第一節　光固化技術原理

光固化技術是利用光或電子束為能量，引發具有化學活性的液態材料快速固化交聯，瞬間固化成固態材料的技術，具有高效、環保、節能等特點，被譽為面向21世紀綠色工業的新技術。2004年5月在美國夏洛特市召開的北美輻射固化國際會議上，光固化和電子束固化技術被歸納為具有“5E”特點的工業技術：efficient（高效）；enabling（適應性廣）；economical（經濟）；energy saving（節能）；environmental friendly（環境友好）。

一、光固化物質組成

光固化反應體系通常由單體、低聚物和引發劑組成。

1. 單體

單體也叫活性稀釋劑，黏度低，和溶劑類似，可以對低聚物和光引發劑等起到稀釋和溶解的作用；但是和溶劑不同的是，其化學結構上含有可發生光固化反應的活性官能團。

2. 低聚物

低聚物是一些分子量從幾百、幾千到上萬的、分子量相對較小的光敏樹脂，其上也含有和單體一樣的活性官能團，可參與光固化反應。低聚物由于具有一定的分子量，所以黏度往往較大，固化后的材料性能通常由其提供。低聚物主要有兩大類，分別是丙烯酸酯類樹脂和環氧類樹脂。

如果體系中僅有單體和低聚物，一般非常穩定，難以進行光固化反應（電子束固化除外），進行光固化反應還需要光引發劑的引發。

3. 引發劑

光引發劑是對光敏感的化學物質，受到合適的光照后可以產生活性種，如自由基或者陽離子活性種，引發單體和低聚物發生固化。通常，在避光條件下，液態光敏樹脂體系非常穩定，可以穩定儲存半年到一年甚至更長，但是一旦見光就會發生快速固化反應。由于液態光敏樹脂體系的平均官能度通常大于1，所以固化后形成交聯的高分子網絡體系，液態光敏樹脂變成了固態的交聯高分子網絡。

二、光固化種類

在光固化技術中，光源的波長和光強是光固化反應兩個比較重要的物理因素，分別決定了是否能發生光固化反應，何種反應機理以及反應的速度等，且最終會影響材料的性能。光源的波長一定要與光引發劑的吸收波長匹配方可引發光固化反應。

根據固化反應機理可以分為自由基光固化和陽離子光固化。

1. 自由基光固化

自由基光固化是由自由基光引發劑經過光照后，產生自由基，自由基引發雙鍵聚合而固化。自由基光固化反應速度快，且在傳統UV行業自由基光固化應用多，技術成熟度高，單體、樹脂、引發劑種類多，已大規模應用，不僅可選擇性多，而且材料成本也相對較低。

常用的自由基光固化單體有丙烯酸酯類、乙烯基類、乙烯基醚類單體；官能度可以為1、2、3以及多官等。

自由基光固化的樹脂有聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、以及聚醚丙烯酸酯等。一般來講，聚氨酯丙烯酸酯具有柔順性和耐磨性好，但由于大量胺酯鍵的存在，分子內或分子間存在大量的氫鍵，使得樹脂黏度通常較大；環氧丙烯酸酯具有固化速度快、強度高，但是脆性大、易泛黃；聚酯丙烯酸酯具有固化質量較好、樹脂性能可調范圍較大；聚醚丙烯酸酯由于分子鏈上存在大量的醚鍵，分子鏈的柔韌性好，耐黃變性好，但是材料比較軟，機械強度、硬度和耐化學性較差。自由基光固化樹脂的官能度通常大于2。

自由基光引發劑的種類多，有裂解型和奪氫型光引發劑。

2. 陽離子光固化

陽離子光固化是陽離子引發劑在光照下產生活性中心超強質子酸，質子酸引發環氧、氧雜環丁烷開環固化或乙烯基醚類材料發生固化。環氧或氧雜環丁烷開環固化具有體積收縮小，不存在氧阻聚等優點。但是陽離子光固化固化誘導期相對較長，反應速度慢，在傳統光固化領域應用相對較少，單體、樹脂、引發劑的種類少，可選擇性少，配方體系的成本較自由基體系高。

可用于陽離子光固化的單體有環氧類、氧雜環丁烷、乙烯基醚類單體。常用的樹脂主要是環氧樹脂。引發劑主要有硫鹽、碘鹽和增感劑。