【摘 要】
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紫外光固化技术是指在紫外光源照射下,光引发剂(PI)产生活性中间体,引发低聚物、单体等发生聚合或交联反应,并实现体系物质由液态迅速转变为固态的技术。光引发剂是光引发体系的关键组成,对整体的反应速率与程度起重要作用。传统小分子光引发剂在光固化反应过程中通常会发生裂解并产生残基碎片,这些残余物可能是可挥发性有机化合物(VOC),也可能会迁移至制品表面,这些物质具有一定的毒性与气味,不仅对皮肤有刺激作用
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紫外光固化技术是指在紫外光源照射下,光引发剂(PI)产生活性中间体,引发低聚物、单体等发生聚合或交联反应,并实现体系物质由液态迅速转变为固态的技术。光引发剂是光引发体系的关键组成,对整体的反应速率与程度起重要作用。传统小分子光引发剂在光固化反应过程中通常会发生裂解并产生残基碎片,这些残余物可能是可挥发性有机化合物(VOC),也可能会迁移至制品表面,这些物质具有一定的毒性与气味,不仅对皮肤有刺激作用,还可能具有生殖毒性和致癌性等,对生产者和使用者的健康都有潜在的不良影响,这限制了其在一些领域的应用。因此,降低光引发剂相关的VOC排放及在光固化制品中的迁移性对于其应用的拓展有重要意义。大分子光引发剂通常具有挥发性低、可迁移性低的特点,在降低光引发剂在固化过程中VOC的排放与降低光固化制品中光引发剂向表面的迁移从而降低毒性方面有出色的表现。同时,大分子光引发剂具有足够多的光引发基团,确保分散性时其引发活性与小分子光引发剂基本相当。但现有所谓“大分子光引发剂”的分子量均在1000以下,仍然存在残基挥发及迁移的隐患。有鉴于此,本文通过分子设计及聚合控制合成了一系列主链型高分子光引发剂;随后,通过核磁氢谱(~1H NMR)、紫外吸收光谱、红外光谱(FTIR)、凝胶色谱(GPC)、差示扫描量热(DSC)、热失重(TGA)和薄膜失重率等测试研究了光引发剂的光解行为、热稳定性及可降解性;最后,将高分子光引发剂和二苯甲酮(BP)应用于聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的光固化及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的光交联中,通过紫外吸收光谱等手段对它们的引发活性、迁移性及交联效果进行了评价与比较。具体研究内容如下:(1)设计并合成了系列新型高分子光引发剂。采用二苯甲酮-4,4’-二甲酸(BDA)为光引发功能共聚单体,与1,10-癸二醇和己二酸通过缩聚制备了系列具有不同组成的聚(二苯甲酮-4,4’-二甲酸/己二酸癸二醇酯)(PDBA)型光引发剂,通过FTIR、~1H NMR表征其结构,采用GPC测定其分子量,并利用DSC评价其热性能。结果表明,PDBA为Mw介于5.6~9.9 kg/mol之间、主链含二苯甲酮基团的共聚酯型高分子光引发剂。(2)对高分子光引发剂的降解性能进行了系统研究与评价。通过紫外吸收光谱比较了PDBA与BP的紫外吸收特性与紫外光解行为,通过FTIR、~1H NMR及GPC系统解析了PDBA光解前后的结构及分子量变化,并采用DSC及TGA对PDBA光解前后的热稳定性进行了评价;同时,对不同p H下的水解及酶解行为进行了考察。结果表明,PDBA紫外吸收及光解行为与BP基本相近,其5%热失重温度明显高于BP,且具有良好的水解及酶解性能。(3)采用前述合成的高分子光引发剂PDBA及小分子光引发剂BP用于聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的光固化及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的光交联。结果表明,在引发PEGDA的固化和UHMWPE的紫外交联时,PDBA表现出与BP相似的活性,并且PDBA相较BP在固化膜中的迁移率明显更低;同时,在研究范围内,UHMWPE的断裂伸长在添加PDBA并进行紫外辐照后降低,弹性模量提高。
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