高分子光化学作业

论文题目：紫外光固化涂料研究进展院系：高分子科学系 专业：高分子化学与物理姓名：赵娟 学号摘要：紫外光（UV）固化涂料是以辐照固化技术为特征的环保节能型涂料，与传统涂料相比，其具有节能、高效、性能优异等优点，近年来发展迅速。本文重点综述了紫外光固化涂料的发展概况,介绍了UV光固化涂料的特点、组成、性能及固化机理,并阐述了其研究及应用现状。关键词：紫外光固化涂料；研究进展；应用

前言：光化学是研究光与物质相互作用所引起的永久性化学效应的化学分支学科。研究处于电子激发态的原子和分子的结构及其物理和化学性质的科学。光化学是从19世纪成立的一门科学。18世纪末Hales首次报道了光合作用。19世纪，多伯瑞纳JW研究了金属离子的光诱导反应。60年代后期，随着量子化学和物理测试手段（主要是激光技术和电子技术）的发展，光化学开始飞速发展。1977年原中国科学感光化学研究所的科研人员首次开始了我国在光化学领域的研究工作。之后，光化学在各个领域发展迅速。现在使用光诱导的方法合成复杂化合物成为一种新方法，其优点是光化学反应可以缩短全合成路线，经济实用、为生产者提供安全的工业生产环境、光化学反应的底物发生反应时不需要加入别的试剂，因此光照过程中副反应少，不需要基团保护、增加化合物合成途径、可以通过光反应用简单原料合成多环，比较复杂化合物、反应条件温和，光是清洁的试剂。紫外光固化涂料第一份专利诞生在1947年，经过半个多世纪的发展，UV固化涂料已经成为较为成熟的技术，特别是随着人们环保意识的提高，生产和研究人员更加注意UV固化涂料的开发和应用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固化涂料是一种绿色环保型涂料，它完全符合“4E”原则，一般UV固化能耗为热固化的1/5，且UV固化涂料含挥发组分较少，污染小，最吸引研究人员和开发商的是UV固化涂料能减少原材料消耗，有利于降低经济成本。紫外光固化技术具有固化速度快，污染少，高效节能等优点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谢下可以发生光聚合或光交联反应。它具有固化速度快、无有机挥发组分的排放、固化温度低、环保节能、涂层性能优异等优点，因而成为人们关注和研究的热点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]。近年来，环保法规日益严厉，表面涂装工艺一直期望开发低污染、高速高效的成膜方法。紫外光固化技术在涂料中的成功应用，开发了紫外光固化涂料，具有许多传统涂料无法比拟的优点:1、固化速度快，几乎是瞬间成膜，生产效率高，适合流水线生产，节省场地与空间。2、节省能源，能耗约为传统热固化涂料的1/5～1/10。3、基本无溶剂排放，挥发性有机化合物(VOC)含量低，安全不污染环境，组份几乎100%成膜。4、可涂布热敏感的基质(木材、纸、纺织品、皮革)及热容量大的物质(厚金属板、混凝土)。5、设备占地小，投资少。固化工艺保证涂层更薄，并有优良的性能，从而减少原材料消耗，有利于降低经济成本;除喷涂产品含少量挥发性溶剂外，淋涂、辊涂、甩涂等涂装方式的固含量均达到100%，是新一代绿色化工产品。紫外光固化涂料不仅有液态，还有粉末型、水分散型等。当然，光固化涂料也不可避免地存在一些缺点，如紫外光穿透能力有限，因而不适合作为形状复杂物体的表面涂层。此外，光敏涂料的价格往往比一般涂料高，在一定程度上会限制其应用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]。紫外光固化涂料的组成；紫外光固化涂料主要由光引发剂、光活性单体、光活性低聚物等组成。光引发剂的引发效率对配方的成本及光固化速率的影响至关重要。其中低聚物是UV固化涂料的基料树脂，作为骨架在整个体系中占有相当大的比例，对整个体系的性能，如硬度、柔韧性、附着力、光学性能、耐久性及耐老化性能等起着决定性作用。多官能团单体一方面对组分起到稀释作用，提高可加工性能，另一方面对光固化体系的聚合速率影响很大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机理；紫外光固化需要依靠光引发剂产生自由基或阳离子引发聚合，交联反应通过不饱和双键进行，在UV辐射下，液态UV材料中的光引发剂被激发，产生自由基或阳离子，引发材料中带不饱和双键的化合物(聚合物、预聚物和单体)发生聚合反应，交联成网状固化膜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剂已能制备出各种低毒、高溶解性能的药物胶束，一个网状聚合物既能由高分子链相互连接形成，又能通过那些每个分子上至少含有2个活性点的单体或低聚物的反应而形成。当紫外光辐射导致引发时，随即是一种反应速度极快的链反应。由于大部分单体分子通常在紫外光辐射下不产生活性种，必须加入光引发剂，因此典型的紫外光固化配方必须包含2个最基本组分：能有效地吸收紫外光并能高效产生活性种的光引发剂和至少带有2个能形成聚合物网络的不饱和基团的单体或低聚物。紫外光固化涂料经紫外光照射后，首先光引发剂吸收紫外光辐射能量而被激活，其分子外层电子发生跃迁，在极短的时间内产生活性中心，然后活性中心与树脂中的不饱和基团作用，引发光固化树脂和活性稀释剂分子中的双键断开，发生连续聚合反应，从而相互交联成膜。化学动力学研究表明，紫外光促使UV涂料固化的机理属于自由基连锁聚合。首先是光引发阶段；其次是链增长反应阶段，这一阶段随着链增长的进行，体系会出现交联，固化成膜；最后链自由基会通过偶合或歧化而完成链终止。在UV固化的3个连续阶段中，光引发的速度最慢，是整个光固化反应速度的控制阶段，因此，光敏剂的光引发活性直接影响着UV固化涂料的干燥速度。综上分析，UV固化涂料的性能与UV强度以及波长有关，同时与UV涂料的结构组成即预聚物、活性稀释剂及颜填料等因素有关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]。紫外光固化涂料的应用：紫外光固化涂料的众多优点及其适用性吸引了许多科学家们的目光，因此已有许多紫外光固化涂料应用于实际生活中：纸张上光、印刷油墨紫外光固化纸张罩光涂料是一项省能源、省资源、无污染的高科技产品，是辐射固化技术的主要应用领域之一。纸张（纸制品、礼品、出版物、杂志、书籍、广告、宣传品、啤酒瓶等贴头）多用国产UV固化涂料涂覆，以提高其光泽，保护印刷品。经紫外光固化涂料上光后的彩色包装纸、标签纸、书刊、卡片的表面，附着力好、不起泡、不卷边、光泽亮丽、品质高档ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>韩飞雁</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>韩飞雁</author><author>杨小毛</author><author>杨建文</author></authors></contributors><titles><title>紫外光固化水性涂料</title><secondary-title>胶体与聚合物</secondary-title></titles><periodical><full-title>胶体与聚合物</full-title></periodical><pages>23-26</pages><volume>19</volume><number>2</number><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"韩飞雁,2001#129"8]。金属基材钢管临时防锈；钢管防腐蚀用底漆、面漆；铝材的着色装饰、防锈；饮料罐的内外壁涂层，目前多用进口UV固化涂料。紫外光固化涂料用于器械和罐头盒等的装饰，它将部分代替传统涂料而赋予多种金属制品高雅美观的外表。此外，还用于钢管的暂时性防锈，涂层易于用碱液清除，不影响钢管的后续表面处理ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>钟荆祥</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>钟荆祥</author><author>程绍楠</author><author>王鹏</author><author>胡中源</author></authors></contributors><titles><title>金属用紫外光固化涂料的研发</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"钟荆祥,2011#131"9]。木器在木地板中的用量较大，主要是为了提高木地板的耐磨性、耐沾污性，减少VOC（挥发性有机化合物）的排放。这类UV固化涂料已实现了国产化。用于提高家具的外观及耐擦伤性，目前国产UV固化涂料与其要求还有一定差距ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>彭钧浪</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>彭钧浪</author><author>陶薇</author><author>徐芬</author><author>杨建谊</author></authors></contributors><titles><title>水性紫外光木器涂料的研制</title><secondary-title>中国涂料</secondary-title></titles><periodical><full-title>中国涂料</full-title></periodical><volume>28</volume><number>4</number><dates><year>2013</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"彭钧浪,2013#128"10]。3.4．光纤光纤带光缆的核心单元是光纤带，光纤带就是经过着色后的合格光纤按照一定色谱排列，通过并带树酯或并带涂料的粘合树脂涂覆相连而成，并带涂料就是紫外光固化涂料，具有节能、环保、高效等特点，被称为21世纪的绿色技术。紫外光固化涂料用于保持石英玻璃拉制成纤维后的强度和防止环境污染，并能赋予各条光纤不同颜色，以示区别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]。总结：国内光固化涂料的应用起步较国外慢，但发展十分迅速，增长速度居全球之首。紫外光固化涂料因其无污染、效率高等优点而广泛应用于家居木器、印刷版、建筑材料、体育用品、电子通讯、包装材料和汽车部件等不同领域。特别是近十年来，随着紫外光固技术及其涂料得到了迅速的发展和应用，在传统的紫外光固化涂料的基础上开发出更加环保的水性紫外光固化涂料，对人体健康无影响，不易燃烧，安全性好，应用领域将进一步扩大。我国紫外光固化涂料产业虽有一定基础，近年来获得了迅速发展，但与世界发达国家比较，在品种、质量、市场规模和研究、开发等方面，还存在较大差距。国外光固化涂料已在汽车涂料、信用卡和光盘用涂料、高性能光纤涂料、粉末涂料、水性涂料和喷涂的涂料中扩大应用。随着紫外光固化涂料在我国的深入研究，新产品不断开发成功，有