水性光固化涂料研究进展
水性光固化涂料的研究进展
紫外光固化涂料以其固化速度快、节能、生产效率高、涂层性能好等优点 , 近 20 多年来获得广泛应用[ 1 ～ 3 ] 。
但随着紫外光固化涂料的迅猛发展 , 其自身的一些弊端日益暴露出来 : 如反应性稀释单体及其他多官能丙烯酸酯 (MFAs) 等含有挥发性有机化合物 (VOC) 组分 , 对环境及人体健康有一定的损害[ 4 ] ; 有些光引发剂的分解产物不符合环保要求 , 带来卫生、安全隐患并影响固化膜的使用性能 , 所以迄今为止没有一项 UV 光固化涂料产品得到美国食品和药物管理局 (FDA) 的许可。
虽然单纯采用官能化低聚物可配制出 100 % 固含量的光固化涂料 , 以消除 VOC 的影响 , 但由于其粘度对分子量的依赖关系 ,体系粘度太大 , 且难以调节和控制 , 故 100 % 固含量的光固化涂料在性能和使用上都受到很大限制。
所以 ,UV 光固化涂料技术的总的发展趋势是以水代替反应性稀释剂。
水性光固化涂料继承和发展了传统 UV 固化技术和水性涂料技术的许多优点 , 诸如低成本、低粘度、良好的涂布适应性、设备易于清洗、无毒性、无刺激性、不燃性等。
由于水性 UV 固化体系的优点突出 , 近十年来得到较快的发展 [ 5 ,6 ] , 目前已有不少产品面世 [ 7 ,8 ] 。
1 水性光固化涂料的特点与传统的溶剂型 UV 光固化涂料技术相比 , 水性光固化涂料主要有如下优点 :不必借助活性稀释剂来调节粘度 , 可解决 VOC 及毒性、刺激性的问题 ; 易于得到光固化前的无粘性干膜 , 尤其对以中、高分子量聚合物为基料的涂料 , 保证了固化膜的光洁度 , 简化了防尘操作 ; 可降低固化膜的收缩率 , 尤其对以中、低分子量聚合物为基料的体系 , 有利于提高固化膜对底材的附着性 ; 可得到薄膜型固化膜 ; 固化前干膜的机械刮伤易于修补 ; 可用水或增稠剂方便地控制流变性 , 便于喷涂 ; 设备、容器等易于清洗 ; 降低了涂料的易燃性。
水性光固化涂料的应用及研究进展
研究新的高性能树脂的设计和合成方法，提 高涂层的耐候性、耐水性、耐磨性等性能。
树脂的改性研究
对现有树脂进行改性研究，提高其溶解性、 相容性、附着力等性能，拓展其应用领域。
光固化设备的研究与开发
高效光源设备
研究高效的光源设备，如 LED、光纤等，提高光固 化速度和涂层质量。
精密控制系统
加大对水性光固化涂料基础研究的投入，推动关键技术 的突破和创新，培育自主创新能力，提升我国水性光固 化涂料在国际市场上的竞争力。
提高环保和安全性能
提高环步 研究开发低VOC、无VOC的绿色环保水性光固化涂料 。
加强安全性能
完善水性光固化涂料的贮存和运输安全规范，确保生 产和使用过程中的安全性。同时，加强涂料的生物安 全性评估，确保产品对人体健康不产生负面影响。
02
水性光固化涂料的应用领 域
木器家具领域
木器家具的表面涂装
水性光固化涂料因其环保、快速硬干特性，适用于木器家具的表面涂装，可有效提高家具的耐磨、耐 刮、耐水等性能。
木器家具的装饰效果
通过使用水性光固化涂料，可以在木器家具表面形成各种美观的装饰效果，如仿古、金属、亮光等。
塑料制品领域
塑料制品的表面涂装
特点
水性光固化涂料具有环保、无毒、高光泽度、高硬度、耐磨、耐腐蚀等优点 ，并且具有较快的干燥速度和较低的能耗。
历史与发展
起源
水性光固化涂料起源于20世纪60年代，最初用于印刷行业， 后来逐渐扩展到其他领域，如木器、金属、塑料等。
发展
随着环保意识的提高和技术的不断发展，水性光固化涂料在 近年来得到了快速发展和应用，成为环保涂料领域的重要分 支。
案例二
水性光固化涂料在塑料制品涂 装的应用
紫外光固化水性涂料综述
引发剂在 紫外光 的照射下产生 自由基或者各种离子 ，引发 随着环保的呼声越来越高 ，水性涂料逐步 占据主导地 反应 ，使树脂 瞬间发生交 联反应 ，固化成膜。紫外光固化 位 。虽然 目 在很多领 域 ，水性 涂料的性能还 比不上油性 水性 涂料 除 了含 有 水且树 脂相 对分子 质量可 以做 得较 高 前
丙烯酸类单体和其它烯类单体通过乳液聚合制备带有自由双键的分散体可用于光固化但是聚台中不能加太多的含两个以上烯键的共聚单体否则可发生分子内交联
维普资讯
Ｃ ｏａｔｎｇｓ Ｒｅｖｉ ｉ ｅｗ
一
紫 姊光 固业 水性 涂料综 述
Ｕ Ｃ ｒ ｂ Ｕ ａ ｌ ｅ
向。
水清洗 ，也有可能得到较薄 的固化膜 ，并 降低 了生产和 使 用中火 灾的风 险。本文拟对该领域 的发展情 况进 行介绍与
评述 。
关键词 ：水性涂料 ；紫外光固化涂料 ；乳液 ； 超支
化聚 合物
１ 紫外光固化涂料与其它常规涂料 的比较
紫外 光 固化 涂料 至 少 由含 有 多官能 团的 树脂和 光 引
…
所 以对于热敏感 ｝ 生基材 （ 例如 ：纸张 、木材 、布料 、电 料 目前 已经成 为国内 ｕ Ｖ固化 材料的一个研究热点 。 子元件等） 的应用受到限制 。
，
紫外光 固化 水性涂料 目前还处 于初期阶段 ，已经有工 业化的产 品出售 ，只是所 占份额还不是 很大 ，但是 未来的
维普资讯
很好 ，但价钱较贵 ，一般采 用混 杂的办 法 ，阳离子 、阴离 态聚 合物加入表面活性剂来制得的 ，在高速搅拌下形成该 子都要和 自由基混 杂起来用 ，叫做混杂固化。应该 注意的 聚合物的乳液。这些聚合物都有一定的玻璃化温度 ，但 由 是 ：涂层 固化所需 的光 引发剂浓度和厚度成反 比关系 ，也 于都不含 固体颗粒 ， 以它们都没有最低成膜 温度 （Ｆ Ｔ。 所 Ｍ Ｆ ） 就是 涂层 越厚 ，所 需的光引发剂浓度应该越小 。光 固化领 后 来发展 出不需要 加入 表面 活性 剂的 自乳化 型乳化 聚合 域中最近热门研究课题是可聚合的大分子 光引发剂 ， Ｕ 物 ， 经 Ｖ 但稳定Ｉ 口 固含量都 难以提高 。乳 化聚 合物通常情况 光照射 引发后 ，直接和 主体树脂共 聚完成光 固化过 程 。 加 引发 剂的光固化树 脂 ，例如 ，在光照以后产生氦 ，氨可 以作诱化 剂 ，也可 以作环 氧化 合物的固化剂 ，这 可以把一 ３３ 乳液 聚 合法 制备 紫外 光 固化 水性 乳液 ． 些 没有光固化性能的物质变成光固化产 品。 乳液聚合物 （ｍ ｌｉｎ Ｐ ｌｍ ｒｚ ｔｏ 一般称 为乳胶 Ｅ ｕｓｏ ｏｙ ｅ ｉａ ｉｎ） （ ａｅ 。这些聚合物 的相对分子 质量极 高 ， 以从 两百 Ｌｔ ｘ） 可 下是乳白色带蓝光液体 ，相对分子质量可能在 １ ０万或更 另外亚洲 辐射 技术协 会主席 洪 啸吟教 授认 为可 以研究 不 小的范围 ，粒径 ２ ～ ０ ｍ 固含量 ３％ 右。 ０ ５０ｎ ， ０左
多重交联紫外光固化水性聚氨酯涂料
多重交联紫外光固化水性聚氨酯涂料叶代勇【摘要】通过环氧树脂改性以及多元醇内交联、六甲撑二异氰酸酯(HDI三聚体)交联改性、固化剂交联和紫外光交联等四重交联,并加入季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)作为接枝化合物,合成了紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯分散体(WPUD).研究了环氧树脂改性以及PETA含量对漆膜性能的影响.结果表明,经过环氧改性,采用2.5%的HDI三聚体和13.6%的PETA合成的水性聚氨酯丙烯酸酯分散体,其漆膜吸水率为6.3%,耐丙酮擦洗360次,摆杆硬度0.79.所得漆膜达到或超过了溶剂型紫外光固化涂料的要求.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2010(029)011【总页数】5页(P60-64)【关键词】紫外光固化涂料;水性聚氨酯涂料;环氧改性;多重交联;吸水率;接枝率【作者】叶代勇【作者单位】华南理工大学化学与化工学院,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TQ639性能优异的各种水性紫外光固化树脂的开发一直是国内外研究的热点，其合成研究多以水性聚氨酯丙烯酸酯体系为主[1-14]。
H. D. Kim和T. W. Kim以异佛尔酮二异氰酸酯、聚氧四甲撑二醇、二羟甲基丙酸、三乙胺和丙烯酸-2-羟基乙酯(HEA)为主要原料，以月桂酸二丁基锡为催化剂合成了紫外光固化水性聚氨酯，研究了二羟甲基丙酸含量和四氢呋喃均聚醚分子量对膜性能的影响[1]；Z. M. Wang等以甲苯二异氰酸酯、聚乙二醇、二羟甲基丙酸、三乙胺和甲基丙烯酸2-羟基乙酯为主要原料，合成了紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯[2]；A. Tauber等用傅立叶红外的表征方法分析了合成紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯分散体的过程和影响因素[3]；Y. B. Kim等开发出了用于阴极电泳涂料的紫外光固化水性聚氨酯分散体[4]；J. W. Yang等合成了用于紫外光固化水性涂料的聚氨酯丙烯酸酯扩链低聚物[5]；A. Asif和W. F. Shi合成了基于超支化脂肪族聚酯的紫外光固化水性聚氨酯涂料[6]；杨建文等[9-11]通过将聚氨酯接枝到甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物上，经胺中和后制得自乳化丙烯酸树脂接枝聚氨酯体系；沈效峰和郁建华[12]以甲苯二异氰酸酯、聚醚多元醇、二羟甲基丙酸、丙烯酸–2–羟基乙酯等原料，合成了一种紫外光固化水性PUA乳液；虞浩等[13]用甲苯二异氰酸酯、聚己二酸新戊二醇酯多元醇、二羟甲基丙酸和甲基丙烯酸β-羟乙酯合成了紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯水分散液，并对其流变行为进行了研究。
紫外光固化水性涂料研究进展楚会来
紫外光固化水性涂料研究进展楚会来发布时间：2021-09-01T06:15:43.036Z 来源：《新型城镇化》2021年12期作者：楚会来刘艳菲王洁[导读] 20 世纪 60 年代发展起来的 UV 固化涂料，主要是利用涂料中的光引发剂产生自由基（或阳离子），使聚合物或单体发生双键聚合，最终形成具有特定力学性能的相对分子质量。
河北晨阳工贸集团有限公司河北保定 072550摘要：20 世纪 60 年代发展起来的 UV 固化涂料，主要是利用涂料中的光引发剂产生自由基（或阳离子），使聚合物或单体发生双键聚合，最终形成具有特定力学性能的相对分子质量。
本品为环保涂料，不添加有机溶剂，在使用过程中固化速度快（几秒到几十秒），具有“节能减排” 效果。
UV 固化一般在室温下进行，对于一些无法耐热的基材， UV 固化涂料是很好的选择。
关键词：紫外光固化；水性涂料；研究进展光固化水性涂料的优缺点光固化水性涂料的优点以水作为稀释介质对低聚物或树脂进行稀释，易于控制体系的黏度，价格低，易得。
流变性可方便地用水或增稠剂调节，适用于辊涂、幕涂、喷漆等多种涂装方式，安装方便。
用水调节黏度，降低有机溶剂的含量，减少 VOC，降低刺激性和毒性，环境污染少或无污染，不影响人体健康。
由于涂膜固化收缩，固化膜与基材结合力好，适用于涂覆塑料等非吸收基材表面。
为了保持涂膜的硬度和弹性，可以使用分子量较高的预聚树脂。
存放方便，固化前可触摸，防尘操作简单，不影响涂膜平整度。
光固化水性涂料的缺点水容易霉变，水的冰点为 0，不适于贮存和运输。
水的表面张力大（在常温下为 72.7510-3Nm-1)，因此对基材表面清洁要求高，不易渗透基材，造成涂层不均匀。
（3）涂装后干燥除湿消耗大量热量，不节能。
除水外，需额外干燥设备，干燥时间长，工序繁琐，涂布效率低。
水作为稀释介质，限制了基材的使用范围，例如，金属基材在高温除湿过程中易发生锈蚀，而纸张和皮革基材不适合高温干燥。
UV固化涂料的研究进展和前景
UV固化涂料的研究进展和前景张怀滨（070305班070305121号）摘要: 概述了UV 固化涂料的基本原理、基本本反应及组成, 介绍了近年来紫外光固化体系中光敏预聚体的研究进展。
认为开发水性紫外光固化涂料、紫外光固化粉末涂料是目前紫外光固化涂料的发展趋势。
介绍了光固化涂料的应用情况及其前景展望。
关词键: UV 固化涂料; 基质树脂; 光固化粉末涂料; 光固化水性涂料0. 引言光固化是一种快速发展起来的绿色新技术。
从20 世纪70 年代至今, 辐射固化技术在发达国家的应用越来越普及, 已广泛用于各种涂料、油墨及胶黏剂等领域。
其中, UV 固化技术的发展更加迅速。
与热固化相比, UV 固化具有无挥发性物质释放、节省能源、生产效率高等优点。
UV 固化涂料是20 世纪60 年代末由德国开发的一类环保型涂料。
该涂料经紫外光照射后发生光化学反应, 使涂层快速聚合和交联, 达到固化成膜的目的。
目前关于提高固化速度、增强附着力和降低活性稀释剂毒性的新型预聚物、稀释剂和光敏剂的开发和应用研究已经取得了卓越的成就。
1.UV涂料固化机理根据格若斯定律，光致化学反应的必要条件是物质对光的有效吸收。
被物质吸收的光有可能引发光化学反应，但并非被物质吸收的光都能使物质发生光化学反应，只有具有足够高能量的光才能激发物质使光化学反应得以发生。
显然，物质对光的吸收、吸收光的能量和物质自身的化学结构之间的关系是决定光化学反应能否发生的关键因素。
光化当量定律表明：在初级反应中，被活化的分子数（或原子数）等于吸收的光量子数。
光量子是光的最基本能量单位，其能量：δ=hy=hc/λ式中：h=6.62*J.s ; c=3*m/s活化1摩尔的分子需要吸收6.02*个光子。
把1摩尔物质所吸收的光子能量称为1个爱因斯坦，即：=йhc/若以纳米作为波长单位，则=1.196×/λ(kJ/mol).紫外光的波长范围在200~400 nm，根据光化当量定律可以确定紫外光的爱因斯坦量子值为598~299kJ/mol。
光固化涂料
光固化涂料产品简介：光固化涂料（UVCC）又称紫外光（UV）固化涂料，是辐射固化涂料的一种，主要指在光照射下可以迅速交联固化成膜的一类新型涂料，因其高效涂装和环境友好等特征，已在涂料行业得到广泛应用。
与溶剂型涂料相比，光固化涂料具有固化速度快、物挥发性溶剂、节约能源、费用低、可自动化生产等特点。
自从20世纪60年代德国Bayer公司开发了第一代紫外光固化涂料以来，光固化涂料技术上不断成熟，原材料、品种、性能不断发展。
早期的光固化涂料主要应用于木器涂装，而现在所适用的基材已扩展至纸张、塑料、金属、石材、水泥、织物、皮革等；涂料的外观也由最初的高光型，发展出亚光型、磨砂型、金属闪光型、珠光型、烫金型、纹理型等；适宜涂装方式包括淋涂、辊涂、喷涂、浸涂、丝印、胶印、柔印、凹印等。
原理：UV涂料即紫外光固化涂料，紫外光固化涂料经紫外光照射后,首先光引发剂吸收紫外光辐射能量而被激活,其分子外层电子发生跳跃,在极短的时间内生成活性中心,然后活性中心与树脂中的不饱和基团作用,引发光固化树脂和活性稀释剂分子中的双键断开,发生连续聚合反应,从而相互交联成膜。
化学动力学研究表明,紫外光促使UV涂料固化的机理属于自由基连锁聚合。
首先是光引发阶段;其次是链增长反应阶段,这一阶段随着链增长的进行,体系会出现交联,固化成膜;最后链自由基会通过偶合或歧化而完成链终止。
特性：(一) 光固化涂料的优点1) 节约能源，不需要烘烤，固化成膜所消耗的紫外光或电子束仅在瞬间，所以生产过程中只消耗极少的电力。
2) 无溶剂或溶剂用量很低。
3) 固化速率快，一般是零点几秒到十秒，大大缩短操作工时；适于高速生产线，生产速率快。
4) 漆膜性能好，丰满度及光泽尤其突出，具有良好的抗摩擦、抗溶剂、抗污染性能。
5) 对热敏感的材料具有较好的施工性能。
(二) 光固化涂料的缺点1) 电子束固化设备投资大。
2) 对几何形状复杂的构件固化困难。
3) 加油颜料的色漆应用紫外光固化工艺尚有一定的困难。
环保水性涂料的研究进展
料对 基材 的润湿 困难。４ 以水作溶剂 ， （） 金属基体极 易腐蚀。５树脂 与 （） 水的相溶性不好 ， 以致涂料 的贮存稳 定性差 。６ 因为水 的冰点 比大 多 （） 数有机溶剂高 ， 因此涂料 的冻融稳定性差。７ 容易遭受微生物破坏 。 （） 为了不 断改 善其性能 ， 扩大其应 用范围 ， 半个世纪 以来 国内外 近
子乳 液的 Ｐ Ｈ值 ， 使聚合物上 的羧基 离子化 ， 形成 高度带电 的乳胶 粒作 传统溶 剂型涂料 在生 产和使用 过程 中所 释放 的挥发性 有机 物质 为进一步聚合 的场所 。联合使用 水溶性羟基单体 和离子型 引发剂也 （ Ｏ ｓ产 生的污染 ， Ｖ Ｃ） 目前被排在 汽车之后 ， 列为城市 主要污染源 。随 可制备出稳定 的高固含量无皂乳液ｐ １ 。唐广粮等Ｉ利 用烯烃基 甘油醚 着科技进步 和经济的高速发 展 ， 资源和能源 的匮乏已引起世界各 国的 磺 酸盐 、一 ３烯丙氧基一一 ２ 烃基丙磺酸盐等制备 出固含量高达 ６％的稳定 ０ 重视 ， 节资 节能 ， 保护环境 ， 世界涂料界 面临的主要问题 。作 为溶剂 的无皂乳液 。 是 型涂料替代 品之一 的水性涂 料 ， 已受到世界各 国的重视 。最早 的商品 （） ２ 采用可 聚合乳化剂 化水性涂料 是在 ２ 世纪 ３ 年 代出现的。基 于其对 环境的相容 性和保 Ｏ Ｏ 已报道的可聚合乳 化剂种 类很多 ， 主要有烯丙醇的衍生物 、 乙烯 苯 护性 ， 并具 有节省资源 、 约能源的优点 ， 节 水性涂 料产品很快就 被市场 的衍生物 、 马来酸的衍生物 、 烯酰胺的衍生物 、 甲基 ） 丙 （ 丙烯 酸及其酯 接受 ， 逐渐发展 扩大 。 日 、 国 １８ 年水性涂料 分别 占涂料 总销 的 衍 生 物 等 。 并 本 美 ９６ 售量 的 １％和 ２ ％， 国 １９ 年 水性 涂料产 量 占全 国涂料 总产 量的 ８ ２ 英 ９５ 为了使可 聚合乳 化剂键合在乳 胶粒表面而 产生 良好 的稳 定效果 ， ６． ４ ％。我国从 ６ 年代开始研究水性涂料 ， ５ ０ 进人 ９ 年代后 ， ０ 国家大力扶 可聚合乳 化剂应 具有适 当的聚合活性和亲水性 。聚合活性太 高 ， 它在 持水性涂料 的发展 。 目 的市场 占有率虽不 是很高 ， 前 但却具有 广阔的 聚合过程 的早期就会 和其他 单体共聚而埋在颗粒 内部； 活性较低 ， 则它 发展前景。 在聚合过 程的后 期才与其他 单体共聚 ， 不易埋 在颗粒 内而位于颗粒 的 水性涂料 以水基性 上光油为主体 的各种水性树脂涂料 。包括 表面 聚合活性 太小 ， 就难 以键合 到乳胶粒上 。亲水性 太小 的可 是 ； 但 它 但太大可能会水相 聚合 ， 形成水溶性 聚合 专用上 光机用水性光 油 、 性版水性光油 、 柔 凹版水性光 油 、 性磨光油 聚合乳化剂也易埋在颗粒内 ， 水 １ （ 光胶 ） 以及水性薄 膜复合黏合剂等 。可作水性涂料基 料的树脂包 物 。 压 ， 括醇酸 、 环氧 、 丙烯酸 、 聚氨酯 和聚酯树脂等 。另需添加各种添加剂 ， 如 可聚合基团的位置对聚合过程及乳液的稳定性有较大 的影 响。双 助溶剂 、 乳化剂 、 成膜 助剂 、 增稠剂 、 消泡 剂 、 催干剂 、 防霉杀 菌剂 、 缓蚀 键位于疏 水端的最易 聚合 ， 位于亲水端 的因亲水端之 间的排斥作用而 剂等 。 日 、 国 、 国对 防霉杀菌剂的研究较系统 。水性涂料所用 的 本 英 德 难聚合ｍ 。采用合适 的可聚合乳化剂 可制备 固含量 ５ ％以上的稳定 的 ０ 防霉杀菌剂 主要是有机噻唑类及一些无机金属离子抗菌剂 。水性涂料 无皂乳液 一。 （） ３ 采用大分子乳化剂 应用 于金属基体上 ， 在涂膜未干 时易 引起基体腐蚀 ， 因此选用合适 的水 性涂料用缓蚀剂也是很关键 的。选用缓蚀剂时应 同时考虑其效能和毒 大分子乳 化剂的迁移性 远低于小分子 乳化剂 ， 聚合过程 中还 可 在 性 问题 ， 常用 的有钼酸钠 、 碳酸钠 、 环烷酸锌等 。 能 与乳 胶粒发生接枝作 用 ， 因而采用大 分子乳化剂 可克服小分子 乳化 尽管水 性涂料具有污 染性小 ， 安全 系数 高 ， 施工方便 等优点 ， 但也 剂易迁 移 、 易起泡 的缺点。用于乳液 聚合的大分子乳 化剂包括嵌段共 存在 以下缺点 ： １ 水性涂料 中的基料 和添加剂为有机 物质 ， （） 体系 中含 聚物 、 接枝共 聚物等 。采用大分 子乳化剂 可制备 固含量 ３ ％ 一 ０ ０ ４ ％的 有机溶 剂量 为 ２ ％一１％， ２ 仍会对环境造成 污染。 ２ 成膜时干燥时 间较 稳定的无皂乳液ｕ 。 （） 长， 尤其是 在低 温高湿 环境下 。这是 因为水 的蒸 发热 高于有机溶剂 ， 往 ２紫外光固化交联 ． 往需 要采取措施来促 进水的蒸发 。３ 由于水的表面张 力较大 ， （） 使得涂 紫 外 光 固化涂 料 一般 要使 用 反 应性 稀 释单 体 等有 机 挥发 组 分
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水性光固化涂料研究进展
发表时间：2018-12-26T10:31:36.900Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：康森[导读] 光固化水性涂料作为一种绿色环保的新型涂料，既响应环保号召，又满足人们对高品质生活的需求
康森
PPG涂料（天津）有限公司天津 300457 摘要：光固化水性涂料作为一种绿色环保的新型涂料，既响应环保号召，又满足人们对高品质生活的需求，近年来得到大力发展。
光固化水性涂料要求树脂分子同时具备：1）树脂分子在紫外光的作用下，从液态转化为固态；2）树脂分子能够溶于水或以水作为分散介质，这就要求树脂分子中须含有一定数量的不饱和基团和强亲水基团。
基于此，本文主要对水性光固化涂料研究进展进行分析探讨。
关键词：水性光固化涂料；研究进展
1、前言
传统的光固化涂料不能使用相对分子质量过高的低聚物作为主体树脂，同时要加入相对分子质量较低的活性稀释剂，因此难以兼顾硬度和柔韧性。
而水性光固化涂料体系是水分散性树脂体系，其黏度与低聚物的相对分子质量无关，只与固含量有关，因而在涂料配方中可使用相对分子质量较高的低聚物，同时又不必加入低分子的活性稀释剂，从根本上解决了高硬度与高柔韧性之间的矛盾。
2、光固化水性涂料的分类和组成
光固化水性涂料的分类方法很多，常见的分类有如下几种：按其固化机理分类可分为自由基光固化体系和阳离子光固化体系两大类，按其使用的光引发剂可分为水溶性体系和水分散性体系两大类，还可以根据其固体含量高低[6]和是否含多官能团丙烯酸酯（MFAs）等来进行分类。
光固化水性涂料体系由水性UV树脂或预聚体、光引发剂、助剂和水组成。
其中水性UV树脂或预聚体是体系中最重要的组分，预聚物的分子结构、相对分子质量、官能团密度、Tg等直接影响着涂膜的硬度、强度、黏附性、柔韧性、耐磨性、耐水性、耐候性、耐腐蚀性等综合性能，预聚物还对光固化速度有很大影响。
目前，常见的水性UV树脂主要分为以下几类：水性不饱和聚酯、水性聚氨酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯、水性聚酯丙烯酸酯、水性丙烯酸酯化聚丙烯酸酯。
2.1水性不饱和聚酯
水性不饱和聚酯是较早用于UV固化水性涂料的原料之一，其合成方法是通过传统的多元醇和多元酸缩聚反应得到，为使聚合物具有亲水性，通常在不饱和聚酯分子链上引入亲水基团，如聚乙二醇、偏苯三酸酐或均苯四酸酐等。
水性不饱和聚酯涂料成本较低，但是其光固化速度较慢，综合性能不及其他水性光固化涂料，导致其应用受到局限。
2.2水性聚氨酯丙烯酸酯
水性聚氨酯丙烯酸酯（WPUA）涂料是目前应用最广泛的UV固化水性涂料之一，兼具聚氨酯和丙烯酸酯二者的优点，具有良好的柔韧性、抗冲击性、抗张强度、耐腐蚀性、耐磨性、耐候性、附着力及手感等综合性能，其最大的特点是可通过分子设计、控制软硬段比例、控制双键和亲水基团含量，来调节预聚物的综合性能。
WPUA一般是以二异氰酸酯作为硬段、聚酯二元醇或聚醚二元醇作为软段、含亲水基团的二元醇（如二羟甲基丙酸）作为扩链剂、丙烯酸羟基酯作为封端剂，通过多步缩聚反应制得。
研究者通过将双羟基丙烯酸酯（PEDA）接枝到聚氨酯侧链，再用单羟基丙烯酸羟乙酯（HEA）进行封端，得到了一种新型UV固化水性聚氨酯丙烯酸酯。
这种方法大大提高了聚合物的双键含量，可方便地控制聚合物侧链及主链上的碳碳双键含量，进而控制固化膜的性能。
测试表明：固化膜的热稳定性随碳碳双键含量的提高而提高。
研究者通过原位聚合法制备出无溶剂型聚氨酯丙烯酸酯（PUA）复合乳液，并用氮丙啶对其进行改性，结果表明：氮丙啶与PUA分子链上的羧基发生开环反应，增大了分子的交联密度，改性后的树脂综合性能增强，尤其是防腐性能。
刘棚滔等[14]用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）和二乙醇胺合成超支化聚氨酯核，然后用IPDI、聚醚二元醇、DMPA、1，4-丁二醇和丙烯酸羟乙酯合成线性聚氨酯，并将其接枝到超支化聚氨酯核上，最后加入丙烯酸酯，成功制备出稳定性较好的超支化聚氨酯丙烯酸酯共聚乳液。
2.3水性环氧丙烯酸酯
水性环氧丙烯酸酯是目前用量最大的UV固化水性低聚物之一。
它具有原料价格低、拉伸模量高、涂膜硬度高、附着力好、光泽度高、耐化学品性能好、电绝缘性和热稳定性良好等优点，但也存在脆性和耐黄变性能差等缺点。
通常由（甲基）丙烯酸与环氧树脂酯化后制得环氧丙烯酸酯，利用环氧丙烯酸酯中的羟基与酸酐（如顺酐、偏苯三酸酐、均苯四酸酐等）反应从而引入羧基作为亲水基团，再用有机胺中和得到水性环氧丙烯酸酯树脂。
研究者以丙烯酸和马来酸酐为改性剂，以双酚A型环氧树脂为基体，以正硅酸乙酯为前驱体，以γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，制得一种新型改性的水性环氧丙烯酸酯（WEA）/纳米SiO2溶胶复合材料，试验结果表明，固化时间为40s，最大固化度达到了88%的凝胶含量，纳米硅溶胶的加入改善了WEA树脂的热稳定性和阻燃性。
2.4水性聚酯丙烯酸酯
水性聚酯丙烯酸酯（WPEA）是水性光固化体系中较为常见且价格低廉的低聚物。
它容易制备，具有色泽浅、光泽度高、柔韧性好、涂膜丰满等优点，其最大的特点是具有较低黏度，常用于丝印油墨和罩光清漆。
WPEA是由相对分子质量较低的聚酯二醇经丙烯酸酯化制得，一般由聚酯端羟基与丙烯酸酯化或由聚酯端羧基与甲基丙烯酸缩水甘油酯反应而得。
2.5水性丙烯酸酯化聚丙烯酸酯
水性丙烯酸酯化聚丙烯酸酯具有价廉、易制备、耐黄变、光泽度好、涂膜丰满、附着力好等优点，一般通过含有特定基团的单体与丙烯酸系单体共聚，再与丙烯酸系单体反应，从而制得水性丙烯酸酯化丙烯酸酯。
常用丙烯酸共聚引入羧基，用甲基丙烯酸-β-羟乙酯或（甲基）丙烯酸缩水甘油酯共聚引入羟基或环氧基从而进一步引入丙烯酰基团。
但由于共聚过程中双键被消耗，其光固化活性较差。
3、光固化水性涂料的发展和应用 3.1光固化水性涂料的发展
为了适应不同产品需求，提高光固化水性涂料综合性能，许多学者对UV固化水性树脂作了大量改性研究，开发出一系列新型树脂体系。
目前光固化水性涂料发展方向主要有以下几个体系：超支化体系、双重固化体系、有机-无机复合体系、环氧丙烯酸酯-聚氨酯丙烯酸酯复合体系、环氧豆油丙烯酸酯体系等。
这些新体系的开发，极大地改善了原有树脂的缺点，有利于光固化水性涂料应用在不同需求的产品上。
3.2光固化水性涂料的应用
随着学者们对光固化水性涂料不断深入研究，越来越多性能优异的树脂被开发，光固化水性涂料的应用领域也被大大拓宽。
目前，光固化水性涂料广泛应用于纸上光油、木器清漆、水性UV金属漆、塑料清漆、丝印油墨、电沉积光致抗蚀剂、水显影型光成像阻焊剂、凹印油墨、柔印油墨、UV喷墨油墨、皮革涂料、织物涂料等众多领域。
随着发展的要求，光固化水性涂料还将应用于更多领域，它将大大提高我们的生活品质。
4、结语
光固化水性涂料最大的优点是绿色环保、黏度可控、预聚物结构可设计，然而也存在着许多问题制约其应用，如对基材润湿性差、耐水性差、耐洗涤性差、贮存稳定性差、光固化过程中有小分子残留、光引发剂种类少、干燥除水过程繁琐、成本高于其他涂料产品等。
未来光固化水性涂料发展亟须围绕解决上述不足来进行，不断地扩展其应用领域，尤其是降低成本、提升性能、解决除水困难，一旦获得突破，将直接增大光固化水性涂料的市场份额。
参考文献：
[1]姚永平，崔艳艳，董智贤，等.水性光固化涂料研究进展[J].涂料工业，2011，41（8）：74-79.
[2]尹宪立.UV光固化涂料及其研究进展[J].涂料技术与文摘，2013，34（8）：3-5.
[3]陈浩锦，刘晓国.水性UV树脂的研究进展[J].表面技术，2014，43（2）：142-149.。