紫外线固化技术和光引发剂

紫外线固化是一种环保、节能、高性能的先进技术。

由于紫外线粘合剂材料具有耐高温、适用性广和抗化学腐蚀等特点，因此被用于粘合飞机发动机部件和组装航天器。

紫外线固化在医疗保健行业的应用

紫外线 LED 光源系统能够快速固化光引发粘合剂，从而无需使用挥发性粘合剂，因此在医疗领域得到了广泛应用。紫外线固化粘合剂具有节能、降低消耗、加快固化时间、提高生产效率以及与自动化流程无缝集成等显著优势。

紫外光固化在 3D 打印中的应用

光聚合三维打印是当今最先进的快速成型技术之一，具有高打印精度和商业可行性。它具有能耗低、成本效益高、精度高、表面光滑、可重复性好等优点，可广泛应用于众多高科技领域。例如，通过打印具有复杂结构的火箭发动机原型，可以分析气体流动模式，从而帮助设计出更紧凑、燃烧效率更高的发动机。这大大提高了复杂部件的研发效率，缩短了汽车研发周期。此外，它还可以直接打印模具或反向模具，实现快速原型制作。

紫外线光源的分类

根据固化光源的不同，光聚合主要分为传统的汞灯固化和新兴的紫外线 LED 固化。与传统汞灯固化相比，紫外线 LED 固化也有一定的局限性。最大的区别在于，传统汞灯发出的光谱几乎覆盖了整个紫外线波长范围，而紫外线 LED 固化由于硬件技术限制和成本考虑，目前仅限于长波长的 UVA 波段。

汞灯与紫外线 LED 光源的发射光谱比较

光引发剂

光引发剂在光固化配方中所占的比例相对较小，通常约为 2%-5%，但却发挥着举足轻重的作用。

要发生光固化反应，光引发剂必须吸收紫外线光源发出的紫外线，产生自由基。然后，这些自由基引发聚合反应，最终将产品固化成最终形态。

紫外线光源的发射光谱必须与光引发剂的吸收光谱相匹配。传统的光引发剂（如 1173 和 184）在短波紫外线区域有最大吸收，因此更适合用传统的汞灯固化。

相比之下，紫外 LED 主要在几个特定波段发光，如 365 纳米、385 纳米、395 纳米和 405 纳米。基于氧化磷的光引发剂在这些波段具有相对较强的吸收能力，因此可广泛应用于紫外 LED 系统。

自由基光引发剂

光引发剂

光引发剂是光固化材料的重要组成部分。它们吸收辐射能，在激发后发生化学变化，并产生能引发聚合反应的活性中间体（自由基或阳离子）。

根据吸收光的波长，光引发剂可分为紫外线光引发剂（波长为 250nm-400nm ）和可见光光引发剂（波长为 400nm-700nm ）。根据光聚合机理，可分为自由基型光引发剂和阳离子型光引发剂。

根据自由基生成机制，自由基引发剂可进一步分为两类：裂解型引发剂（又称 I 型引发剂）和氢清除型引发剂（又称 II 型引发剂）。

裂解型自由基光引发剂

裂解型自由基光引发剂是指分子在吸收光能后过渡到激发的单线态，随后发生系统间交叉而进入激发的三线态。在激发的单重态或三重态下，分子结构会变得不稳定，导致弱键发生同源裂解。这就会产生初级活性自由基，引发低聚物和活性稀释剂的聚合和交联。

裂解型自由基光引发剂主要是芳烷基酮化合物，包括苯基香豆素及其衍生物（如苯甲酸醚）、苯基香豆酸及其衍生物（如 651）、苯基丙酮衍生物（如 DEAP）、α-羟基酮衍生物（如 1173、184、2959）、α-羟基酮衍生物（如 1173、184、2959）、α-羟基酮衍生物（如 1173、184、2959）、651）、苯丙酮衍生物（如 DEAP）、α-羟基酮衍生物（如 1173、184、2959）、α-氨基烷基苯丙酮（907、369）和酰基膦氧化物（TPO、TPO-L、819）。

氢清除自由基光引发剂

氢清除光引发剂是指光引发剂分子吸收光能，经过激发和系统间交叉达到激发的三重态，然后与助引发剂（氢供体）发生双分子反应。通过电子转移，它们产生活性自由基，从而引发低聚物和活性稀释剂的聚合和交联。主要例子包括二苯甲酮及其衍生物、硫代蒽醌（ITX、DETX）和蒽醌（2-EA）。

辅助引发剂是与氢清除光引发剂一起使用的氢供体。从结构上看，它们都在α-碳位置上含有至少一个叔胺，主要是叔胺化合物。它们与氢清除光引发剂的激发态发生反应，形成激发自由基复合物，其中氮原子失去一个电子，与氮相邻的 α 碳上的氢变成强酸性，很容易以质子形式离开。这就产生了以 C 为中心的活性叔胺烷基自由基，从而引发低聚物和活性稀释剂的聚合和交联。叔胺化合物包括脂肪族叔胺、乙醇胺型叔胺、苯甲酸叔胺酯和活性胺。