提高，借以加強底材與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，產品的附著力也會出現問題，很多不是燈管的原因，而是設備或者操作工藝流程的問題，還有，uv涂料或者油墨，也有很大的關系。

UV樹脂

UV固化技術所采用的樹脂體系涉及到一種基本低聚物、實質上它是一種低分子量（約2500）的預聚物，常用的有氨基甲酸酯丙烯酸酯（聚氨酯丙烯酸酯），環氧丙烯酸酯，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固化速度，需要加入單體作為活性稀釋劑來調整樹脂的流變性。活性稀釋劑的結構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、降低介質粘度的能力、揮發性、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。所采用的單體應該對皮膚刺激性并經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單體 ,除保持了前代產品的粘度低、固化速度快等優點外 ,在刺激性、附著力和韌性等方面有了很大改進 ,是理想的換代產品。目前 ,三丙二醇二丙烯酸酯的生產多以濃硫酸、對甲苯磺酸為催化劑 ,但其對設備腐蝕嚴重 ,且副反應多 ,后處理復雜 ,又形成三廢污染環境。

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）在UV固化的化學機理方面快速聚合反應用實際上是在合適的光引發劑和/或光敏劑以及高性能的燈光條件下產生游離基反應而實現的。能產生游離基的和產生陽離子中間體的光引發劑都是可以使用的。但在現今工業上經常用前一種（即能夠產生游離基的光引發劑）。

UV光固化的原理

　　目前就當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的，如紫外線（UV）或電子束（EB）照射涂層，產生輻射聚合、輻射交聯和輻射接技等反應。迅速將低分子量物質轉變成高分子量產物的化學反應過程，而且固化是在不加熱的底材上直接進行的，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（揮發性有機化合物）排放量很低。自從該項目在各大領域得到飛速發展后，它產品目前已經在各大領域中能得到廣泛應用和推廣。

　　UV光固化體系分為陽離子體系和自由基體系兩大體系，而且兩者固化機理成分都有所不同。陽離子體系是由陽離子光引發劑受輻射產生強質子酸，催化加成聚合，使樹脂固化，而自由基體系是由光引發劑受UV照射激發產生自由基，引發單體和預聚物聚合交聯；下面以UV自由基體系為例說明：

　　UV自由基固化經過以下步驟：

　　（1)鏈終止：化學反應中，由于自由基含有未偶化電子，非常活潑，極易傾向于基他自由基偶合或發生酸化作用，使鏈反應終止。

　　（2)自由基光引發劑受到UV照射后，激發分解產生自由基：

　　（3)鏈增長：由樹脂和單體產生的自由基可以繼續引發樹脂和單體分子中的不飽和雙鍵產生自由基，進行自由基連鎖反應。

　　（4)引發：引發劑產生的自由基引發樹脂和單體分子的不飽和雙鍵產生新的自由基。

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