劉 繼 東，　叢 翔 宇，　楊 瑞 峰，　劉 彥 軍

( 大連工業(yè)大學 輕工與化學工程學院, 遼寧 大連　116034 )

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可見光固化樹脂的制備及性能

劉 繼 東，叢 翔 宇，楊 瑞 峰，劉 彥 軍

( 大連工業(yè)大學 輕工與化學工程學院, 遼寧 大連116034 )

摘要:以樟腦醌、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯、碘鎓鹽為光引發(fā)體系，與聚氨酯丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯混合，經可見光固化制備了光固化樹脂材料。研究了可見光固化樹脂組分用量對樹脂性能的影響，分析了可見光固化樹脂的硬度及耐磨度，并對可見光固化樹脂進行了紅外光譜結構表征。結果表明，聚氨酯丙烯酸酯為63%、甲基丙烯酸甲酯為33%、樟腦醌為1.9%、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯為1.1%、碘鎓鹽為1.0%時，制備的可見光固化樹脂固化速度快(105 s)，并具有良好的硬度及耐磨性能。

關鍵詞:樹脂；可見光； 表面涂層；光固化

0引言

隨著電子、光學、醫(yī)療以及精密儀器等高端行業(yè)的蓬勃發(fā)展，光固化樹脂涂層的使用越來越廣泛，用量也大幅度提高[1-2]。特別是近年來人們節(jié)能環(huán)保意識的增強，光固化樹脂品種性能不斷增強，應用領域不斷拓展，更促進了光固化樹脂的發(fā)展，不論在產量上還是數量上，光固化樹脂都已成為一個大類[3]。與紫外光固化樹脂相比，可見光固化樹脂在可見光照射下即可交聯(lián)固化,對光源要求低，大大減弱了光源對身體的傷害[4]；不存在厚膜固化效果差的問題[5]。國外可見光固化樹脂已經得到了較好的應用，而國內對可見光固化技術的研究較少[6]，可見光樹脂材料存在固化時間較長、硬度較低等不足[7-8]。作者制備了一種室溫下可見光固化的樹脂材料，并對其固化速度、硬度及耐磨性能進行了研究。

1實驗

1.1主要原料與儀器

原料：聚氨酯丙烯酸酯，化學純；甲基丙烯酸甲酯，分析純；4-二甲基氨基苯甲酸乙酯，分析純；樟腦醌，分析純；碘鎓鹽，自制。

儀器：光固化機，GJ-554；邵氏硬度計，LX-A、LX-D，溫州市海寶儀器有限公司。

1.2可見光固化樹脂的制備

將聚氨酯丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯按一定比例加入到250 mL三口燒瓶中，接著依次加入1.9%的樟腦醌、1.1%的4-二甲基氨基苯甲酸乙酯及1.0%的碘鎓鹽，混合均勻，制備得到可見光固化樹脂。

1.3可見光固化樹脂的固化

將可見光固化樹脂均勻涂覆在7.6 cm×2.5 cm 載玻片上，放置在光固化機中，經可見光固化105 s后，得到交聯(lián)固化的樹脂材料。室溫下放置0.5 h后進行樹脂性能分析。

1.4表征及性能測試

紅外光譜表征：采用74902435CZ型傅里葉紅外光譜儀進行紅外光譜測定。

樹脂硬度的測定：采用邵氏硬度計對固化在載玻片上的樹脂樣品進行測試，當使用邵氏A型硬度計測試讀數超過70時則需要使用D型硬度計重新測量。

樹脂耐磨度的測定：對固化在載玻片上的樹脂樣品用800#砂紙擦拭涂層600次，每隔100次稱量其質量，計算磨耗失重。

2結果與討論

2.1樹脂的紅外光譜表征

由圖1可以看出，3 534 cm-1為甲基振動吸收峰，2 954 cm-1為甲基振動吸收峰，1 720 cm-1為碳氧雙鍵振動吸收峰，固化前1 635 cm-1為碳碳雙鍵振動吸收峰。固化后碳碳雙鍵吸收峰消失，表明雙鍵打開進行了聚合反應。

圖1　光固化樹脂的紅外光譜

2.2聚氨酯丙烯酸酯用量對樹脂性能的影響

由圖2可以看出，隨著聚氨酯丙烯酸酯用量的增加，樹脂固化時間不斷減少，硬度不斷增加，當其用量達到63%時，固化時間最少，硬度達到最大值，若繼續(xù)增加聚氨酯丙烯酸酯用量，固化時間增加、硬度逐漸下降。

圖2　聚氨酯丙烯酸酯對樹脂固化性能的影響

2.3甲基丙烯酸甲酯用量對樹脂性能的影響

從圖3中可以看出，當改變甲基丙烯酸甲酯的量時，可見光樹脂的磨耗失重也發(fā)生變化，這是由于改變甲基丙烯酸甲酯的量，涂膜固化產生較大的收縮，附著力下降繼而影響涂膜的耐磨性能。當甲基丙烯酸甲酯的用量為33%時，樹脂顯現出較好的耐磨損性能，23%、43%時樹脂的耐磨性能下降，所以甲基丙烯酸甲酯用量最佳為33%。

圖3　摩擦次數與樹脂的磨耗失重曲線

2.4光引發(fā)劑用量對樹脂性能的影響

采用樟腦醌作為光引發(fā)劑。由圖4可以看出，在樟腦醌用量低于1.9%時，隨著光引發(fā)劑用量的增加，固化速率顯著增加；這是由于當樟腦醌用量少，影響樹脂材料的固化效率和固化程度。當樟腦醌大于1.9%時，繼續(xù)增加樟腦醌的用量，固化時間變化較小；這是由于樟腦醌有顏色，過量的樟腦醌會影響可見光的透過率，從而影響固化程度。所以樟腦醌的最佳用量為1.9%。

2.5光引發(fā)助劑用量對樹脂性能的影響

采用4-二甲基氨基苯甲酸乙酯為光引發(fā)助劑。由圖5可見，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯用量為1.1%時，硬度、固化速度達到最佳，繼續(xù)增加4-二甲氨基苯甲酸乙酯的用量，樹脂硬度與固化速度反而降低。這是由于當其用量較低時，隨著用量增加，有效提高樟腦醌的引發(fā)效率，用量過多反而會抑制樟腦醌的引發(fā)效率。因此，4-二甲基氨基苯甲酸乙酯的用量為1.1%時樹脂的性能最佳。

圖4　樟腦醌對固化性能的影響

圖5　4-二甲基氨基苯甲酸乙酯對樹脂性能的影響

2.6碘鎓鹽用量對樹脂性能的影響

由圖6可知，當碘鎓鹽的用量低于1.0%時，隨著碘鎓鹽的用量增加時，樹脂固化時間減少，當碘鎓鹽用量為1.0%時，固化時間最少，繼續(xù)增加碘鎓鹽的用量，樹脂固化時間延長，因此碘鎓鹽的用量為1.0%時樹脂的性能最佳。

圖6　碘鎓鹽對固化性能的影響

2.7放置時間對樹脂硬度的影響

將可見光固化樹脂于光固化機中固化105 s，在室溫下放置20 min后，每隔5 min進行硬度測量，研究樹脂硬度隨時間的變化。由圖7可見，放置過程中固化反應仍然在進行，放置55 min 后樹脂硬度達到最大值，固化反應完全。

圖7　硬度隨放置時間的變化

3結論

制備了可見光固化樹脂，當聚氨酯丙烯酸酯占樹脂總質量的63%、甲基丙烯酸甲酯33%、4-二甲基氨基苯甲酸乙酯 1.1%，碘鎓鹽1.0%，樟腦醌1.9%時，樹脂105 s即可固化，固化后樹脂硬度最終能達到D48，并表現出良好的耐磨性。膠黏劑固化過程中普遍存在固化深度有限以及不透明材料難以應用等缺點，加入碘鎓鹽，提高了固化程度，增強了樹脂材料的硬度及耐磨度等性能。

參考文獻:

[1] 陳小文,李建雄,劉安華.快速成型技術及光固化樹脂研究進展[J].激光雜志,2011,32(3):1-3.

[2] 潘立,高濤,王穎玉.光固化樹脂結合劑磨具的研究與進展[J].機械設計與制造,2008(1):158-160.

[3] 張瑩瑩,段玉崗,李滌塵,等.納米二氧化鈦改性光固化樹脂的研究[J].熱固性樹脂,2012,27(6):48-52.

[4] 劉丹丹,王欣,劉甜,等.快速成型光固化樹脂的制備[J].工程塑料應用,2014,42(4):23-26.

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Synthesis and properties of visible light curing resin

LIUJidong，CONGXiangyu，YANGRuifeng，LIUYanjun

( School of Light Industry and Chemical Engineering, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China )

Abstract:The visible light curing resin material was prepared using camphor quinone, 4-dimethyl aminobenzoic acid ethyl ester, iodonium salt as initiating system with polyurethane acrylate and methyl methacrylate. The effect of visible light cured resin’s component on the properties of resin was studied. The hardness and wear resistance of visible light cured resin were analyzed, and the infrared spectrum of visible light cured resin structure was characterized. Results showed that the visible light cured resin had fast curing speed (105 s), good hardness and wear resistance when the polyurethane acrylate was 63%, methyl methacrylate was 33%, light initiator system components for camphor quinone was 1.9% 4-dimethyl amino benzoic acid ethyl ester was 1.1%, iodonium salt was 1.0%.

Key words:resin; visible light; the surface coating; light curing

中圖分類號:TQ322.4

文獻標志碼:A

作者簡介:劉繼東(1989-)，男，碩士研究生；通信作者：劉彥軍(1965-)，男，教授.

收稿日期:2014-12-11.

文章編號:1674-1404(2016)02-0104-03