杂环丁烷光固化动力学研究

氧杂环丁烷光固化动力学研究
 刘海涛　莫健华　刘厚才
 (华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430074)
    摘要：采用实时傅里叶红外光谱对氧杂环丁烷(OXT221)的光固化过程进行了动力学研究.在355 nm紫外光 照射下监测981和827 cm-1两波峰吸收峰变化,得到单体转化率-时间曲线.通过研究氧杂环丁烷的光固化聚 合机理,即从光聚合各基元反应的活化能大小的分析和多元醇促进阳离子聚合的活化单体机理的影响出发, 揭示了提高光引发剂浓度、光强和温度可以提高转化率,而多元醇对单体聚合反应影响不大.
    关键词：光聚合;动力学;阳离子聚合;开环聚合;氧杂环丁烷;实时傅里叶红外光谱
    中图分类号：TQ316.341; TQ316.313　文献标识码: A　文章编号: 1671-4512(2008)11-0129-04
    氧杂环丁烷是一种用于阳离子光聚合的新型 单体,是高端UV阳离子聚合产品的主要原料, 可应用于UV油墨、UV涂料、UV粘合剂及电子 封装胶、立体光刻和三维打印等特殊场合.它具有 低粘度、低固化收缩率、高粘接强度、高聚合速度、 极低毒性和挥发性且不被氧阻聚等特性,另外拥 有良好的耐化学品、热稳定性及优良的机械性 能[1,2].氧杂环丁烷与脂环族环氧相类似,氧杂环 丁烷的环张力是107 kJ/mol,脂环族环氧中环氧 基的环张力是114 kJ/mol;而它们的PKa分别是 2.0和3.7,因此氧杂环丁烷比脂环族环氧具有更 强的碱性,更利于光引发阳离子开环聚合,光聚合 速度更快[3].
    近几年来发展起来的实时傅里叶红外光谱 (real-time fourier transform infrared spectrosco- py, RT-FTIR)技术把激光光源引入红外光谱仪, 在光聚合的同时连续检测单体含量的变化,具有 定量效果好,响应时间短,实验设备简单等优 点[4].本文以双(3-乙基-3-氧杂环丁烷基)甲基醚 (OXT 221)为单体,三芳基硫鎓六氟锑酸盐为引 发剂,以355 nm激光为紫外光源,用RT-FTIR 技术研究了氧杂环丁烷单体的光聚合动力学.
    1　实验
    1.1　原料
    双(3-乙基-3-氧杂环丁烷基)甲基醚(OXT 221),日本东亚合成化工;三芳基硫鎓六氟锑酸盐 (UVI 6976),聚己内酯多元醇(TONE 0301),美 国陶氏化学.原料结构式如图1所示.
                      
    1.2　样品制备
    单体OXT 221和不同量(单体的质量分数, 下同)的光引发剂UVI 6976或多元醇TONE 0301通过磁力搅拌器搅拌30 min,配制成均匀无 色液体.然后将该液体涂覆在KBr晶片上,在上 面覆盖另一块KBr晶片,在两片KBr晶片间放置 不同厚度铝箔作为间隔来控制样品膜厚度.
    1.3　仪器
    实时傅里叶红外光谱仪分辨率为4 cm-1,数 据采样间隔1 s-1,Nicolet Magna-IR 850,美国 Nicolet公司,装置如图2所示;355 nm激光光源 的Nd:YVO4半导体泵浦紫外固体激光器,美国 Coherent公司;Con-Trol-Cure UV光强计,美国 UV Process Supply公司.样品固定在专用卡具 上,在紫外光照射的同时用RT-FTIR监测981 和827 cm-1处吸收峰面积的变化,氧杂环丁烷基 转化率Y按下式计算: Y=(A0-At)/A0× 100 %,式中A0和At分别是光照射时间为0 s 和t时981 cm-1和827 cm-1处吸收峰的面积之和.