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硫杂蒽酮和叔胺的光引发体系
发布时间：
2024-08-10 23:24
夺氢型光引发剂的一个显著特点就是它们通常需要与氢供体（助引发剂）一起使用才能有效引发聚合反应。这种机制被称为“夺氢反应”，其中光引发剂在吸收光能后变得足够活泼，能够从另一个分子（氢供体）上夺取氢原子，从而产生自由基。硫杂蒽酮/叔胺光引发体系是夺氢型光引发剂的一种重要形式。硫杂蒽酮吸收紫外光后，它从基态跃迁到激发态，并变得足够活泼以从叔胺分子上夺取氢原子。
一、反应原理
在硫杂蒽酮/叔胺光引发体系中，硫杂蒽酮作为夺氢型光引发剂，叔胺则作为氢供体（助引发剂）。当硫杂蒽酮吸收紫外光后，它从基态跃迁到激发态，并变得足够活泼以从叔胺分子上夺取氢原子。这个过程产生了硫杂蒽酮自由基和带正电荷的叔胺离子。硫杂蒽酮自由基是高度活性的，能够迅速与单体或低聚物分子中的不饱和键反应，从而启动聚合链的增长。
二、硫杂蒽酮
硫杂蒽酮是一种浅黄色粉末，在大多数溶剂中溶解度较低，这在一定程度上限制了其直接应用。然而，通过引入取代基（如氯、异丙基等）可以形成溶解度更好的衍生物，如2-氯硫杂蒽酮（CTX）、异丙基硫杂蒽酮（ITX）等。
三、硫杂蒽酮的优势
硫杂蒽酮/叔胺光引发体系在光聚合技术中扮演着重要角色，特别是硫杂蒽酮作为夺氢型光引发剂，具有一系列独特的优势。
1、紫外吸收能力强
首先，硫杂蒽酮的最大吸收波长范围在380～420nm之间，这一特性使其能够高效地吸收和利用常用的紫外光源，特别是365nm和405nm波长的光。相比之下，虽然二苯甲酮等其他类型的光引发剂也具有一定的光吸收能力，但在380～420nm这一波长范围内，它们的效率往往低于硫杂蒽酮。这意味着在需要高效利用这一波长范围光源的应用场景中，硫杂蒽酮能够更快速、更彻底地引发聚合反应，从而提高生产效率和产品质量。
2、高效的光引发活性
其次，硫杂蒽酮的消光系数较高，约为10²数量级，这意味着在相同的光照条件下，硫杂蒽酮能够吸收更多的光子并转化为引发聚合反应的活性种。高消光系数不仅提高了光引发效率，还有助于减少光固化过程中所需的光照时间和光照强度，从而降低能耗和生产成本。
四、叔胺
叔胺是一类具有三个烷基或芳香基团与氮原子相连的化合物。具有较强的碱性，能够作为氢供体，它们在光聚合反应中作为助引发剂，与硫杂蒽酮等夺氢型光引发剂配合使用。
五、叔胺的作用
在硫杂蒽酮/叔胺光引发体系中，硫杂蒽酮在光照下被激发至高能态，随后从邻近的叔胺分子上夺取氢原子，形成自由基。这些自由基随即成为引发聚合反应的活性中心，推动单体分子之间的链式聚合反应。同时，叔胺分子作为氢原子给体，在反应过程中起到了关键作用，它不仅能够提供氢原子以维持光引发反应的进行，还能够通过其碱性特性调节体系的pH值，从而影响聚合反应的速率和产物的性能。
1、氢供体作用
当硫杂蒽酮吸收紫外光能量后，从基态跃迁到激发态。此时，激发态的硫杂蒽酮分子与叔胺分子发生夺氢反应，从叔胺上夺取一个氢原子，形成带正电荷的叔胺离子和一个硫杂蒽酮自由基。这是光聚合反应引发步骤的关键。
2、提高引发效率
夺氢反应生成的硫杂蒽酮自由基是高度活性的，能够迅速与单体或低聚物分子中的不饱和键反应，启动聚合链的增长。叔胺的存在显著提高了这一过程的效率。
3、调节反应速率
叔胺的浓度会影响夺氢反应的速率，进而影响光聚合反应的总体速率。通过调整叔胺的用量，可以在一定程度上控制聚合反应的进程和产物的性能。
4、协同作用
硫杂蒽酮和叔胺在光聚合反应中表现出良好的协同作用。硫杂蒽酮负责吸收紫外光并激发，而叔胺则提供氢原子以生成活性自由基，两者共同促进了聚合反应的进行。
5、稳定性影响
叔胺的加入还可以在一定程度上提高光引发体系的稳定性，减少光解等不利反应的发生，从而有助于获得性能更好的光固化产品。
六、结语
综上所述，硫杂蒽酮/叔胺光引发体系是一种基于硫杂蒽酮类光引发剂和叔胺类助引发剂的高效光聚合体系。硫杂蒽酮与叔胺在光引发体系中表现出良好的协同作用。这种协同作用不仅提高了光引发效率，还使得体系更加稳定可靠。该体系作为一种高效、环保、节能的光固化技术，在多个领域展现出广阔的应用前景。
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