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光固化成型的工艺过程(光固化成形)

光引发剂对紫外线能量的吸收导致一系列能量过程的发生。最初电子激发到高能的单重态,通过系间窜越,转化为一个更稳定但能量较低的三重态。大多数光引发剂从三重态产生自由基,但少数光引发剂可以从受激单重态产生自由基(见图1)。

图1 Jablonski能级图: 能量量级与时间的关系图 2 光引发剂(Speedcure BMS)的典型紫外吸收曲线。

电子处于受激态时有几种衰变过程,主要的衰变过程如图1所示。单重态电子可能通过荧光衰减到基态,也可能通过系间窜越转化为三重态。三重态可能通过磷光衰减,或被单体、氧淬灭,或通过各种化学机制继续产生自由基。研究受激物在不同波长下发出的荧光和磷光,可以深入了解其发生的电子转换及其所处能级。

从自由基的产生角度讲,光引发剂必须以尽可能快的速率吸收紫外光能量,并产生激发态电子。这种吸收必须发生在整个膜层的各个层面,才能实现膜层的完全固化。

光引发剂对光的吸收可以便捷地用它的吸收光谱来描述。图2是4-苯甲酰基-4-甲基-二苯硫醚(Speedcure BMS)在中压汞灯输出线背景下的吸收光谱。

光引发剂会在不同的波长上显示出一个或多个吸收峰,其中紫外线能量的转换效率最高。250nm左右的短波吸收通常与π键轨道的π→π∗激发有关,330-420nm左右的长波吸收来自n键轨道的n→π∗激发。

吸光率A,或者说光密度(OD值),被定义为入射光强度 IoI_{o} 对透射光强度 ItI_{t} 的对数。

A=logIo/ItA = log I_{o}/I_{t}

吸光度与溶液的浓度(c)和比色皿的路径长度或穿透薄膜的深度(d)呈线性关系。这就是比尔-朗伯定律。

A=εcdA = εc d

如果c的单位是mol/L,d的单位是cm,在最大吸收波长λmaxλ_{max} 处测得A,那么就可以计算出光引发剂的摩尔吸收系数 εmaxε_{max} (L/mol·cm)。

根据这些公式可以计算出深度d的光照强度,从而计算出紫外线固化薄膜中的自由基数量。

为了确定光的穿透深度以达到完全固化的目的,这些计算应该在所使用灯的主要输出线所有波长下进行,因为光敏剂的吸收是随波长变化的。在实际应用中,这种计算还需要考虑粘合剂、填料、颜料的吸收,以及反射和散射效应等。

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