光聚合反应

光固化反应（⼀）

光固化反应（⼀）

2009-12-22 16:05:25 作者：admin来源：浏览次数：886 ⽹友评论0 条

通常所讲的光固化过程是指液态树脂经光照后变成固态的过程，所涉及的光固化反应⼤我是光引发的链式聚合反应。更⼴义的

光固化还包括可溶性固态树脂光照后变成不溶性的固态的过程，典型的例...

通常所讲的光固化过程是指液态树脂经光照后变成固态的过程，所涉及的光固化反应⼤我是光引发的链式聚合反应。更⼴义的

光固化还包括可溶性固态树脂光照后变成不溶性的固态的过程，典型的例⼦是负性光刻胶，其所经历的反应是光交联反应，例如聚⼄烯醇⾁桂酸酯的⼆聚环化反应。

光固化涂料通常是从液体树脂变成固态⼲膜，因⽽其所经历的光化学过程基本上是链式聚合反应，通过聚合使体系的分⼦量增

加，并形成交联⽹络，从⽽变成固态⼲膜。光引发聚合反应主要包括光引发⾃由基聚合、光引发阳离⼦聚合，其中光引发⾃由

基聚合占⼤多数。本节介绍光固化涂料所涉及的上述两个主要的光引发聚合反应。

⼀、光引发⾃由基聚合

⾃由基聚合反应通常包括引发、链增长、链转移和链终⽌过程。光引发⾃由基聚合与传统的热引⾃由基聚合的差别在于引发的

机理不同，后者是利⽤热引发剂受热分解得到具有引发活性的⾃由基，⽽前者则是利⽤光引发剂的光解反应得到活性⾃由基。具体的聚合过程如下。

光引发剂（PI）在光照下接受光能从基态变为激发态（PI*），进⽽分解成⾃由基。⾃由基与单体（M）的碳碳双键结合，并在

此基础上进⾏链式增长，使碳碳双键发⽣聚合。其中伴随着增长链上的⾃由基的转移和终⽌。

例如常⽤的光引发剂1-羟基-环已基苯酮（HCPK，商品名Irgacure 184），其光解反应如式（1-3）所⽰。

⾃由基光固化体系是光固化涂料中应⽤最⼴泛的体系，优点是固化速度快，原料价格相对低廉。但该体系存在收缩⼤、氧阻聚

等问题，尤其是后者，常常是配⽅设计中必须克服的问题。

空⽓中的氧分⼦的阻聚作⽤体现在两⽅⾯。其⼀，处于基态的三线态氧可以作为猝灭剂，将激发三线态的光引发剂猝死，氧分

光聚合反应与光固化

：从物理学到应用

光聚合反应和光固化技术是现代工业中广泛使用的两种实用技术，在化学、医学、电子、新材料等领域都有非常重要的应用。这两种技术都利用了光的能量来引发化学反应，但是它们基本上是两个不同的系统。本文将从物理学的角度分析光聚合反应和光固化技术的基本原理和应用。

一、光聚合反应

光聚合反应，又称光氧化反应或光降解反应，是指光线能够引发化学物质中发生自由基反应，从而促进分子聚合和降解等化学反应。这种反应发生在大量的分子之间，因此常用于实现高分子材料的设计和制造。

1. 基本原理和应用

在物理学的角度，光聚合反应是因为光线能够激发化学物质中的电子，从而使得分子中的化学键断裂，释放出自由基，进而引发化学反应。这种反应可让分子间形成新的连接，从而实现材料的改性和改变其物理性质。例如，光聚合反应可用于制造高分子材料，如涂料、塑料、接着剂、橡胶等。

2. 具体操作和注意事项

在具体的实施过程中，需要考虑利用合适的光源和光能量，以及适当的光反应条件，如反应温度、光照时间、光照强度等。在操作层面上，需要注意防止光源灯管破裂、防止产生有害物质、注意安全生产等问题。

二、光固化

光固化是指通过光线引发聚合反应，使得涂层、墨水、粘合剂等物质在光反应条件下固化成为不可再生的涂料或材料，也就是成为一个整体不可撕裂、分离的有机物薄膜。光固化技术具有不使用溶剂、快速固化、低能量消耗、干燥时光短等优点，适用于生产高精度的电子陶瓷、复合材料、光学电子、印刷电子、电子材料等方面。

1. 基本原理和应用

在物理学的角度，光固化是指光线提供的能量促进单体分子之间的扩散和聚合反应，形成交联结构的过程。反应速度快、环保无污染，常常用于生产高速复印纸、传真纸、喷墨纸等办公耗材，以及其他高精度工业加工场合中。

2. 具体操作和注意事项

在具体操作中，光固化需要选择合适的光固化剂、调节光工作条件等一系列复杂工作。需要特别注意光固化所用的化学物质是否安全，防止产生有害物质、灯管破裂等意外事故的发生。

光交联的过程中涉及哪些化学反应

光交联是一种重要的化学反应过程，用于制备高性能塑料、橡胶和复合材料等材料。这种反应涉及许多化学反应，包括光引发剂的活化、单体的自由基聚合和交联反应等。在本文中，我们将讨论光交联的过程，重点关注其中所涉及的化学反应。

1. 光引发剂的光解反应

光交联的第一步是光引发剂的活化。光引发剂是一种化合物，可以吸收光能并产生自由基，从而引发后续的化学反应。这种反应被称为光解反应。在光解反应中，光引发剂的分子结构会发生改变，从而形成自由基。

光引发剂分为溶液型和固体型两种。溶液型光引发剂通常是用作涂料和胶粘剂等表面涂层中的活性成分，而固体型光引发剂则广泛应用于制备聚合物和橡胶材料中。光引发剂的选择取决于所需的化学反应类型和材料的性质等因素。

2. 自由基的聚合反应

在成功激发光引发剂以产生自由基之后，这些自由基将开始引发单体的聚合反应。单体是一种低分子量化合物，可以通过自由基聚合反应形成高分子链。在光交联中，单体经过自由基聚合反应形成临时的高分子链，但这些链并未结合。这意味着这些临时链仍然容易分解，并对材料的性质产生不利影响。

3. 交联反应

为了形成更强的材料，必须通过交联反应来进一步固定这些高分子链。这种反应涉及在高分子链之间引入交联点，从而将它们彼此连接在一起。

交联反应可以通过两种不同的机制实现：化学交联和物理交联。化学交联是指通过化学键将高分子链连接在一起的交联方式。例如，在聚乙烯和硬质聚氯乙烯中，通过引入共价键将聚合物连接在一起。物理交联是指通过分子间相互作用力将高分子链连接在一起的交联方式。例如，在卡宾纤维和橡胶中，链的连接是由弱的范德华力和氢键等相互作用力完成的。

在光交联中，交联反应通常采用化学交联的方式。这种反应需要添加交联剂，在光引发剂的影响下，交联剂能够与自由基发生反应，并引发交联反应。一旦交联发生，高分子链就被锁定在一起，从而形成坚固耐用的材料。

总的来说，光交联是一种重要的化学反应过程，常用于制备高性能材料。该过程涉及许多化学反应，包括光引发剂的活化、自由基聚合和交联反应等。光交联的完成需要精心选择和配制所需的化学物质和条件，因此需要进行深入的研究和实验。

第３１卷第６期　２０１３年１１月　影像科学与光化学　ｍａｇｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．６　ＮＯＶ．，２Ｏ１３　

固态光聚合反应研究进展　

蹇　钰，何　勇，聂　俊　

（北京化工大学材料科学与工程学院，ＪＬＶ，１０００２９）　

摘　要：光引发的固态聚合反应一直是令人感兴趣的研究领域．本文综述了固　态光聚合的研究进展．着重介绍了双炔类体系，二烯类体系以及（甲基）丙烯酸　

酯体系的固态光聚合的研究工作以及应用前景．　

关键词：固态光聚合；二烯；双炔；丙烯酸酯；结晶　

ｄｏｉ：１０．７５１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—０４７５．２０１３．０６．４６３　文章编号：１６７４—０４７５（２０１３）０６—０４６３—１２　中图分类号：０６４　文献标识码：Ａ　

在过去的几十年间，光聚合反应得到极为广泛的关注和深入的研究．由于具有聚合　条件温和、反应速度快、不需要使用溶剂和引发反应易于通过光照进行控制等优点，光聚　

合反应在涂料、胶黏剂、油墨等传统领域以及骨科和齿科修复材料、光刻胶、３Ｄ打印等高　新技术领域均得到了广泛的应用＿ｌ】　］．传统意义上的光聚合均发生在液态条件下，液态环　

境赋予了单体和引发剂分子良好的运动性，确保可以在短时间内获得较高的官能团转化　率．通常认为，由于在固态条件下分子运动高度受限，固态条件下的光聚合反应难以进　

行．然而，一些研究表明，常见的光聚合单体如ＴＭＰＴＡ、ＨＤＤＡ等在聚合物基体（如聚甲　基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚氨酯、天然橡胶等）所形成的固态环境中仍可获得满意的双　键转化率，并可提高聚合物基体的性厶匕ｌｉＰ，＿６　ｊ．　

在最近的３Ｏ年问，更多的研究关注于实现更为困难的晶态单体的光聚合．不同于液　

态光聚合，结晶态单体的排列是规整的，因此，这种固态光聚合展示了不同于传统光聚合　的许多引人注目的特性．为此，本文将综述已有的关于结晶态单体的固态光聚合方面的　工作，并对聚合原理和应用加以介绍．　１　固态光聚合体系　迄今为止，能实现固态光聚合的结晶态单体种类仍十分有限．对于研究最为透彻的　双炔体系和二烯体系来说，起始化合物的反应活性和最终产物的结构都由反应物晶体中