【UV膠氧阻聚】紫外線固化產品的氧氣抑制原因分析(圖文)

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大多數紫外線固化聚合物通過稱為自由基聚合的過程固化，其中高反應性自由基驅動鏈增長反應。然而，當自由基分子與空氣中的氧氣反應時，可能發生早期鏈終止，導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，這可能對密封劑，密封劑和涂層造成問題。
這篇文章致力于氧氣抑制的概念，專門針對以下主題：
為何發生氧氣抑制
通過配方的變化克服氧氣抑制
用生產方法克服氧氣抑制
用陽離子替代品克服氧氣抑制

為什么會出現氧氣抑制？
為了充分理解為什么會發生氧氣抑制，首先要快速了解自由基聚合的發生方式。自由基聚合包括三個階段：起始，傳播和終止。

聚合過程的引發可以通過各種類型的化合物進行。在UV固化產品的情況下，這是化合物是光引發劑。光引發劑在暴露于諸如UV的輻射時產生自由基（基本上只是具有不成對電子且因此具有高反應性的分子）。在引發步驟中產生的自由基與附近的單體反應，也將它們轉化為自由基
由于單體本身現在是自由基，它也會與其他單體反應，形成更長的自由基鏈。該過程稱為傳播，其中不斷添加單體以使聚合物鏈變得更長和更長。
終止? 是自由基聚合過程的最后一步，并將阻止聚合物鏈的生長。終止可以以許多方式發生，例如兩個自由基鏈的組合，或者自由基從生長鏈到單體的轉移。當自由基鏈與環境中的其他分子（例如氧）反應時，也可發生終止。
重要的是要認識到終止是自由基聚合的自然組分，然而，提前終止是一個問題。

當然，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，包括引發劑分子。這種猝滅? 導致引發劑失去其自由基和反應性狀態，這隨后降低了引發劑產生的自由基的數量，引發的聚合物鏈較少，當然產生的聚合物鏈的數量較少。
引發劑與分子氧的反應也產生氧自由基。該氧自由基與已存在的傳播自由基反應，將傳播鏈轉化為氧基自由基（這是清除反應）。這種所得類型的自由基反應性較低，這通過產生較低分子量的聚合物進一步抑制聚合過程。

由于氧的存在極大地阻礙了自由基聚合，因此長期以來一直認為氧抑制是聚合物的問題，例如通過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，這就是為什么它經常被稱為表面固化問題。

然而，由于氧氣抑制是眾所周知且解決的問題，因此存在許多方法來克服UV固化產物的氧氣抑制：

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（某些產品明顯優于其他產品）
具體的生產方法 – 存在允許最終用戶在生產/組裝期間控制氧氣抑制程度的生產方法。
陽離子替代品 – 存在通過陽離子聚合反應固化的UV固化產物。陽離子聚合對氧不敏感。
以下部分涉及上述每種方法。

通過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氧自由基反應，減少清除。

但是，這些化學品中的每一種都有各自的優點和缺點：
硫醇? 改善了化合物的耐熱性，減少了水分的吸收，同時也提高了附著力。不幸的是，使用硫醇導致產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，用胺配制可能導致淡黃色，以及一些殘留的氣味，并且所得產品對水分非常敏感。
醚可以大量使用，但是，它們通常會影響涂層的某些性能，并且它們會降低溫度和耐水性。
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，并且蠟需要相當長的時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劑的濃度，這當然很容易做到，但這會導致產生更多殘留物和副產物，以及降低涂層性能。
所有這一切的要點是：自由基聚合物配方具有很高的通用性，并且根據您的應用，產品可以滿足您的應用要求，并且具有低水平的氧氣抑制作用，可能已經存在或可以配制。

用生產方法克服氧氣抑制
從最終用戶的角度來看，通過控制環境變量和控制紫外光源的強度/波長，可以減少氧氣抑制：

控制環境變量 – 通過在惰性氣體如氮氣存在下進行固化過程，可以從UV固化區中除去氧氣，但是，這通常是昂貴的并且難以實施。
紫外線強度 – 增加光強度也會直接增加自由基的含量，而且不會影響涂層的性能。然而，這種方法通常能量密集且成本高。
紫外波長 – 不同波長也可用于間接降低固化過程中的氧氣抑制。背后的概念是特定波長傾向于在涂層的不同部分被吸收。在表面上，較短的波長，如UVC射線，通常被吸收，而在內部，靠近基板，往往會吸收更長的波長，如UVAs。遵循這種思路，中波長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會增加產品對輻射的總體暴露，這也增加了產生的自由基的量。
盡管上述方法對于最終用戶來說通常成本更高，但在許多情況下UV固化過程總體上仍然較便宜。

用陽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離子基產品（如環氧樹脂），而不是使用基于自由基聚合的產品（如丙烯酸酯粘合劑和密封劑）。陽離子聚合產物以與自由基聚合相同的方式制備，包括相同的引發，傳播和終止步驟。然而，聚合反應是由產生陽離子的化合物引發的，陽離子攻擊單體單元，并通過連續生成陽離子鏈而增長。在這種情況下，分子氧不會干擾反應過程。
然而，一個要求是由引發劑產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品不受大氣氧影響，它們仍然可以通過水分的存在而被破壞，水分是相對強的親核化合物。