第一节　光固化技术原理

光固化技术是利用光或电子束为能量，引发具有化学活性的液态材料快速固化交联，瞬间固化成固态材料的技术，具有高效、环保、节能等特点，被誉为面向21世纪绿色工业的新技术。2004年5月在美国夏洛特市召开的北美辐射固化国际会议上，光固化和电子束固化技术被归纳为具有“5E”特点的工业技术：efficient（高效）；enabling（适应性广）；economical（经济）；energy saving（节能）；environmental friendly（环境友好）。

一、光固化物质组成

光固化反应体系通常由单体、低聚物和引发剂组成。

1. 单体

单体也叫活性稀释剂，黏度低，和溶剂类似，可以对低聚物和光引发剂等起到稀释和溶解的作用；但是和溶剂不同的是，其化学结构上含有可发生光固化反应的活性官能团。

2. 低聚物

低聚物是一些分子量从几百、几千到上万的、分子量相对较小的光敏树脂，其上也含有和单体一样的活性官能团，可参与光固化反应。低聚物由于具有一定的分子量，所以黏度往往较大，固化后的材料性能通常由其提供。低聚物主要有两大类，分别是丙烯酸酯类树脂和环氧类树脂。

如果体系中仅有单体和低聚物，一般非常稳定，难以进行光固化反应（电子束固化除外），进行光固化反应还需要光引发剂的引发。

3. 引发剂

光引发剂是对光敏感的化学物质，受到合适的光照后可以产生活性种，如自由基或者阳离子活性种，引发单体和低聚物发生固化。通常，在避光条件下，液态光敏树脂体系非常稳定，可以稳定储存半年到一年甚至更长，但是一旦见光就会发生快速固化反应。由于液态光敏树脂体系的平均官能度通常大于1，所以固化后形成交联的高分子网络体系，液态光敏树脂变成了固态的交联高分子网络。

二、光固化种类

在光固化技术中，光源的波长和光强是光固化反应两个比较重要的物理因素，分别决定了是否能发生光固化反应，何种反应机理以及反应的速度等，且最终会影响材料的性能。光源的波长一定要与光引发剂的吸收波长匹配方可引发光固化反应。

根据固化反应机理可以分为自由基光固化和阳离子光固化。

1. 自由基光固化

自由基光固化是由自由基光引发剂经过光照后，产生自由基，自由基引发双键聚合而固化。自由基光固化反应速度快，且在传统UV行业自由基光固化应用多，技术成熟度高，单体、树脂、引发剂种类多，已大规模应用，不仅可选择性多，而且材料成本也相对较低。

常用的自由基光固化单体有丙烯酸酯类、乙烯基类、乙烯基醚类单体；官能度可以为1、2、3以及多官等。

自由基光固化的树脂有聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、以及聚醚丙烯酸酯等。一般来讲，聚氨酯丙烯酸酯具有柔顺性和耐磨性好，但由于大量胺酯键的存在，分子内或分子间存在大量的氢键，使得树脂黏度通常较大；环氧丙烯酸酯具有固化速度快、强度高，但是脆性大、易泛黄；聚酯丙烯酸酯具有固化质量较好、树脂性能可调范围较大；聚醚丙烯酸酯由于分子链上存在大量的醚键，分子链的柔韧性好，耐黄变性好，但是材料比较软，机械强度、硬度和耐化学性较差。自由基光固化树脂的官能度通常大于2。

自由基光引发剂的种类多，有裂解型和夺氢型光引发剂。

2. 阳离子光固化

阳离子光固化是阳离子引发剂在光照下产生活性中心超强质子酸，质子酸引发环氧、氧杂环丁烷开环固化或乙烯基醚类材料发生固化。环氧或氧杂环丁烷开环固化具有体积收缩小，不存在氧阻聚等优点。但是阳离子光固化固化诱导期相对较长，反应速度慢，在传统光固化领域应用相对较少，单体、树脂、引发剂的种类少，可选择性少，配方体系的成本较自由基体系高。

可用于阳离子光固化的单体有环氧类、氧杂环丁烷、乙烯基醚类单体。常用的树脂主要是环氧树脂。引发剂主要有硫盐、碘盐和增感剂。