Fotopolimeryzacja

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 własnościEdytuj

SkładEdytuj

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.

MonomeryEdytuj

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 fotopolimeryzacjiEdytuj

InicjowanieEdytuj

 

 

gdzie:

In-cząsteczka inicjatora,

 -wzbudzony stan inicjatora,

 -rodnik pierwotny,  -stała szybkości rozpadu inicjtaora,

 -rodnik inicjujący,

M-monomer.

Propagacja (rozprzestrzenianie się zaburzenia)Edytuj

 

gdzie:

 -makrorodnik (rodnikowy koniec łańcucha)

kp-współczynnik szybkości propagacji

Terminacja (zakończenie)Edytuj

– 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 łańcuchaEdytuj

 

ReinicjowanieEdytuj

 

gdzie:

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

X-atom lub grupa atomów ulegająca przeniesieniu,

kr-współczynnik szybkości reinicjowania.

CzynnikiEdytuj

Przebieg fotopolimeryzacji zależy od:

Rodzaje fotopolimeryzacjiEdytuj

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

Zastosowanie fotopolimeryzacjiEdytuj

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 układaniaEdytuj

Powłoki stosowane na podłożach betonowychEdytuj

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 drewnianychEdytuj

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 oświetleniaEdytuj

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 fotopolimeryzacjiEdytuj

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 zaletyEdytuj

Zalety:Edytuj

  • 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

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

Zobacz teżEdytuj

PrzypisyEdytuj

  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.).