2024-01-22 09:13:31

光固化技术是一项节能绿色环保新技术，其核心材料之一是光引发剂。光引发剂(photoinitiator，PI)，又称光固化剂(photocuring agent)，是一类能在紫外光区（250～400nm）或可见光区（400～800nm）吸收特定波长的能量，通过光子赋能为化学能、产生自由基和阳离子等，从而引发单体聚合交联固化的化合物。例如TPO的UV吸收峰在350-400nm之间，是比较好的UV光引发剂。

光引发剂是光固化涂料的核心组分，是光固化涂料聚合的发动机，它对光固化涂料的光固化速率起决定性作用。

在光固化涂料中，光引发剂因属非成膜物质，其添加量比低聚物和活性稀释剂要低得多，一般在1-5%左右；添加量过少，会导致固化不完全，漆膜出现粘腻、黏糊问题。添加量过多，会导致固化过快、流平差、起泡、起皮等问题。光引发剂本身或其光化学反应的产物均不应对固化后涂层的化学和物理力学性能产生不良影响。

光引发剂按吸收辐射能不同，可分为紫外光引发剂（紫外光区250-400nm）和可见光引发剂（可见光区400-800nm）。

按照引发机理不同，光引发剂可分为自由基聚合光引发剂与阳离子光引发剂，其中以自由基聚合光引发剂应用最为广泛。自由基型光引发剂因产生自由基的作用机理不同，又可分为裂解型光引发剂和夺氢型光引发剂两类。

紫外光固化是主要的光固化技术，所用的光引发剂为UV紫外光光引发剂。可见光引发剂因对日光和普通照明光源敏感，在生产和使用上受到限制，仅在少数领域如牙科、印刷制版上应用。近些年，随着光固化技术得到越来越多的应用，光引发剂又增加了一些新的类别，如混杂型光引发剂、水基光引发剂、大分子光引发剂等。

在光固化体系中，光引发剂可与其它辅助组分一起使用，可以促进自由基或阳离子等活性中间体的产生，以提高光引发效率。这些辅助组分有光敏剂(photosesitizer)和增感剂(sesitizer)。

光敏剂是指该分子能吸收光能跃迁至激发态，通过能量转移给光引发剂，光引发剂接受能量后由基态跃迁至激发态，本身发生化学变化，产生活性中间体，从而引发聚合反应，而光敏剂将能量传递给光引发剂后，自身又回到初始非活性状态，其化学性质未发生变化。理想的光引发剂，在给定的光源波长条件下，其消光系数应为最大值；不应有产生不活泼自由基的副反应发生，还应避免可能熄灭（激发态的脱活）光引发剂的组分。在有颜料的体系中，光敏剂的强吸收波长必须选在颜料的弱吸收波长处。在很多情况下，混合使用两种光引发剂会有更好的效果。

增感剂自身并不吸收光能，也不引发聚合，但在光引发过程中，协同光引发剂并参与光化学反应，从而提高了光引发剂的引发效率，也称助引发剂(coinitiator)。配合夺氢型光引发剂的氢供体三级胺，就属于增感剂。

选择UV光引发剂建议考虑如下影响因素：

1、光谱匹配原则：光引发剂的吸收光谱与光源的发射光谱相匹配，以确保光引发剂能够有效地吸收光能。

光固化的光源主要为高压汞灯，其中发射光谱中365nm、313nm、302nm、254nm谱线非常有用，许多光引发剂在上述波长处均有较大吸收。光引发剂分子对光的吸收，可以用此波长处的摩尔消光系数来反映，应具有较高的摩尔消光系数。最好是几种光引发剂复合使用，在不同的波长范围都能引发固化，比单一光引发剂固化速度快。

部分光引发剂在高压汞灯各发射光波的摩尔消光系数（一）

光引发剂	254nm	302nm	313nm	365nm	405nm	435nm
184	3.317×104	5.801×102	4.349×102	8.864×101
369	7.470×103	3.587×104	4.854×104	7.858×103	2.800×102
500	6.230×104	1.155×103	5.657×102	1.756×102
651	4.708×104	1.671×103	7.223×102	3.613×102
784	7.488×105	1.940×104	1.424×104	2.612×103	1.197×105	1.124×103
819	1.953×104	1.823×104	1.509×104	2.309×103	8.990×102	3.000×101
907	3.936×103	6.063×104	5.641×104	4.665×102
1300	3.850×104	1.240×104	1.560×104	2.750×103	9.300×101	9.000×101
1700	3.207×104	5.750×103	4.162×103	8.316×102	2.464×102
1800	2.660×104	6.163×103	4.431×103	9.290×102	2.850×102
1850	2.235×104	1.280×104	8.985×103	1.785×103	5.740×102
2959	3.033×104	1.087×104	2.568×103	4.983×101
1173	4.064×104	8.219×102	5.639×102	7.388×101
4265	2.773×104	4.903×103	3.826×103	7.724×102	2.176×102

从以上数据可以看出，784及819等光引发效果较好。

部分光引发剂的摩尔消光系数（二）

光引发剂	260nm	360nm	405nm
IPBE	11379	50
BP	14922	51
MK	8040	37500	1340
CTX	42000	3350	1780
BETX	42000	3300	1800
DEAP	5775	19

2、引发效率原则：光引发效率高，即活性中间体（自由基或阳离子）产率高，且产生的活性中间体具有较高的反应活性。

3、对于有色体系，因颜料在紫外区有不同的吸收，故选择光引发剂应平衡该种吸收的影响。

深色UV漆较易出现深层的光引发剂无法吸收足够能量来引发聚合，最终造成深层固化不良问题。黑色UV漆最容易出现附着力不良、百格掉漆的现象。有报道在配方中增加1.5%的819后，漆膜附着力明显增加，说明819对深层固化起到促进作用。

4、所选光引发剂在活性稀释剂和低聚物中有良好的溶解性。

5、安健环原则：低气味、低毒性，无环境污染；特别是光引发剂的光解产物要低气味和低毒。

6、不易挥发和迁移。

7、耐黄变原则：光固化后不能有黄变现象，这对白色、浅色及无色体系特别重要；也不能在老化时引起聚合物的降解。

184光引发剂的ΔE约0.1、耐黄变性较好，可用于白色及浅色UV漆中；819光引发剂的ΔE约5.5，耐黄变性较差，只能用于深色UV漆。

8、稳定性原则：热稳定性（85℃不分解）和贮存稳定性好，不易分解或发生其他副反应，应有长时间的储存稳定性。

9、价廉易得，性价比较高。

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