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光固化技术的研究加快绿色环保时代的到来!
2022年09月30日    新闻来源:中国牛涂网 ntw360.com    |  投稿

一、光固化技术的简介


UV固化(即紫外光固化,通常称为光固化技术),是以高强度UV灯为辐射源,利用紫外光的中、短波(300-800nm),辐照添加有光引发剂的液体配方,光引发剂吸收UV光量子引发化学反应,瞬时将液体树脂配方转变成固体薄膜。


光固化技术是一种高效、环保、节能、优质的材料表面处理技术,是一种能有效控制空气污染,特别是挥发性有机物(VOC)排放的新型固化技术。


国际上将光固化技术归纳为具有“5E”特性, less-Energy consumptive(能耗低);Ecological(生态平衡);Economic(经济效率高);Excellent finishing(产品性能优异);Easy operation(设备容易操作)中国牛涂网ntw360.com


二、固化技术的类别


光固化技术属于辐射固化技术中的一种,另一种是电子(EB)加速器辐射固化。所谓EB固化,即通过加速器产生的高速电子的作用,使树脂体系快速固化。


它不需要外加光引发剂产生自由基,而是直接作用于活性树脂;通常在几个毫秒内完成固化过程。固化反应涉及热化慢电子、自由基阳离子和激发态的反应。


EB固化技术相比UV技术具有许多独特的优点,如快速、节能,比UV技术节能60%;不发热,印刷,层压板,薄膜不会产生收缩和畸变,可加工热敏材料;设计紧凑,比传统的热固化节省90%的空间;对于已存在的生产线易于更新;应用广泛,可用于装饰、硅酮剥离涂层及无溶剂粘合剂;自由基在薄膜内随机生成,可获得均匀固化膜;容易操作,便于起动和停止;易于发展新产品;EB设备可以设计成适合于任何滚筒尺寸。


但是EB固化技术也存在许多缺点:由于电子枪成本高,而且适合于年加工达几百万平方米产品;EB固化需要氮气(UV固化95%的配方在空气中进行),从而增加了运行费用;EB 固化仅适合于平面的涂层固化,因而固化产品的几何形状受到限制。


因此,到目前为止,EB固化的应用仍然十分局限且缓慢。


三、光固化技术的应用领域


光固体技术的应用领域非常广泛,主要包括环保涂料、纺织印染、3D打印、牙齿美容及修复。


(1)环保涂料。近年来,我国环保意识正在逐渐增强,发展环保型涂料已成为涂料行业的大趋势。


传统溶剂型涂料中含有大量挥发性有机物(VOC),在生产和使用过程中,这些有机溶剂会挥发进入大气中,对大气造成污染,给人类健康带来危害。


而光固化涂料是新型环保产品,属于低VOC系列。UV 固化涂料是利用紫外光的能量激发涂料中的引发剂产生活性碎片,从而引发涂料中低聚物及单体分子之间的聚合交联反应,得到硬化漆膜,实质上是通过形成化学键实现化学干燥的一种涂料。


(2)纺织印染。光固化技术在纺织领域中主要应用于涂层整理和涂料印花织物表层加工领域。光固化涂层整理是将紫外光聚合体系引入到功能整理剂中, 制备光固化整理液,织物经表面涂覆或浸轧后,在紫外光辐照下, 其中的聚合组分发生交联固化, 将功能物质粘附于织物表面, 以获得持久性的整理效果。


(3)3D打印。如今 3D 打印存在的问题是速度不快,费时且耗材,而光固化3D打印技术能够有效解决这些问题。光固化3D打印技术是一种以数字模型为基础,以液态光敏树脂为材料,在打印时发出特殊频率的镭射光线,逐层对打印耗材进行固化,进而大幅提升打印物品的精细度,具备成型速度快等的特点,有望成为现代技术的发展趋势。


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图1 光固化3D打印成品


(4)牙齿美容及修复。光固化复合树脂具有不易磨损、粘性较强、色泽自然、临床操作简便等优点,目前广泛应用于前牙美容及牙齿缺损修复等。光固化复合树脂是超微填料型复合材料,修复前牙缺损时具有经济、操作方便、无需经过多磨牙等优点,其自然色泽相对较稳定,不仅能恢复咀嚼功能,亦能满足美容要求。有研究表明,光固化复合树脂对扭转牙、间隙过大牙齿的修复操作一次成形,不受年龄限制,患者更易接受,是目前较为理想的牙体修复材料。


四、广东省发展光固化技术的战略机遇


我省高度重视光固化技术的研发及应用。在政策支持方面,在《2017年度广东省科技发展专项资金项目(第三批)申报指南》中的多个专题中提到要“面向高速UV平板印刷固化的大功率模组开发”、“重点支持面向工业级UV紫外光固化等应用领域的大功率紫外LED外延芯片研发与产业化应用;用于大功率、高亮度、高可靠性等特殊场合固化模组应用技术。”2017年1月,广东东莞市印发《关于加强我市重点挥发性有机物行业环保准入的通知》,在涂料、油墨等使用过程中明确提到“鼓励企业使用符合环保要求的紫外光固化等低VOCs含量的涂料,限制使用溶剂型涂料”、“印刷过程推广使用紫外光固化油墨(UV油墨)等”。2017年5月,广东省人民政府办公厅印发的《珠江西岸六市一区创建“中国制造2025”试点示范城市群实施方案》中提到“重点发展光固化成型等工业用增材制造设备及关键核心部件”。在应用教材方面,2017年8月,广东省出版《光固化木器涂料与涂装工》培训教材,填补了我国光固化领域木器涂料涂装工培训无标准、无培训教材的空白,是目前国内第一本系统介绍UV光固化木器涂料涂装的教材,对促进广东省光固化技术的应用起到了良好的作用。在产品研发方面,广东省珠海西通电子有限公司在国内发布首款桌面光固化3D打印机,该款桌面式光固化打印机的激光系统及整体结构全部自主研发,关键性能达到国际先进水平,使用成本仅为国内外同类产品的五分之一。


五、广东省发展光固化技术的展望及建议


光固化技术因反应能耗低、 固化快、 污染小、 体系灵活、 适应性强等优势, 在许多领域获得了广泛的工业化应用。研究开发适应不同应用要求的高效、 价廉的光引发剂/体系是光固化技术发展的主题, 研究开发满足不同应用需求的光固化树脂仍有很大的发展空间,研究开发下一代光固化技术是未来的发展趋势。第一、加强光固化技术中的光引发剂、单体等关键组成成份的研究及产业化应用。例如,我省超支化聚氨酯/丙烯酸酯UV光固化树脂的产业化生产仍有待实现。目前国内全靠进口高端光固化树脂,尽管我省在产品研发方面已取得很大进展,如2017年9月江门制漆厂有限公司联合华南理工大学等共同完成的“超支化聚氨酯/丙烯酸酯UV光固化树脂”项目入围广东省科学技术奖,但是产业化仍有待实现。第二,积极拓展光固化技术的应用领域。例如,随着多学科的交叉渗透,与固化密切相关的纺织品染整加工逐渐成为光固化技术应用的一个潜在领域,尽管光固化技术在染整工业中的应用研究虽取得了很大的进展,但设计制备适应纺织品染整加工应用要求的光固化体系仍是一个富有挑战性的课题。第三、深化光固化技术的研究,积极研究新技术。目前来看,UV LED固化可能会对传统紫外线(UV)固化形成挑战,UV LED光固化技术具有能耗比传统UV固化的要低,而且LED阵列具有更长的使用寿命。然而,它也有许多缺点,例如固化速度太慢,目前难以推广应用。但一旦关键难题解决,有望成为下一代光固化技术,建议我省构建产学研体系深入跟踪研究。


标签:固化剂今日头条涂业商道行业资讯原材料
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