在光固化材料體系中，丙烯酸酯和環氧樹脂構成了兩大核心支柱，它們憑借各自獨特的化學結構、固化機理和性能特點，滿足了不同應用場景的需求。
UVEB大平臺編者將深入探討這兩大光固化材料體系的特性與應用，為相關領域的研究和應用提供參考。
光固化材料是指在特定波長的光照射下能夠快速固化的一類材料。光固化技術（Stereo Lithography Apparatus, 簡稱SLA），原名立體光固化成型技術，指光固化材料（如光敏樹脂等）在激光或者其他數字光（特定波長）的照射下快速固結成型。
其核心工作原理是通過光化學反應，將液體或半液體有機化合物轉化為硬塑料狀聚合物。這一反應的核心是一種特殊的化合物，稱為"光引發劑"，它在特定波長的光照射下會啟動固化反應。
光固化技術具有不可逆的特性，光敏材料加熱后只會燃燒，不會融化，這使得光固化材料在固化后能夠保持穩定的形態和性能。
20世紀60年代，紫外線(UV)光固化技術最初是作為溶劑型、熱干和風干工藝以及慢固化硅酮、環氧樹脂、聚氨酯、壓敏膠帶、快干膠酯、改性丙烯酸和其他連接方法的替代品而開發的。
然而，它直到20世紀80年代初才在工業制造應用中流行起來。如今，該技術已廣泛應用于許多行業，包括汽車、家電、航空航天、電信、醫療設備、軍事和消費電子產品以及圖形藝術，因為它們為用戶提供了比其他類型材料更大的優勢。
在過去的40多年里，光固化材料已經發展起來，但丙烯酸酯和環氧樹脂的化學性質卻保持不變，構成了光固化材料的兩大核心體系。
丙烯酸酯光固化體系 化學結構與特性
丙烯酸酯光固化材料是一類在特定波長光照射下能夠快速固化的材料，其中"丙烯酸酯"一詞是多種材料的簡稱，包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和類似的官能團。丙烯酸酯光固化材料的基本化學結構特點是含有不飽和雙鍵（C=C），這些雙鍵在光引發劑的作用下能夠發生聚合反應。
常見的丙烯酸酯類光固化材料包括聚氨酯丙烯酸酯（PUA）、環氧丙烯酸酯（EA）和聚酯丙烯酸酯（PEA）等。這些材料通常是由丙烯酸或甲基丙烯酸與各種多元醇或環氧樹脂反應制得的預聚物，其分子結構中含有多個丙烯酸酯基團，這些基團在光照下能夠快速交聯形成網狀結構。
丙烯酸酯體系表現出非常廣泛的特性。根據添加劑，可以生產出有色（如紅色、藍色或黑色）、不透明、發熒光（通常是半成品檢測的要求）或導熱的丙烯酸酯體系。
丙烯酸酯的物理特性包括粘附性、粘度、硬度和外觀。由于丙烯酸酯可以通過可見光固化，因此熒光和紅色或藍色配方很常見。
丙烯酸酯光固化材料采用自由基聚合機理進行固化，這一過程通常包括以下幾個階段：
引發階段：光引發劑在UVA光（始終）和可見光（在許多情況下）的照射下分解，產生自由基。
增長階段：自由基與丙烯酸酯分子中的不飽和雙鍵反應，形成新的自由基，繼續與其他分子反應。
終止階段：自由基相互結合或與其他物質反應，終止聚合過程。
丙烯酸酯光固化材料的固化速度非常快，通常在0.5-15秒之間完成，固化深度范圍為0.10英寸-0.59英寸（2.5毫米-15毫米）。
值得注意的是，丙烯酸酯光固化材料在固化過程中會受到氧氣的抑制，這是因為大氣中的氧氣會干擾樹脂表面的自由基固化機理，導致表面粘性。
這種現象被稱為"氧抑制"。在大多數情況下，可以通過改變固化工藝（增加光強度、延長固化時間或稍微調整所用光的波長）來消除表面粘性。
丙烯酸酯光固化材料（LCM）也可以與熱或激活劑配合使用。當由于存在"陰影"而無法使用光來固化材料時，這種方法非常有用。丙烯酸酯LCM通常無法用濕氣或空氣來固化。
丙烯酸酯光固化材料由于其固化速度快、可定制性強等特點，廣泛應用于以下領域：
涂料行業：室內和室外涂料，從柔性到極硬涂料，觸感（可觸摸）表面。對木材、金屬、玻璃和各種塑料具有絕佳的附著力。
印刷行業：UV油墨，快速固化印刷材料。
粘合劑：高性能粘合劑，特別是需要快速固化的應用場景。
3D打印：光固化3D打印材料，特別是需要快速成型的應用。
電子行業：電子元件封裝，保形涂層。
醫療行業：牙科材料，醫療器械。
環氧樹脂光固化體系 化學結構與特性
環氧樹脂光固化材料是一類在特定波長光照射下能夠固化的材料，其核心結構特征是含有環氧基團（環氧環）。環氧樹脂光固化材料也被稱為"陽離子體系"，這一名稱來源于其固化過程中使用的陽離子光引發劑的類型，而非樹脂的化學組成。
環氧樹脂光固化材料的基本化學結構特點是含有環氧基團，這些環氧基團在光引發劑的作用下能夠發生開環聚合反應。環氧基團是由兩個碳原子和一個氧原子組成的三元環，在適當條件下能夠開環形成新的化學鍵，從而實現交聯固化。
常見的環氧樹脂類光固化材料包括環脂族環氧樹脂和特種氧雜環丁烷樹脂等。環脂族環氧樹脂是環氧涂料的關鍵成分，具有高附著力、低收縮性和耐化學性等優點。
特種氧雜環丁烷樹脂與環脂族環氧樹脂配合使用，可改善固化速度、粘度控制性能、硬度以及對難粘合基材的附著力。
環氧樹脂光固化材料采用陽離子聚合機理進行固化，這一過程通常包括以下幾個階段：
引發階段：陽離子光引發劑（通常是鎓鹽）在紫外線照射下產生一種強布朗斯特酸。
擴展階段：強酸打開環氧基團，形成碳陽離子，然后碳陽離子與其他環氧基團發生反應。
鏈轉移階段：反應繼續進行，形成交聯網狀高分子。
陽離子固化是環氧樹脂的光引發、酸催化開環聚合反應，通過鎓鹽得以實現。在紫外線照射而且存在氫供體（通常是配方中的樹脂成分）的情況下，陽離子光引發劑會產生一種長效酸性物質。
該物質能夠打開一個環氧基團，形成一個碳陽離子，然后碳陽離子與其他環氧基團發生反應，生成交聯網狀高分子。
環氧樹脂光固化材料的固化過程通常需要更長的時間才能完全發揮其性能，因此有時會使用熱量來加速固化。此外，陽離子光固化材料的固化會受到水分/濕度的阻礙，這是其與丙烯酸酯體系的一個重要區別。
值得注意的是，環氧樹脂光固化材料在固化過程中不會受到氧氣的抑制，因此能夠實現無粘性固化，這是其相對于丙烯酸酯體系的一個顯著優勢。
環氧樹脂光固化材料由于其強度高、耐熱性好、收縮率低和環境因素耐受性強等特點，廣泛應用于以下領域：
電子封裝：保護電子元件免受環境影響。
光學應用：光學透明粘合劑（LOCA）。
涂料行業：高性能防腐涂料，耐化學性涂料。
3D打印：特別是需要高精度、高強度的應用。
復合材料：作為基體樹脂用于纖維增強復合材料。
粘合劑：特別是對難粘合材料的粘接。
兩大體系的對比分析
化學結構對比
丙烯酸酯和環氧樹脂作為光固化材料的兩大核心體系，在化學結構上存在顯著差異：
丙烯酸酯體系的核心特征是含有不飽和雙鍵（C=C），這些雙鍵在光引發劑的作用下能夠發生自由基聚合反應。而環氧樹脂體系的核心特征是含有環氧基團（環氧環），這些環氧基團在光引發劑的作用下能夠發生開環聚合反應。
這種結構上的差異直接導致了兩大體系在固化機理、性能特點和應用領域上的不同。
固化機理對比
丙烯酸酯體系采用自由基聚合機理進行固化，在光引發劑吸收特定波長的光能后，分解產生自由基，這些自由基與丙烯酸酯分子中的不飽和雙鍵反應，形成新的自由基，繼續與其他分子反應，最終形成交聯網絡結構。
環氧樹脂體系采用陽離子聚合機理進行固化，陽離子光引發劑在紫外線照射下產生一種強布朗斯特酸，這種酸能夠打開環氧基團，形成碳陽離子，然后碳陽離子與其他環氧基團發生反應，形成交聯網狀高分子。
這種機理上的差異導致了兩大體系在固化速度、氧抑制和濕度影響等方面的不同表現。
性能特點對比
丙烯酸酯體系的主要優勢在于固化速度快、可定制性強，可以根據需要調整粘附性、粘度、硬度和外觀等物理特性。然而，由于氧氣會抑制自由基聚合反應，丙烯酸酯體系在空氣中固化時表面可能會出現粘性，這是其主要缺點之一。
此外，丙烯酸酯體系在固化過程中會有一定的收縮率，可能影響產品的尺寸穩定性。
環氧樹脂體系的主要優勢在于強度高、耐熱性好、收縮率低和環境因素耐受性強。由于不受氧抑制，環氧樹脂體系能夠實現無粘性固化，這是其相對于丙烯酸酯體系的一個顯著優勢。
此外，環氧樹脂體系對某些基材（如金屬、玻璃）的附著力優異。然而，環氧樹脂體系的固化會受到水分/濕度的阻礙，這是其主要缺點之一。
應用差異對比
丙烯酸酯體系由于固化速度快、可定制性強，廣泛應用于涂料（室內外涂料、觸感表面）、印刷（UV油墨）、粘合劑、3D打印、電子封裝和醫療器械等領域。特別是在需要快速生產和多樣化外觀的應用中，丙烯酸酯體系具有明顯優勢。
環氧樹脂體系由于強度高、耐熱性好、收縮率低，主要應用于電子封裝、光學應用（如光學透明粘合劑）、高性能涂料（如防腐涂料）、3D打印（特別是需要高精度、高強度的應用）和復合材料等領域。
特別是在需要高機械強度、高耐熱性和高尺寸穩定性的應用中，環氧樹脂體系更為適用。
UVEB大平臺：丙烯酸酯和環氧樹脂作為光固化材料的兩大核心體系，各自具有獨特的化學結構、固化機理、性能特點和應用領域。
丙烯酸酯體系以其快速固化和高可定制性著稱，適用于需要快速生產和多樣化外觀的應用；環氧樹脂體系以其高強度、高耐熱性和低收縮率著稱，適用于需要高機械性能和高尺寸穩定性的應用。
在實際應用中，應根據具體需求選擇合適的光固化材料體系，或者通過兩大體系的復合，開發出兼具雙方優勢的新型光固化材料。
隨著科技的不斷進步和環保要求的日益嚴格，光固化材料的兩大核心體系將繼續發展和創新，為各行各業提供更加高效、環保、多功能的材料解決方案。（完）