一种噻吩类长波长光引发剂的制备及其性能研究
光聚合技术是一种环保高效的固化技术，其应用领域广泛。光聚合是光引发剂吸收光源能量产生活性种引发单体或树脂聚合的过程。传统光源为汞灯，长期使用汞灯而产生的臭氧会造成环境污染，汞的泄露会造成“水俣病”，因此联合国环境规划署理事会通过《水俣公约》限制含汞制品的使用，汞灯的使用也将受到限制，取而代之的是新型环保的LED灯。LED灯受制于封装技术，较短波长LED灯的制造技术不够成熟，目前市面上常见的LED灯的发射波长为365nm、385nm、395nm和405nm。传统光引发剂主要是配合传统汞灯使用，吸收波长较短，对常见的LED灯的发射波长吸光度低甚至没有吸收，因此开发能够很好地匹配LED灯源发射波长的长波长光引发剂是光引发剂研究的必然趋势。本课题将设计一款长波长光引发剂，并以一步合成的方法制备。通过核磁表征了其分子结构;紫外分光光度计表征了光引发剂的紫外吸收光谱及紫外光降解性能，并分析其光化学及光物理变化;通过实时红外测试光引发剂的光聚合动力学，并对其光引发性能进行研究。最后对分子结构进行优化设计，并对优化结构进行测试表征以研究其光聚合动力学，最终得到一种性能更优秀的长波长光引发剂。 研究结论如下: 1、设计并制备了三个长波长光引发剂，分别是1，5-二（噻吩-2-基）戊-1，4-二烯-3-酮(BTO)、2，6-双（噻吩-2-基亚甲基）环己酮(BTCO)和4，4-二甲基-2，6-双（噻吩-2-基亚甲基）环己酮(DBTCO)，其合成原料简单易得，制备条件温和，经一步反应即可制得，且产率高，产物易于提纯。这三种光引发剂在300-430nm吸收波长范围内有较强的吸收，在365nm LED灯照射下能够有效地引发丙烯酸酯类单体光聚合，其最佳的引发浓度极低为0.01wt％，这主要是得益于这三种光引发剂的高摩尔消光系数。此外，根据紫外光降解图可知其具有光漂白性能。这三种光引发剂在含有供氢体的PEGDA单体中的引发效果明显好于在不含有供氢体的HDDA单体，原因是这三种光引发剂与PEGDA单体有一种络合作用抑制了其光致顺反异构现象，且PEGDA单体中的醚结构具有供氢的作用; 2、通过对BTO的乙腈溶液进行光照并收集其光照产物，对光照产物进行液质联用分析发现BTO分子间会发生光致[2+2]加成反应，当BTO受到光照时，分子间发生[2+2]加成反应消耗了能量使其光引发效率降低，这是导致BTO光引发效率较低的原因之一; 3、基于BTO系列光引发剂的研究，BTO的吸收波长长，使其具有颜色，我们通过结构设计，减少双键个数降低顺反异构，且降低共轭程度减短吸收波长。设计并制备了三种光引发剂，分别是1，3-二（噻吩-2-基）丙-2-烯-1-酮(DTO)、3-（呋喃-2-基）-1-（噻吩-2-基）丙-2-烯-1-酮(FTO)和1，3-二（呋喃-2-基）丙-2-烯-1-酮(DFO)，三种光引发剂在300-400nm波长范围内有很好的吸收，依然可以很好地匹配365nm LED光源引发光聚合反应。这三种光引发剂能够有效地引发丙烯酸酯类单体光聚合，无色且引发效果明显优于BTO系列光引发剂，表明该结构优化合理可行。
长波长光引发剂;一步合成法;分子结构;光引发性能
北京化工大学
硕士
材料工程
聂俊;杨金梁
2020
中文
TQ420.6
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）