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科学家研发的光敏树脂为何能在水下固化？

树脂,反应,自由基科学家研发的光敏树脂为何能在水下固化？

发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

科学家研发的光敏树脂为何能在水下固化？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

本人学过高分子化学对本问谈谈自己的认识。光敏树脂，顾名思义对光敏感的树脂，但这光不是一般的可见光，而是在一定波段内能量更高（波长更短）的紫外光（ultraviolet简称UV）,因而也称该树脂为UV树脂。

光敏树脂主要由树脂单体、预聚体、光引发剂以及促进剂、稀释剂、交联剂、着色剂等其他助剂等成分构成。其中，树脂单体、预聚体与光引发剂构成该树脂的固化体系即主要成分，单体为初始聚合的原料，主要为有机化学合成带官能团、双键等2-官能团体系、2-2官能团体系、2-3官能团体系等低分子有机物如烯烃类、醇类、醛类、胺类等，预聚体为这些有机物的二元或多元较低聚合度的缩聚物，主要用于调节体系的某些物理特性如柔性、热性能等，并且大幅缩短聚合反应时间，光引发剂是触发聚合反应的作用，其他助剂如稀释剂调节粘稠度、交联剂增加体系交联度等辅助作用。

本问中光敏树脂为何能在水下固化，是因为光敏树脂遇特定波段的UV光即可发生化学反应将单个分子链通过反应活性点交联形成网络化的结构。其机理为自由基聚合反应，可分为三个阶段:

第一阶段链引发:即光引发剂经UV照射发生化学键断裂生成两个自由基，形成初级自由基，该自由基活泼性强，能量高，易攻击单体形成单体自由基，形成反应活性中心。

该过程需要较高的外界能量去引发，比如能量较高的紫外光，活化能较大，引发速率慢，因此称慢引发。

第二阶段链增长:单体自由基通过攻击单体形成二聚物、三聚物…或与树脂预聚体上的弱化学键发生结合或经分子链内电子转移形成较长高分子链自由基，该分子链自由基活性位点又陆续攻击其他单体或高分子链，分子链发生连锁反应不断增长。

该过程活化能较低，反应迅速，加之反应放热量大促进反应速率加快，有一段明显加速过程，分子量迅速增加，因此称快增长。

第三阶段链终止:

当分子链反应至一定程度，分子量越来越大，体系变粘稠，分子链活动受阻，增长趋

缓，此时聚合反应将发生两种方式终止:

①偶合终止

②歧化终止

该终止反应非常迅速，因此称速终止。

整个反应过程速率呈“S”型趋势，即刚开始反应比较慢，中间链增长阶段有个明显加速过程，反应后期因分子链活动能力受阻而趋缓。

本问中的光敏树脂在水下由紫外光解离引发剂化学键后发生上述反应形成三维立体网络而固化成型。光敏树脂UV固化有快速固化之优点，在快速固化成型领域以及本人从事的半导体行业光刻胶中的应用比较多，感兴趣可以深入了解。

回答于 2019-09-11 08:43:50

虽然我们确实听说过环氧树脂在光线下会固化，但通常所有物质都必须暴露在外。但是，现在只需少量的一种新添加剂也能使树脂固化。此外，它还可以在水下使用。由维也纳工业大学开发的专有化合物可以以液态或糊状形式添加到现有的环氧树脂中。

最初，它是透明的。但是，当树脂的任何一部分被闪光照射时，会发生化学反应，从而产生热量。热量散布在整个树脂中，从而导致级联效应，使所有材料在几秒钟内固化并硬化-甚至包括可能从光中隐藏，在内部裂纹或其他任何地方都看不到的碎片。此时树脂会变成较深的颜色，使用户知道该过程已完成。

目前，取决于其配方，该添加剂可由紫外线或高强度可见光触发。重要的是，当树脂与碳纤维混合时，它仍然有效，这意味着它可用于生产或修复复合材料。此外甚至可以涂覆含有添加剂的树脂，然后在水下固化。最初，科学家们认为树脂内部产生的热量会散发到水中，从而阻止材料固化。然而，事实证明，化学反应导致树脂周围的水立即沸腾，从而在材料表面形成了一层水蒸气保护层。

该大学现在正在寻找可能对该技术进行商业化的行业合作伙伴。研究认为这项技术最终可以在航空航天、造船、结构修复或管道维修等应用中找到用途。

由Robert Liska教授领导的有关研究的论文最近发表在《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》杂志上。