UV固化的原理及应用

UV固化的概念

UV固化即紫外固化，UV是紫外线的英文缩写，固化是指物质从低分子转变为高分子的过程。UV固化一般是指需要用紫外线固化的涂料（油漆）、油墨、胶粘剂（胶水）或其它灌封密封剂的固化条件或要求，其区别于加温固化、胶联剂（固化剂）固化、自然固化等。

在化工高分子领域里，UV也被作为辐射固化的简称，UV，也就是UV紫外光固化，是利用UV紫外光的中、短波（300-800纳米）在UV辐射下，液态UV材料中的光引发剂受刺激变为自由基或阳离子，从而引发含活性官能团的高分子材料（树脂）聚合成不溶不熔的固体涂膜的过程，是一种20世纪60年代兴起的、环保的、低VOC排放的新技术，20世纪80年以后在我国得以迅速发展。

UV灯及其应用

UV灯是紫外线灯管的简称，是UV固化的重要工具，UV 是紫外线（Ultra-Violet Ray）的英文缩写。这种灯管主要是用来利用紫外线的特性进行光化反应、产品固化、杀菌消毒、医疗检验等。目前大都采用新型的UV LED固化，有UV LED点光源、线光源、面光源。汞灯的、卤素灯慢慢被淘汰。

特点

UV灯为气体放电灯，气体放电灯分为弧光放电和辉光放电，UV固化中常用UV灯为弧光放电灯，其工作原理是：在真空的石英管中加入定量的高纯汞（水银），通过对两端电极提供电压差（压降），产生离子放电，从而产生紫外线辐射。UV灯的功率要满足要求(一般为8 0—120W/cm)；UV灯的最大寿命不能超过1 200h，一般建议使用1 000h；UV灯使用500h换一次，保养一段时间两支UV灯使用时可交替使用，一支为使用500h，另一支为使用500一l 000h之间的灯管；灯管清洗并逆时针旋转1/4周后再使用。

名称来源

UV 是紫外线的英文缩写，工业用 UV 光源光谱范围是200nm-450nm，以365nm为中心。按波段的不同，分别为UV-A，UV-B，UV-C各具有不同的用途。

常用规格

UV灯的强度取决于UV灯管的功率密度，一般常用规格有：

80W /cm 即 200W/inch

120W /cm 即 300W/inch

160W /cm 即 400W/inch

240W /cm 即 600W/inch

应用范围

1、喷涂方面：一般的手机壳喷涂，化妆品外壳，小家电外壳等塑胶喷涂公司大多用得到，手机外壳喷涂与uv印刷这两种行业，对于uv的要求不一样，看他的产品和设备。。

2、印刷方面：丝网印刷，胶印，5色印刷大多使用。像U盘之类、光盘之类的，用的是uv保护胶，在光盘印刷的时候，也会用uv油墨进行丝网印刷，在丝网印刷中，大多采用uv油墨进行印刷。具有干燥快，附着力好，各种性能达标（附着力，耐磨擦力等等）。

3、鞋业方面：就是利用紫外线照射鞋底的材料，使其发生化学反应，使粘接胶与鞋底与鞋面有跟好的亲和性。鞋业，适用于胶着的，uv胶用于塑料粘接，像医院的输液的塑料管的粘接。

4、木业方面：只是进行表面的涂层 ，因为uv涂料（光油等）各方面性能较好：比如耐磨擦力，耐酸碱度，耐候性等等，经过uv的涂装，可以使木地板等表面光泽华丽的感觉。木业涂装，大多使用的灯管长度较长，功率较大，大多在1000mm的长度左右。

5、PCB、LCD行业：pcb 是电路板 uv灯管用于电路板的印刷 一般使用METAL（金属卤素灯管），另外还有一种是曝光灯也属于金属卤素灯 PCB制作的时候，用于曝光显影的，一般用在电路板公司。lcd是显示屏，一般用低压冷紫外线灯管和固化用的灯管不一样，但是都属于紫外线灯，用途不一样。

6、工艺品上光：只要是用到uv上光油的工艺品，都可用uv紫外线灯管。

7、uv自动涂装线：前处理工程采用的是，利用静电除尘枪，或者静电除尘棒来进行处理的，也就是常说的：电晕处理，因为塑料，塑胶的材质，其表面张力很差，经过电晕处理以后，把其表面的表面张力提高，借以加强底材与uv涂料的亲和性，这样会有更好的固化效果，如果前处理做得不好的话，产品的附着力也会出现问题，很多不是灯管的原因，而是设备或者操作工艺流程的问题，还有，uv涂料或者油墨，也有很大的关系。

UV树脂

UV固化技术所采用的树脂体系涉及到一种基本低聚物、实质上它是一种低分子量（约2500）的预聚物，常用的有氨基甲酸酯丙烯酸酯（聚氨酯丙烯酸酯），环氧丙烯酸酯，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类，也正被逐渐采用。低聚物的粘度较高,为便于施工和提高交联固化速度，需要加入单体作为活性稀释剂来调整树脂的流变性。活性稀释剂的结构对最终涂膜的性能如流动性，滑爽性，润湿性，溶胀性，收缩性，附着力以及涂膜内部的迁移性是有重要影响的。活性稀释剂可以是单官能度的，也可以是多官能度的，后者较好，因为它可以使固化时的交联度提高。对活性稀释剂的性能要求有、稀释能力、溶解性、气味、降低介质粘度的能力、挥发性、官能度、表面张力，聚合时的收缩性，均聚物的玻璃化温度(Tg)，对整个固化速度的影响力 和毒性。所采用的单体应该对皮肤刺激性并经Draize测定其值不超过3级的单体。用作活性稀释剂的典型单体是三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）品种。三丙二醇二丙烯酸酯是继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团单体 ,除保持了前代产品的粘度低、固化速度快等优点外 ,在刺激性、附着力和韧性等方面有了很大改进 ,是理想的换代产品。目前 ,三丙二醇二丙烯酸酯的生产多以浓硫酸、对甲苯磺酸为催化剂 ,但其对设备腐蚀严重 ,且副反应多 ,后处理复杂 ,又形成三废污染环境。

UV固化涂料的典型配方  组分 %

低聚物                40-50

单体                  40-50

光引发剂/光敏剂       1-10

表面活性剂,助剂       0.5-1.0

颜料（如果需要,其用量控制在以得到满意的遮盖为准）在UV固化的化学机理方面快速聚合反应用实际上是在合适的光引发剂和/或光敏剂以及高性能的灯光条件下产生游离基反应而实现的。能产生游离基的和产生阳离子中间体的光引发剂都是可以使用的。但在现今工业上经常用前一种（即能够产生游离基的光引发剂）。

UV光固化的原理

　　目前就当前来说紫外光固化是辐射固化的一类，辐射固化是利用电磁辐射实现的，如紫外线（UV）或电子束（EB）照射涂层，产生辐射聚合、辐射交联和辐射接技等反应。迅速将低分子量物质转变成高分子量产物的化学反应过程，而且固化是在不加热的底材上直接进行的，体系中不含溶剂或含极少量溶剂，辐照后液膜几乎100%固化，因而VOC（挥发性有机化合物）排放量很低。自从该项目在各大领域得到飞速发展后，它产品目前已经在各大领域中能得到广泛应用和推广。

　　UV光固化体系分为阳离子体系和自由基体系两大体系，而且两者固化机理成分都有所不同。阳离子体系是由阳离子光引发剂受辐射产生强质子酸，催化加成聚合，使树脂固化，而自由基体系是由光引发剂受UV照射激发产生自由基，引发单体和预聚物聚合交联；下面以UV自由基体系为例说明：

　　UV自由基固化经过以下步骤：

　　（1)链终止：化学反应中，由于自由基含有未偶化电子，非常活泼，极易倾向于基他自由基偶合或发生酸化作用，使链反应终止。

　　（2)自由基光引发剂受到UV照射后，激发分解产生自由基：

　　（3)链增长：由树脂和单体产生的自由基可以继续引发树脂和单体分子中的不饱和双键产生自由基，进行自由基连锁反应。

　　（4)引发：引发剂产生的自由基引发树脂和单体分子的不饱和双键产生新的自由基。

在UV体系的引发技术方面，研究的是阳离子光引发剂的使用。三芳基硫盐是这类光引发剂的典型例子。在这个阳离子系统中，活化过程类似于游离基聚合过程，即：光吸收，增感作用，引发，传递和最后的链终止。阳离子体系的一个优点是反应不会受到氧的抑制，而传统的游离基引发剂却会受到氧的抑制作用。但是，阳离子引发剂却对亲核性的杂质诸如水很敏感，这类杂质会中和阳离子使链增长发生终上。阳离子引发剂在价格上相对较贵，因此也不常用。