【UV胶氧阻聚】紫外线固化产品的氧气抑制原因分析(图文)

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大多数紫外线固化聚合物通过称为自由基聚合的过程固化，其中高反应性自由基驱动链增长反应。然而，当自由基分子与空气中的氧气反应时，可能发生早期链终止，导致在暴露于空气的表面处不完全固化。这种不完全的表面固化通常称为氧抑制。氧气抑制表面通常是粘性或粘性的，这可能对密封剂，密封剂和涂层造成问题。
这篇文章致力于氧气抑制的概念，专门针对以下主题：
为何发生氧气抑制
通过配方的变化克服氧气抑制
用生产方法克服氧气抑制
用阳离子替代品克服氧气抑制

为什么会出现氧气抑制？
为了充分理解为什么会发生氧气抑制，首先要快速了解自由基聚合的发生方式。自由基聚合包括三个阶段：起始，传播和终止。

聚合过程的引发可以通过各种类型的化合物进行。在UV固化产品的情况下，这是化合物是光引发剂。光引发剂在暴露于诸如UV的辐射时产生自由基（基本上只是具有不成对电子且因此具有高反应性的分子）。在引发步骤中产生的自由基与附近的单体反应，也将它们转化为自由基
由于单体本身现在是自由基，它也会与其他单体反应，形成更长的自由基链。该过程称为传播，其中不断添加单体以使聚合物链变得更长和更长。
终止  是自由基聚合过程的最后一步，并将阻止聚合物链的生长。终止可以以许多方式发生，例如两个自由基链的组合，或者自由基从生长链到单体的转移。当自由基链与环境中的其他分子（例如氧）反应时，也可发生终止。
重要的是要认识到终止是自由基聚合的自然组分，然而，提前终止是一个问题。

当然，氧气是提前终止的主要原因。
分子氧容易与任何自由基反应，包括引发剂分子。这种猝灭  导致引发剂失去其自由基和反应性状态，这随后降低了引发剂产生的自由基的数量，引发的聚合物链较少，当然产生的聚合物链的数量较少。
引发剂与分子氧的反应也产生氧自由基。该氧自由基与已存在的传播自由基反应，将传播链转化为氧基自由基（这是清除反应）。这种所得类型的自由基反应性较低，这通过产生较低分子量的聚合物进一步抑制聚合过程。

由于氧的存在极大地阻碍了自由基聚合，因此长期以来一直认为氧抑制是聚合物的问题，例如通过自由基聚合固化的涂料。在这种情况下，在这些聚合物的表面上形成氧气抑制层，主要由未固化的单体组成，这就是为什么它经常被称为表面固化问题。

然而，由于氧气抑制是众所周知且解决的问题，因此存在许多方法来克服UV固化产物的氧气抑制：

配方的变化 – 可以配制 UV固化粘合剂和密封剂以减少氧气抑制（某些产品明显优于其他产品）
具体的生产方法 – 存在允许最终用户在生产/组装期间控制氧气抑制程度的生产方法。
阳离子替代品 – 存在通过阳离子聚合反应固化的UV固化产物。阳离子聚合对氧不敏感。
以下部分涉及上述每种方法。

通过配方变化克服氧气抑制
自由基固化粘合剂和密封剂可以配制成含有硫醇，胺或醚，所有这些都含有易于提取的氢原子，这些氢原子将与氧形成的过氧自由基反应，减少清除。

但是，这些化学品中的每一种都有各自的优点和缺点：
硫醇  改善了化合物的耐热性，减少了水分的吸收，同时也提高了附着力。不幸的是，使用硫醇导致产品具有硫化合物所具有的明显可令人讨厌的气味。
另一方面，胺非常便宜并且还改善了粘合性。然而，在固化后，用胺配制可能导致淡黄色，以及一些残留的气味，并且所得产品对水分非常敏感。
醚可以大量使用，但是，它们通常会影响涂层的某些性能，并且它们会降低温度和耐水性。
其他选择包括使用蜡，其迁移到表面并形成屏障。然而，蜡虽然非常便宜，但也影响涂层的最终性能，并且蜡需要相当长的时间才能迁移到涂层表面。
减少氧气抑制作用的间接方法是增加光引发剂的浓度，这当然很容易做到，但这会导致产生更多残留物和副产物，以及降低涂层性能。
所有这一切的要点是：自由基聚合物配方具有很高的通用性，并且根据您的应用，产品可以满足您的应用要求，并且具有低水平的氧气抑制作用，可能已经存在或可以配制。

用生产方法克服氧气抑制
从最终用户的角度来看，通过控制环境变量和控制紫外光源的强度/波长，可以减少氧气抑制：

控制环境变量 – 通过在惰性气体如氮气存在下进行固化过程，可以从UV固化区中除去氧气，但是，这通常是昂贵的并且难以实施。
紫外线强度 – 增加光强度也会直接增加自由基的含量，而且不会影响涂层的性能。然而，这种方法通常能量密集且成本高。
紫外波长 – 不同波长也可用于间接降低固化过程中的氧气抑制。背后的概念是特定波长倾向于在涂层的不同部分被吸收。在表面上，较短的波长，如UVC射线，通常被吸收，而在内部，靠近基板，往往会吸收更长的波长，如UVAs。遵循这种思路，中波长UVB射线通常在涂层中间附近吸收。因此，使用这些不同的波长会增加产品对辐射的总体暴露，这也增加了产生的自由基的量。
尽管上述方法对于最终用户来说通常成本更高，但在许多情况下UV固化过程总体上仍然较便宜。

用阳离子替代物克服氧气抑制
最后但并非最不重要的是，最后的选择是使用阳离子基产品（如环氧树脂），而不是使用基于自由基聚合的产品（如丙烯酸酯粘合剂和密封剂）。阳离子聚合产物以与自由基聚合相同的方式制备，包括相同的引发，传播和终止步骤。然而，聚合反应是由产生阳离子的化合物引发的，阳离子攻击单体单元，并通过连续生成阳离子链而增长。在这种情况下，分子氧不会干扰反应过程。
然而，一个要求是由引发剂产生的抗衡离子是非亲核的。这就是为什么即使这些类型的产品不受大气氧影响，它们仍然可以通过水分的存在而被破坏，水分是相对强的亲核化合物。