高分子光化學(xué)作業(yè)

論文題目：紫外光固化涂料研究進展院系：高分子科學(xué)系 專業(yè)：高分子化學(xué)與物理姓名：趙娟 學(xué)號摘要：紫外光（UV）固化涂料是以輻照固化技術(shù)為特征的環(huán)保節(jié)能型涂料，與傳統(tǒng)涂料相比，其具有節(jié)能、高效、性能優(yōu)異等優(yōu)點，近年來發(fā)展迅速。本文重點綜述了紫外光固化涂料的發(fā)展概況,介紹了UV光固化涂料的特點、組成、性能及固化機理,并闡述了其研究及應(yīng)用現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：紫外光固化涂料；研究進展；應(yīng)用

前言：光化學(xué)是研究光與物質(zhì)相互作用所引起的永久性化學(xué)效應(yīng)的化學(xué)分支學(xué)科。研究處于電子激發(fā)態(tài)的原子和分子的結(jié)構(gòu)及其物理和化學(xué)性質(zhì)的科學(xué)。光化學(xué)是從19世紀(jì)成立的一門科學(xué)。18世紀(jì)末Hales首次報道了光合作用。19世紀(jì)，多伯瑞納JW研究了金屬離子的光誘導(dǎo)反應(yīng)。60年代后期，隨著量子化學(xué)和物理測試手段（主要是激光技術(shù)和電子技術(shù)）的發(fā)展，光化學(xué)開始飛速發(fā)展。1977年原中國科學(xué)感光化學(xué)研究所的科研人員首次開始了我國在光化學(xué)領(lǐng)域的研究工作。之后，光化學(xué)在各個領(lǐng)域發(fā)展迅速?，F(xiàn)在使用光誘導(dǎo)的方法合成復(fù)雜化合物成為一種新方法，其優(yōu)點是光化學(xué)反應(yīng)可以縮短全合成路線，經(jīng)濟實用、為生產(chǎn)者提供安全的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、光化學(xué)反應(yīng)的底物發(fā)生反應(yīng)時不需要加入別的試劑，因此光照過程中副反應(yīng)少，不需要基團保護、增加化合物合成途徑、可以通過光反應(yīng)用簡單原料合成多環(huán)，比較復(fù)雜化合物、反應(yīng)條件溫和，光是清潔的試劑。紫外光固化涂料第一份專利誕生在1947年，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，UV固化涂料已經(jīng)成為較為成熟的技術(shù)，特別是隨著人們環(huán)保意識的提高，生產(chǎn)和研究人員更加注意UV固化涂料的開發(fā)和應(yīng)用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Morgan</Author><Year>1984</Year><RecNum>122</RecNum><DisplayText>[1]</DisplayText><record><rec-number>122</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">122</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Morgan,C.R.</author><author>Kyle,D.R.</author><author>Bush,R.W.</author></authors></contributors><titles><title>UV-CURABLECONFORMALCOATINGS</title><secondary-title>AcsSymposiumSeries</secondary-title></titles><periodical><full-title>AcsSymposiumSeries</full-title></periodical><pages>373-377</pages><volume>242</volume><dates><year>1984</year></dates><isbn>0097-6156</isbn><accession-num>WOS:A1984SH94000029</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:A1984SH94000029</url></related-urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Morgan,1984#122"1]。UV固化涂料是一種綠色環(huán)保型涂料，它完全符合“4E”原則，一般UV固化能耗為熱固化的1/5，且UV固化涂料含揮發(fā)組分較少，污染小，最吸引研究人員和開發(fā)商的是UV固化涂料能減少原材料消耗，有利于降低經(jīng)濟成本。紫外光固化技術(shù)具有固化速度快，污染少，高效節(jié)能等優(yōu)點ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Gummeson</Author><Year>1990</Year><RecNum>123</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>123</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">123</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Gummeson,J.J.</author></authors></contributors><titles><title>ACRYLATEDMELAMINESINUV-CURABLECOATINGS</title><secondary-title>AcsSymposiumSeries</secondary-title></titles><periodical><full-title>AcsSymposiumSeries</full-title></periodical><pages>176-193</pages><volume>417</volume><dates><year>1990</year></dates><isbn>0097-6156</isbn><accession-num>WOS:A1990CN79600014</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:A1990CN79600014</url></related-urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Gummeson,1990#123"2]。紫外光固化涂料：紫外光固化涂料是指在紫外光照謝下可以發(fā)生光聚合或光交聯(lián)反應(yīng)。它具有固化速度快、無有機揮發(fā)組分的排放、固化溫度低、環(huán)保節(jié)能、涂層性能優(yōu)異等優(yōu)點，因而成為人們關(guān)注和研究的熱點ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Nahm</Author><Year>1991</Year><RecNum>124</RecNum><DisplayText>[3]</DisplayText><record><rec-number>124</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">124</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Nahm,S.H.</author></authors></contributors><titles><title>PROSPECTSFORRADIATIONCUREDCOATINGSINFOODCONTACTAPPLICATIONS</title><secondary-title>JournalofCoatingsTechnology</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofCoatingsTechnology</full-title></periodical><pages>47-54</pages><volume>63</volume><number>798</number><dates><year>1991</year><pub-dates><date>Jul</date></pub-dates></dates><isbn>0361-8773</isbn><accession-num>WOS:A1991FX06800004</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:A1991FX06800004</url></related-urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Nahm,1991#124"3]。近年來，環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)厲，表面涂裝工藝一直期望開發(fā)低污染、高速高效的成膜方法。紫外光固化技術(shù)在涂料中的成功應(yīng)用，開發(fā)了紫外光固化涂料，具有許多傳統(tǒng)涂料無法比擬的優(yōu)點:1、固化速度快，幾乎是瞬間成膜，生產(chǎn)效率高，適合流水線生產(chǎn)，節(jié)省場地與空間。2、節(jié)省能源，能耗約為傳統(tǒng)熱固化涂料的1/5～1/10。3、基本無溶劑排放，揮發(fā)性有機化合物(VOC)含量低，安全不污染環(huán)境，組份幾乎100%成膜。4、可涂布熱敏感的基質(zhì)(木材、紙、紡織品、皮革)及熱容量大的物質(zhì)(厚金屬板、混凝土)。5、設(shè)備占地小，投資少。固化工藝保證涂層更薄，并有優(yōu)良的性能，從而減少原材料消耗，有利于降低經(jīng)濟成本;除噴涂產(chǎn)品含少量揮發(fā)性溶劑外，淋涂、輥涂、甩涂等涂裝方式的固含量均達到100%，是新一代綠色化工產(chǎn)品。紫外光固化涂料不僅有液態(tài)，還有粉末型、水分散型等。當(dāng)然，光固化涂料也不可避免地存在一些缺點，如紫外光穿透能力有限，因而不適合作為形狀復(fù)雜物體的表面涂層。此外，光敏涂料的價格往往比一般涂料高，在一定程度上會限制其應(yīng)用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Zhang</Author><Year>2011</Year><RecNum>121</RecNum><DisplayText>[4]</DisplayText><record><rec-number>121</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">121</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Zhang,Yong</author><author>Zhan,Fu</author><author>Shi,Wenfang</author></authors></contributors><titles><title>Photopolymerizationbehaviorandpropertiesofhighlybranchedpoly(thioether-urethane)acrylatesusedforUV-curingcoatings</title><secondary-title>ProgressinOrganicCoatings</secondary-title></titles><periodical><full-title>ProgressinOrganicCoatings</full-title></periodical><pages>399-405</pages><volume>71</volume><number>4</number><dates><year>2011</year></dates><isbn>0300-9440</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"Zhang,2011#121"4]。紫外光固化涂料的組成；紫外光固化涂料主要由光引發(fā)劑、光活性單體、光活性低聚物等組成。光引發(fā)劑的引發(fā)效率對配方的成本及光固化速率的影響至關(guān)重要。其中低聚物是UV固化涂料的基料樹脂，作為骨架在整個體系中占有相當(dāng)大的比例，對整個體系的性能，如硬度、柔韌性、附著力、光學(xué)性能、耐久性及耐老化性能等起著決定性作用。多官能團單體一方面對組分起到稀釋作用，提高可加工性能，另一方面對光固化體系的聚合速率影響很大ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Bongiovanni</Author><Year>1999</Year><RecNum>125</RecNum><DisplayText>[5]</DisplayText><record><rec-number>125</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">125</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Bongiovanni,R.</author><author>Malucelli,G.</author><author>Sangermano,M.</author><author>Priola,A.</author></authors></contributors><titles><title>PropertiesofUV-curablecoatingscontainingfluorinatedacrylicstructures</title><secondary-title>ProgressinOrganicCoatings</secondary-title></titles><periodical><full-title>ProgressinOrganicCoatings</full-title></periodical><pages>70-78</pages><volume>36</volume><number>1-2</number><dates><year>1999</year><pub-dates><date>Jun</date></pub-dates></dates><isbn>0300-9440</isbn><accession-num>WOS:000081773400010</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000081773400010</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/s0300-9440(99)00033-8</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[\o"Bongiovanni,1999#125"5]。紫外光固化涂料的固化機理；紫外光固化需要依靠光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基或陽離子引發(fā)聚合，交聯(lián)反應(yīng)通過不飽和雙鍵進行，在UV輻射下，液態(tài)UV材料中的光引發(fā)劑被激發(fā)，產(chǎn)生自由基或陽離子，引發(fā)材料中帶不飽和雙鍵的化合物(聚合物、預(yù)聚物和單體)發(fā)生聚合反應(yīng)，交聯(lián)成網(wǎng)狀固化膜ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Wang</Author><Year>2009</Year><RecNum>126</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>126</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">126</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Wang,H.L.</author><author>Xu,S.P.</author><author>Shi,W.F.</author></authors></contributors><titles><title>PhotopolymerizationbehaviorsofhyperbranchedpolyphosphonateacrylateandpropertiesoftheUVcuredfilm</title><secondary-title>ProgressinOrganicCoatings</secondary-title></titles><periodical><full-title>ProgressinOrganicCoatings</full-title></periodical><pages>417-424</pages><volume>65</volume><number>4</number><dates><year>2009</year><pub-dates><date>Aug</date></pub-dates></dates><isbn>0300-9440</isbn><accession-num>WOS:000268442100001</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000268442100001</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.porgcoat.2009.03.005</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[\o"Wang,2009#126"6]。如今，利用小分子表面活性劑已能制備出各種低毒、高溶解性能的藥物膠束，一個網(wǎng)狀聚合物既能由高分子鏈相互連接形成，又能通過那些每個分子上至少含有2個活性點的單體或低聚物的反應(yīng)而形成。當(dāng)紫外光輻射導(dǎo)致引發(fā)時，隨即是一種反應(yīng)速度極快的鏈反應(yīng)。由于大部分單體分子通常在紫外光輻射下不產(chǎn)生活性種，必須加入光引發(fā)劑，因此典型的紫外光固化配方必須包含2個最基本組分：能有效地吸收紫外光并能高效產(chǎn)生活性種的光引發(fā)劑和至少帶有2個能形成聚合物網(wǎng)絡(luò)的不飽和基團的單體或低聚物。紫外光固化涂料經(jīng)紫外光照射后，首先光引發(fā)劑吸收紫外光輻射能量而被激活，其分子外層電子發(fā)生躍遷，在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生活性中心，然后活性中心與樹脂中的不飽和基團作用，引發(fā)光固化樹脂和活性稀釋劑分子中的雙鍵斷開，發(fā)生連續(xù)聚合反應(yīng)，從而相互交聯(lián)成膜?；瘜W(xué)動力學(xué)研究表明，紫外光促使UV涂料固化的機理屬于自由基連鎖聚合。首先是光引發(fā)階段；其次是鏈增長反應(yīng)階段，這一階段隨著鏈增長的進行，體系會出現(xiàn)交聯(lián)，固化成膜；最后鏈自由基會通過偶合或歧化而完成鏈終止。在UV固化的3個連續(xù)階段中，光引發(fā)的速度最慢，是整個光固化反應(yīng)速度的控制階段，因此，光敏劑的光引發(fā)活性直接影響著UV固化涂料的干燥速度。綜上分析，UV固化涂料的性能與UV強度以及波長有關(guān)，同時與UV涂料的結(jié)構(gòu)組成即預(yù)聚物、活性稀釋劑及顏填料等因素有關(guān)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Lalevee</Author><Year>2009</Year><RecNum>127</RecNum><DisplayText>[7]</DisplayText><record><rec-number>127</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">127</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Lalevee,J.</author><author>El-Roz,M.</author><author>Allonas,X.</author><author>Fouassier,J.P.</author></authors></contributors><titles><title>SurfacemodificationofaUVcurableacrylatecoating:Insituintroductionofhydrophobicproperties</title><secondary-title>ProgressinOrganicCoatings</secondary-title></titles><periodical><full-title>ProgressinOrganicCoatings</full-title></periodical><pages>457-461</pages><volume>65</volume><number>4</number><dates><year>2009</year><pub-dates><date>Aug</date></pub-dates></dates><isbn>0300-9440</isbn><accession-num>WOS:000268442100008</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000268442100008</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.porgcoat.2009.04.002</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[\o"Lalevee,2009#127"7]。紫外光固化涂料的應(yīng)用：紫外光固化涂料的眾多優(yōu)點及其適用性吸引了許多科學(xué)家們的目光，因此已有許多紫外光固化涂料應(yīng)用于實際生活中：紙張上光、印刷油墨紫外光固化紙張罩光涂料是一項省能源、省資源、無污染的高科技產(chǎn)品，是輻射固化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。紙張（紙制品、禮品、出版物、雜志、書籍、廣告、宣傳品、啤酒瓶等貼頭）多用國產(chǎn)UV固化涂料涂覆，以提高其光澤，保護印刷品。經(jīng)紫外光固化涂料上光后的彩色包裝紙、標(biāo)簽紙、書刊、卡片的表面，附著力好、不起泡、不卷邊、光澤亮麗、品質(zhì)高檔ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>韓飛雁</Author><Year>2001</Year><RecNum>129</RecNum><DisplayText>[8]</DisplayText><record><rec-number>129</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">129</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>韓飛雁</author><author>楊小毛</author><author>楊建文</author></authors></contributors><titles><title>紫外光固化水性涂料</title><secondary-title>膠體與聚合物</secondary-title></titles><periodical><full-title>膠體與聚合物</full-title></periodical><pages>23-26</pages><volume>19</volume><number>2</number><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"韓飛雁,2001#129"8]。金屬基材鋼管臨時防銹；鋼管防腐蝕用底漆、面漆；鋁材的著色裝飾、防銹；飲料罐的內(nèi)外壁涂層，目前多用進口UV固化涂料。紫外光固化涂料用于器械和罐頭盒等的裝飾，它將部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)涂料而賦予多種金屬制品高雅美觀的外表。此外，還用于鋼管的暫時性防銹，涂層易于用堿液清除，不影響鋼管的后續(xù)表面處理ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>鐘荊祥</Author><Year>2011</Year><RecNum>131</RecNum><DisplayText>[9]</DisplayText><record><rec-number>131</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">131</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>鐘荊祥</author><author>程紹楠</author><author>王鵬</author><author>胡中源</author></authors></contributors><titles><title>金屬用紫外光固化涂料的研發(fā)</title><secondary-title>上海涂料</secondary-title></titles><periodical><full-title>上海涂料</full-title></periodical><pages>10-13</pages><volume>49</volume><number>12</number><dates><year>2011</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"鐘荊祥,2011#131"9]。木器在木地板中的用量較大，主要是為了提高木地板的耐磨性、耐沾污性，減少VOC（揮發(fā)性有機化合物）的排放。這類UV固化涂料已實現(xiàn)了國產(chǎn)化。用于提高家具的外觀及耐擦傷性，目前國產(chǎn)UV固化涂料與其要求還有一定差距ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>彭鈞浪</Author><Year>2013</Year><RecNum>128</RecNum><DisplayText>[10]</DisplayText><record><rec-number>128</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">128</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>彭鈞浪</author><author>陶薇</author><author>徐芬</author><author>楊建誼</author></authors></contributors><titles><title>水性紫外光木器涂料的研制</title><secondary-title>中國涂料</secondary-title></titles><periodical><full-title>中國涂料</full-title></periodical><volume>28</volume><number>4</number><dates><year>2013</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"彭鈞浪,2013#128"10]。3.4．光纖光纖帶光纜的核心單元是光纖帶，光纖帶就是經(jīng)過著色后的合格光纖按照一定色譜排列，通過并帶樹酯或并帶涂料的粘合樹脂涂覆相連而成，并帶涂料就是紫外光固化涂料，具有節(jié)能、環(huán)保、高效等特點，被稱為21世紀(jì)的綠色技術(shù)。紫外光固化涂料用于保持石英玻璃拉制成纖維后的強度和防止環(huán)境污染，并能賦予各條光纖不同顏色，以示區(qū)別ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Masson</Author><Year>2004</Year><RecNum>132</RecNum><DisplayText>[11]</DisplayText><record><rec-number>132</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="9zfrsvr59exwf5e5vt6x9xe2f9fsz2r2x2e9">132</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Masson,F.</author><author>Decker,C.</author><author>Andre,S.</author><author>Andrieu,X.</author></authors></contributors><titles><title>UV-curableformulationsforUV-transparentopticalfibercoatingsI.Acrylicresins</title><secondary-title>ProgressinOrganicCoatings</secondary-title></titles><periodical><full-title>ProgressinOrganicCoatings</full-title></periodical><pages>1-12</pages><volume>49</volume><number>1</number><dates><year>2004</year><pub-dates><date>Jan</date></pub-dates></dates><isbn>0300-9440</isbn><accession-num>WOS:000188413800001</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000188413800001</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/s0300-9440(03)00122-x</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[\o"Masson,2004#132"11]。總結(jié)：國內(nèi)光固化涂料的應(yīng)用起步較國外慢，但發(fā)展十分迅速，增長速度居全球之首。紫外光固化涂料因其無污染、效率高等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于家居木器、印刷版、建筑材料、體育用品、電子通訊、包裝材料和汽車部件等不同領(lǐng)域。特別是近十年來，隨著紫外光固技術(shù)及其涂料得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用，在傳統(tǒng)的紫外光固化涂料的基礎(chǔ)上開發(fā)出更加環(huán)保的水性紫外光固化涂料，對人體健康無影響，不易燃燒，安全性好，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M一步擴大。我國紫外光固化涂料產(chǎn)業(yè)雖有一定基礎(chǔ)，近年來獲得了迅速發(fā)展，但與世界發(fā)達國家比較，在品種、質(zhì)量、市場規(guī)模和研究、開發(fā)等方面，還存在較大差距。國外光固化涂料已在汽車涂料、信用卡和光盤用涂料、高性能光纖涂料、粉末涂料、水性涂料和噴涂的涂料中擴大應(yīng)用。隨著紫外光固化涂料在我國的深入研究，新產(chǎn)品不斷開發(fā)成功，有