一、UV涂料及組成

　　UV涂料因應(yīng)用領(lǐng)域不同而成分各異，但其基本匕是吲瞄輕物、單體、光引發(fā)劑及助劑組成。UV固化的主要反應(yīng)歷程是：由輻射引起光引發(fā)劑分解，生成的活性自由基引茇單體或低聚物聚合交聯(lián)。因此，光引發(fā)劑的引發(fā)效率對(duì)于配方的成本以及光固化速率起著致關(guān)重要的作用，同時(shí)圍繞引發(fā)劑問(wèn)題也產(chǎn)生了不同的固化技術(shù)，如混雜固化、光暗固化等。

　　(一)單體和低聚物

　　單體和低聚物的主要特征是含有端基雙鍵，它是光固化成膜的物質(zhì)基礎(chǔ)，在光固化成膜物質(zhì)的研究和改性中。其研究的主要思路是：通過(guò)化學(xué)手段，將含有雙鍵的單體連接在樹(shù)脂上，使樹(shù)脂具有光固化活性。

　　目前，丙烯酸酯仍然是光固化領(lǐng)域最常使用的齊聚物，占整個(gè)市場(chǎng)的82%；此外，還有環(huán)氧類(lèi)樹(shù)脂和不飽和樹(shù)脂兩種齊聚物比較常用，均占8%。但傳統(tǒng)的光固化齊聚物，如環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚酯(或聚醚)以及不飽和聚酯一般都具有較高的黏度，而且隨著相對(duì)分子量的提高，其黏度也隨之增大，因此，常需加入單體，以提高其黏度。但單體會(huì)影響涂膜性能，而且對(duì)皮膚有刺激性。這樣，解決光固化樹(shù)脂的黏度問(wèn)題，就成為光固化涂料研究中的重點(diǎn)，而采用超支化聚合物是解決樹(shù)脂黏度問(wèn)題的一個(gè)方向。超支化聚合物獨(dú)特的三維分子結(jié)構(gòu)使其具有黏度低、反應(yīng)活性高和相溶性好等性能，它還能使固化膜的收縮率變小，從而具有良好的基材附著性能。

　　(二)光引發(fā)劑

　　光引發(fā)劑是光固化的核心技術(shù)，它的性能決定了UV固化涂料的固化程度和固化速率。許多光固化涂膜的弊病都是由于光引發(fā)劑引發(fā)效率低或是加入填料所致。為了滿足日益增長(zhǎng)的工業(yè)需求，開(kāi)發(fā)更新、更快、具有獨(dú)特性能的光引發(fā)劑已經(jīng)成為UV固化技術(shù)研究的一個(gè)重要方面。目前，引發(fā)劑的類(lèi)型主要有自由基光引發(fā)劑、陽(yáng)離子光引發(fā)劑等幾種。

　　1.自由基光引發(fā)劑

　　自由基光引發(fā)劑分為裂解型和奪氫型兩種類(lèi)型。

　　裂解型引發(fā)劑有安息香醚類(lèi)、苯偶姻類(lèi)、苯乙酮類(lèi)、硫雜蒽酮類(lèi)等，此類(lèi)引發(fā)劑的缺點(diǎn)是在空氣中受O2的影響，對(duì)光引發(fā)劑有阻聚作用，影響固化速度以及固化程度。奪氫型引發(fā)劑利用叔胺類(lèi)光敏劑構(gòu)成引發(fā)劑/光敏劑復(fù)合引發(fā)體系，可抑制O2的阻聚作用，提高固化速度。盡管自由基型光引發(fā)劑存在著一些不足，但卻具有低價(jià)優(yōu)勢(shì)，所以，目前仍被廣泛應(yīng)用。

　　2.陽(yáng)離子光引發(fā)劑

　　陽(yáng)離子光引發(fā)劑包括重氮鹽、二芳基碘翁鹽、三芳基硫翁鹽、烷基翁鹽、鐵芳烴鹽、磺?；叭蓟柩趺训取Ｆ鋬?yōu)點(diǎn)是不受O2的影響。用合成的二苯基碘鈴六氟磷酸鹽作光引發(fā)劑，對(duì)不同比例的雙酚環(huán)氧樹(shù)脂和丙烯酸酯預(yù)聚物組成的復(fù)合樹(shù)脂進(jìn)行的光固化研究，證明了碘翁鹽具有同時(shí)引發(fā)環(huán)氧和丙烯酸酯復(fù)合樹(shù)脂按陽(yáng)離子和自由基兩種不同機(jī)理進(jìn)行光固化的能力，該研究結(jié)果為進(jìn)行光混雜固化提供了理論依據(jù)。

　　二、UV固化涂料的種類(lèi)

　　(一)粉末涂料

　　UV固化粉末涂料是粉末涂料技術(shù)與紫外光固化技術(shù)相結(jié)合的一項(xiàng)新型涂裝技術(shù)，它綜合了傳統(tǒng)粉末涂料和液體UV固化涂料技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并在一定程度上克服了兩類(lèi)涂料的缺點(diǎn)。

　　傳統(tǒng)的熱固化粉末涂料要求在180℃～200℃下固化15min～30min，這就限制了這種技術(shù)在熱敏基材中的應(yīng)用。目前正迅速發(fā)展的熔點(diǎn)在100℃～120℃的紫外光固化粉末涂層，解決了這個(gè)問(wèn)題。與傳統(tǒng)的熱固化粉末涂料相比，UV固化粉末涂料的熔融流平與固化是兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)程，先使粉末顆粒通過(guò)紅外輻射加熱熔融流平，之后再進(jìn)行紫外光輻射固化，從而可以得到平整光滑的涂膜。由于UV固化粉末涂料熔融溫度低，所以可以廣泛用于熱敏基材(如紙張、橡膠、塑料)等的涂裝，這就大大擴(kuò)展了粉末涂料的應(yīng)用空間。UV固化粉末涂料無(wú)活性稀釋劑，涂膜收縮率低，與基材附著力強(qiáng)，一次涂裝即可形成質(zhì)量?jī)?yōu)良的厚涂層，且涂料噴涂濺落的粉體便于回收使用，因此，較UV固化的液體涂料具有更高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)和生態(tài)優(yōu)勢(shì)。

　　國(guó)外于20世紀(jì)90年代初開(kāi)始研發(fā)UV固化粉末涂料，20世紀(jì)90年代中期實(shí)現(xiàn)商品化，并得到迅速發(fā)展。目前已有很多UV固化粉末涂料應(yīng)用于木材、金屬、紙類(lèi)基材上。國(guó)內(nèi)UV固化粉末涂料也得到一定的發(fā)展。國(guó)內(nèi)科學(xué)家用十六酰氯和十八異氰酸酯分別對(duì)端羥基的超支化聚酯進(jìn)行改性，獲得的粉末狀超支化低聚物，具有無(wú)定形“內(nèi)核”及可結(jié)晶“外殼”的分子結(jié)構(gòu)，使涂膜的表觀性能和力學(xué)性能得到大大提高。另外，由于端基存在大量紫外光可固化的丙烯酸酯基團(tuán)，該粉末狀超支化低聚物在熔融輻照時(shí)能快速固化。有科學(xué)家對(duì)樹(shù)枝狀聚醚酰胺基紫外光固化粉末涂料進(jìn)行了研究，在羥端基的樹(shù)枝狀聚醚酰胺基礎(chǔ)上，通過(guò)與不同比例的TDI、HEA和十八異氰酸酯反應(yīng)，合成了兩種具有不同濃度的UV固化半結(jié)晶聚合物DPEA-A和DPEA-B。通過(guò)DSC測(cè)試，兩種紫外光固化半結(jié)晶聚合物均形成了不同的微晶，且都滿足UV固化粉末涂料對(duì)強(qiáng)和Tm的要求。

　　(二)水性涂料

　　UV固化水性涂料結(jié)合了水性涂料和光固化涂料的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到迅速發(fā)展，也是今后光固化涂料主要發(fā)展方向之一。UV固化水性涂料的優(yōu)點(diǎn)是：可以使用相對(duì)分子質(zhì)量很高的齊聚體以提高對(duì)某些基材的黏附力，并提高固化膜的其他物理性能，而不像傳統(tǒng)紫外涂層的齊聚體相對(duì)分子質(zhì)量受到施工黏度的限制：體系的黏度可用水來(lái)調(diào)節(jié)，而不必使用稀釋單體，這樣就可以避免由活性稀釋單體引起的收縮；用這種方法可以得到極薄的涂層，且設(shè)備易于清洗；水烘干后在輻照之前就可以得到觸干的涂層，這樣可以用于三維物體的表面固化，這種輻照之前就觸干的涂層，減少了灰塵的吸附，并且能在固化前對(duì)涂層的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。這種技術(shù)的缺點(diǎn)是：光固化前必須脫水烘干，體系光澤度低，耐溶劑性差，耐擦傷性差。事實(shí)上“水基”體系并不適合于所有的領(lǐng)域，而且“水基”體系也不是真正對(duì)環(huán)境無(wú)害，因?yàn)樵谇逑此湍蛲繉訒r(shí)，它可以溶解或分散在水中，很難去除，而其中的化合物，如丙烯酸類(lèi)對(duì)魚(yú)和其他水生物非常有害。

　　UV固化水性涂料有利于環(huán)境保護(hù)，并具有固化速率快的特點(diǎn)，符合時(shí)代發(fā)展要求。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，Hoechst、UCB、ICI、Zeneca、BASF等公司已推出了他們的光固化水性涂料產(chǎn)品。當(dāng)前，技術(shù)上存在的不足主要包括：涂料水分散體系的長(zhǎng)期穩(wěn)定性有待提高，可供選擇的光引發(fā)劑品種不多，大多沿用傳統(tǒng)的光引發(fā)劑，對(duì)于顏料著色涂料，選擇余地更小，增設(shè)干燥除水裝置對(duì)該技術(shù)的推廣應(yīng)用有不利影響。因此，繼續(xù)開(kāi)展基礎(chǔ)性研究，揚(yáng)長(zhǎng)抑短，并大力拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，仍是當(dāng)前發(fā)展水性光固化涂料技術(shù)的當(dāng)務(wù)之急。國(guó)外科學(xué)家采用陽(yáng)離子電沉積法研制了一種具有特殊性能的聚氨酯水性涂料，這種方法能大大縮短涂料中水分蒸出的時(shí)間，很好地解決了水基涂料整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。

　　三、UV固化涂料的發(fā)展前景

　　UV固化涂料由于其優(yōu)良的性能，符合當(dāng)前人們環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)的需求，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。在?guó)外，UV固化涂料已廣泛應(yīng)用于建筑涂料、體育用品、電子通訊、包裝材料和汽車(chē)等不同領(lǐng)域。我國(guó)光固化領(lǐng)域發(fā)展速度更加驚人，每年都以20%～30%的速度增長(zhǎng)。在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如在紙張、木器、塑料、金屬、光盤(pán)、光纖等基材上獲得了很好的應(yīng)用。當(dāng)前，UV固化涂料的發(fā)展又面臨著—個(gè)絕好的機(jī)遇，為配合實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，我國(guó)制定了環(huán)保政策，并加大了執(zhí)法力度，人們的環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)，越來(lái)越多的人會(huì)選擇環(huán)保產(chǎn)品。