Fotopolimeryzacja

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Fotopolimeryzacja – proces polegający na polimeryzacji monomerów w obecności fotoinicjatora, który pod wypływem światła ultrafioletowego (UV) lub widzialnego (VIS) ulega rozpadowi z wytworzeniem centrów aktywnych (wolnych rodników, jonów) inicjujących reakcję polimeryzacji.

Dokładny skład kompozycji światłoutwardzalnej jest zależny od właściwości, jakie powinien posiadać gotowy materiał.

Podstawowymi składnikami takiej kompozycji są:

  • Mieszanina monomerów,
  • Układ inicjujący,
  • Dodatki takie jak: stabilizatory, napełniacze, środki barwiące, związki antyelektrostatyczne, promotory adhezji itp.

Monomery (met)akrylowanowe słabo absorbują światło, dlatego w celu wytworzenia odpowiedniej ilości cząsteczek reaktywnych: wolnych rodników lub jonów, konieczne jest zastosowanie fotoinicjatorów, które można podzielić na:

  • fotoinicjatory I typu – rodniki pierwotne powstają podczas fotodysocjacji wiązania C-C,
  • fotoinicjatory II typu – rodnik powstaje w wyniku oderwania atomu wodoru od cząsteczki donora tzw. koinicjatora, również monomeru.

Wytworzone z fotoinicjatorów, pod wpływem naświetlania, aktywne cząsteczki inicjują dalej reakcję polimeryzacji. Polimeryzacja przebiega ze stale malejącą szybkością aż do chwili zaniku aktywnych miejsc rodnikowych.

Etapy fotopolimeryzacji:

  • Inicjowanie

gdzie:

In-cząsteczka inicjatora,

-wzbudzony stan inicjatora,

-rodnik pierwotny, -stała szybkości rozpadu inicjtaora,

-rodnik inicjujący,

M-monomer.

  • Propagacja (rozprzestrzenianie się zaburzenia)

gdzie:

-makrorodnik (rodnikowy koniec łańcucha)

kp-współczynnik szybkości propagacji

  • Terminacja (zakończenie)

- Zanik centrów aktywnych w reakcji dwóch makrorodników ze sobą w wyniku rekombinacji lub dysproporcjonowania

- Zanik centrów aktywnych w reakcji makrorodnika z rodnikiem pierwotnym

- Zanik centrów aktywnych w wyniku pułapkowania wzrastających makrorodników

gdzie:

P-jedna lub dwie makrocząsteczki bez centrów aktywnych.


Reakcje uboczne:

  • Przeniesienie łańcucha

  • Reinicjowanie

gdzie:

AX-cząsteczka monomeru,rozpuszczalnika,inicjatora lub innej substancji,

X-atom lub grupa atomów ulegająca przeniesieniu,

kr-współczynnik szybkości reinicjowania.


Przebieg fotopolimeryzacji zależy od:

  • Temperatury,
  • Rodzaju atmosfery, w której prowadzi się reakcję,
  • Długości fali,
  • Natężenia światła,
  • Budowy chemicznej monomerów,
  • Stężenia monomerów,
  • Zawartości pozostałych składników mieszaniny oraz ich stanu fizycznego.


Rodzaje fotopolimeryzacji:

  • Fotopolimeryzacja rodnikowa –> centrum aktywnym jest wolny rodnik,
  • Fotopolimeryzacja kationowa –> centrum aktywnym jest kation,
  • Fotopolimeryzacja anionowa –> centrum aktywnym jest anion.

Zastosowanie fotopolimeryzacji: W procesie fotopolimeryzacji powstają produkty z różnych dziedzin przemysłu, m. in. budownictwa, medycyny, stomatologii, mikroelektroniki. W budownictwie fotopolimeryzacja najczęściej stosowana jest do utwardzania (usieciowania) klejów, lakierów, szpachli i fug, powłok ochronnych stosowanych do powlekania naturalnego kamienia, ceramiki, linoleum, drewna i betonu.[1]

Materiał, który ma być utwardzony w procesie fotopolimeryzacji, układany jest w postaci płynnej lub półpłynnej. Uzyskane w ten sposób cienkie warstwy materiału składającego się z monomerów i ewentualnie wypełniacza, nie stanowią bariery dla światła inicjującego reakcję substancji foto-utwardzalnej.


Aspekty dotyczące przykładowych technologii układania:

Powłoki stosowane na podłożach betonowych - Przygotowanie podłoża betonowego pod cienkowarstwową posadzkę foto-utwardzalną polega na: odkurzeniu i odpyleniu powierzchni, ewentualnie poprzedzonym szlifowaniem lub frezowaniem, lub śrutowaniem, wykonywanym w celu uzyskania odpowiedniej przyczepności podłoża. Podłoże powinno posiadać minimalną wytrzymałość na odrywanie 1,5 MPa. Wilgotność podłoża betonowego może wynosić maksymalnie 4%. Układanie posadzki w postaci płynnej, a następnie utwardzenie przy użyciu maszyn naświetlających.[1]

Powłoki stosowane na podłożach drewnianych – podłoga drewniana - Przygotowanie podłoża polega na cyklinowaniu i odpyleniu powierzchni. Jako materiał foto-utwardzalny możemy zastosować odpowiednie oleje lub lakiery. Utwardzenie następuje przy użyciu maszyn naświetlających. [2]


Wymagania dotyczące oświetlenia. Systemy posadzkowe utwardzane światłem UV powinny być nanoszone przy niewielkim natężeniu światła, gdyż światło słoneczne powoli utwardza (sieciuje) materiał. W pomieszczeniu zalecane jest światło sztuczne, najlepiej o barwie czerwonej.[1]

Urządzenia do inicjowania fotopolimeryzacji. Do zainicjowania fotopolimeryzacji potrzebne są specjalne lampy o dużej mocy. Zalecane są lampy UV o mocy min 120W/cm i intensywności 2500 mJ/cm2. Lampy występują w postaci urządzeń ręcznych oraz jako wózki naświetlające.[1]


Wady i zalety materiałów uzyskiwanych w procesie fotopolimeryzacji względem materiałów tradycyjnie utwardzalnych.

Zalety:

  • niemal nieograniczony czas na operacje nakładania nawierzchni i kontroli jej jakości,
  • krótki czas wiązania, umożliwiający natychmiastową możliwość użytkowania,
  • wysoka odporność mechaniczna powierzchni,
  • materiały przyjazne dla środowiska (brak konieczności stosowania chemicznych utwardzaczy),
  • wysoka wydajność na jednostkę powierzchni przy układaniu na posadzkach.

Wady:

  • konieczność stosowania dodatkowych maszyn/urządzeń (lampy),
  • skomplikowanie procesu układania,
  • konieczność wyeliminowania/ograniczenia światła naturalnego, które zaburza proces technologiczny.

Zobacz też[edytuj]


Przypisy

  1. a b c d Lakiery utwardzane UV, www.posadzki.milar.pl [dostęp 2017-06-07].
  2. Technologie UV w parkieciarstwie - Bezkrwawa rewolucja, „Drewno.pl - portal branży drzewnej” [dostęp 2017-06-07] (pol.).

Bibliografia[edytuj]