Fotopolimeryzacja
|
Ten artykuł od 2023-01 zawiera treści, przy których brakuje odnośników do źródeł. |
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.
Podstawowe właściwości[edytuj | edytuj kod]
Skład[edytuj | edytuj kod]
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[edytuj | edytuj kod]
Monomery (met)akrylowe 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. Przebiega ona ze stale malejącą szybkością, aż do chwili zaniku aktywnych miejsc rodnikowych.
Etapy fotopolimeryzacji[edytuj | edytuj kod]
Inicjowanie[edytuj | edytuj kod]
- In In* 2In•
- In•
+ M InM•
- gdzie:
- In – cząsteczka inicjatora
- In* – wzbudzony stan inicjatora
- In•
– rodnik pierwotny - kd – stała szybkości rozpadu inicjatora
- InM•
– rodnik inicjujący - M – monomer
- gdzie:
Propagacja (rozprzestrzenianie się zaburzenia)[edytuj | edytuj kod]
- Mn•
+ M Mn+
1- gdzie:
- Mn•
– makrorodnik (rodnikowy koniec łańcucha) - kp – współczynnik szybkości propagacji
- Mn•
- gdzie:
Terminacja (zakończenie)[edytuj | edytuj kod]
- Zanik centrów aktywnych w reakcji dwóch makrorodników ze sobą w wyniku rekombinacji lub dysproporcjonowania:
- Mn•
+ Mm•
P
- Zanik centrów aktywnych w reakcji makrorodnika z rodnikiem pierwotnym:
- Mn•
+ In•
MnIn
- Zanik centrów aktywnych w wyniku pułapkowania wzrastających makrorodników:
- Mn•
(Mn•
) unieruchomiony- gdzie:
- P – jedna lub dwie makrocząsteczki bez centrów aktywnych.
- gdzie:
Reakcje uboczne[edytuj | edytuj kod]
Przeniesienie łańcucha[edytuj | edytuj kod]
- Mn•
+ AX MnX + A•
Reinicjowanie[edytuj | edytuj kod]
- A•
+ M M•
- gdzie:
- AX – cząsteczka monomeru,rozpuszczalnika,inicjatora lub innej substancji
- X – atom lub grupa atomów ulegająca przeniesieniu
- kr – współczynnik szybkości reinicjowania.
- gdzie:
Czynniki[edytuj | edytuj kod]
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[edytuj | edytuj kod]
- Fotopolimeryzacja rodnikowa – centrum aktywnym jest wolny rodnik
- Fotopolimeryzacja kationowa – centrum aktywnym jest kation
- Fotopolimeryzacja anionowa – centrum aktywnym jest anion
Zastosowanie fotopolimeryzacji[edytuj | edytuj kod]
W procesie fotopolimeryzacji powstają produkty dla 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 fotoutwardzalnej.
Aspekty dotyczące przykładowych technologii układania[edytuj | edytuj kod]
Powłoki stosowane na podłożach betonowych[edytuj | edytuj kod]
Przygotowanie podłoża betonowego pod cienkowarstwową posadzkę fotoutwardzalną polega na odkurzeniu i odpyleniu powierzchni, ewentualnie poprzedzonym szlifowaniem lub frezowaniem, lub śrutowaniem, wykonywanym w celu uzyskania odpowiedniej przyczepności podłoża. Podłoże powinno mieć minimalną wytrzymałość na odrywanie 1,5 MPa. Wilgotność podłoża betonowego może wynosić maksymalnie 4%. Układanie posadzki robione jest w postaci płynnej, a następnie utwardzenie przy użyciu maszyn naświetlających[1].
Powłoki stosowane na podłożach drewnianych[edytuj | edytuj kod]
Przygotowanie podłoża polega na cyklinowaniu i odpyleniu powierzchni. Jako materiał fotoutwardzalny można zastosować odpowiednie oleje lub lakiery. Utwardzenie następuje przy użyciu maszyn naświetlających[2].
Wymagania dotyczące oświetlenia[edytuj | edytuj kod]
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[edytuj | edytuj kod]
Do zainicjowania fotopolimeryzacji potrzebne są specjalne lampy o dużej mocy. Zalecane są lampy UV o mocy min. 120 W/cm2 i intensywności 2500 mJ/cm2. Lampy występują w postaci urządzeń ręcznych oraz jako wózki naświetlające[1].
Wady i zalety[edytuj | edytuj kod]
Zalety[edytuj | edytuj kod]
- 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[edytuj | edytuj kod]
- konieczność stosowania dodatkowych maszyn/urządzeń (lampy),
- skomplikowanie procesu układania,
- konieczność wyeliminowania/ograniczenia światła naturalnego, które zaburza proces technologiczny.
Przypisy[edytuj | edytuj kod]
- ↑ a b c d Lakiery utwardzane UV, www.posadzki.milar.pl [zarchiwizowane 2015-07-06] .
- ↑ Technologie UV w parkieciarstwie – bezkrwawa rewolucja [online], Drewno.pl [dostęp 2023-01-24] .