余丰 范继贤 何典 邵华 周正发 徐卫兵 (合肥工业大学高分子材料与工程系230009)
摘要:紫外光固化涂料具有固化速度快、能耗少、环保等优点，广泛应用于各种生产领域。对紫外光固化涂料的组成、品种、应用及其主要发展方向进行了综述。
关键词:紫外光固化涂料;组成;应用;发展
中图分类号:TQ630.7文献标识码:A文章编号:1009-1696(2006)10-0019-04
0 概述
1968年，德国拜尔公司率先使用不饱和树脂与安息香酸的紫外光固化体系制成了商品化产品，开发了第一代紫外光固化涂料。20世纪70年代初，美国Sun化学公司Immonteoneise公司先后研制出了紫外光固化油墨。近二十多年来，紫外光固化涂料取得了迅猛的发展，许多在紫外光辐射下快速固化的树脂陆续商品化，成为涂料工业的一支重要的生力军。目前，紫外光固化涂料不仅有液态型，还有粉末型、水分散型等。最近还研究出了含颜料的紫外光固化色漆。
20世纪70年代，我国就开始对紫外光固化涂料(UVCC)进行研究和开发，但是受到原材料和固化设备的限制而发展缓慢。进入90年代后，随着邮电通讯、计算机、印刷和电子等行业的不断发展以及人民生活水平的不断提高，对UVCC产生了很大需求，引进了国外先进的紫外光固化设备、技术和材料，大大推动了国内uvcc的发展。
1 紫外光固化涂料的组成
1.1 光固化齐聚体
光固化齐聚体是UV固化涂料的主要活性组分之一，它在活性光引发剂的引发下能发生聚合反应，形成网状聚合物，是UVCC的基础，在整个体系中占有相当大的比例。它主要包括两大类:不饱和聚酯和丙烯酸酯树脂。不饱和聚酯较早被应用，随后开发了许多丙烯酸酯的产品。实际生产中多数采用性能和成本均衡的丙烯酸酯作为涂料体系的齐聚物。
1.2 光引发剂
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光引发剂是一类容易吸收紫外光能量产生活性自由基或活性离子基，进而引发涂料中不饱和基团聚合的物质。它主要分为两类:自由基型和阳离子型。阳离子型光引发剂价格较为昂贵，目前使用较广的是自由基型光引发剂。常用的自由基型光引发剂有拨基化合物，如安息香、偶氮化合物，如偶氮二异丁睛等。
1.3 活性稀释剂
活性稀释剂又称光活性单体，在光固化涂料的组成体系中兼有固化交联和溶剂的双重功能。常用的活性稀释剂分单官能团，双官能团和多官能团的化合物。活性稀释剂在结构上一般含有不饱和双键等活性官能团，能被自由基引发并进一步与光固化齐聚体反应交联。
1.4 其它助剂
助剂的主要作用是改善涂料性能，增加紫外光敏感性，降低施工难度。常用的助剂有阻聚剂、消泡剂、流平剂和颜填料等。
2 紫外光固化涂料的主要品种
2.1 UV固化油性涂料
这是目前应用最广泛的一类UV固化涂料，所用的光敏树脂主要为齐聚物丙烯酸醋体系，其类型主要有:聚醋型、聚醚型、环氧型、聚氨醋型等，其中环氧型丙烯酸醋类化合物是应用最多的一类。从理论上来讲，其固含量为100%，固化快，无污染，广泛应用于木器涂层、上光油、车辆等很多方面。
2.2 UV固化粉末涂料
紫外光固化粉末涂料相比于传统的粉末涂料具有很多得天独厚的优势，如熔融温度较低，固化速度快，对热稳定，且可以在紫外光固化前达到最佳熔融流平状态，保证漆膜理想的平整度，这就克服了粉末涂料易产生的“桔皮”现象。另外，其原料为高相对分子质量的树脂，避免了活性稀释剂的危害，而且收缩率低，对基材附着力高。目前，紫外光固化粉末涂料已经广泛应用于木制品、塑料制品、合金和预装配制品。UV固化粉末涂料主要由低聚体、光引发剂、颜料等组成，其关键技术集中在对低聚物的研究上，随着紫外光固化粉末涂料专用树脂、光引发剂、添加剂及固化设备的不断开发应用，其必然具有广阔的发展前景。
2.3 UV固化水性涂料
UV水性涂料体系的粘度不依赖于活性稀释单体，对环境的影响要小得多;水性体系使设备易于清洗;无毒，无刺激性，不燃烧，近几年来已发展成一种新的光固化体系。水性涂料主要分为水溶型、水分散型(主要指乳液分散体系，又可分为外乳化型和自乳化型)和水溶胶体分散型3大类。UV水性涂料广泛应用于诸如木器涂饰、印刷油墨、塑料清漆等领域，具有较广的发展前景。
3 紫外光固化涂料的主要应用领域
3.1 UV固化木器涂料
UV固化涂料用于加工胶合板、刨花板、木制地板等木器领域，已在工业发达国家广泛使用。木器涂料使用的光固化树脂主要包括不饱和聚醋、环氧丙烯酸醋和聚氨醋丙烯酸醋等。其中环氧丙烯酸醋和聚氨醋丙烯酸醋性能优异，是目前木器涂料较为常见的光固化齐聚体。丙烯酸醋类预聚物可制备多种高档木器面漆，能采用多种施工方法，具有优异的表面性能，已在木制地板以及平面木器的涂饰中得到广泛应用。
3.2 UV固化纸张上光油
随着印刷业的飞速发展，对纸张上光油的要求越来越高。这些要求包括:油墨应完全固化，流平时间较短，应适应60m/min的生产速度，且柔韧性要好。UV上光是利用UV照射来固化上光涂料的方法，其在纸容器、商标、图片等印刷品的罩光加工方面得到了广泛的应用。
3.3 手机用UV固化涂层
手机用光固化涂层一般使用丙烯酸系涂料，干燥的速度较快。目前手机不仅在机壳、键盘上广泛应用UV固化技术，在电路板和液晶显示屏上也开始使用之。手机机壳表面选择UV固化技术，固化过程短，且只需在常温下进行，既节能又降低废品率;键盘涂上UV耐磨油墨则可以最大限度的防止键盘表面被磨损;手机电路板一般只需要铜线路覆盖即可，但是对于高精密要求、使用环境复杂的电路板，就需在焊上所有电子元件后整体包裹一层UV电子保护胶;液晶显示屏是不能受热且不能受污染的，故采用uv固化技术最为理想。
3.4 UV固化抗静电涂料
静电的危害遍及石油、化工、纺织、印刷等许多工业领域，因此，很多情况下我们必须进行抗静电处理。对高分子进行抗静电处理通常有2种方法:一是将抗静电剂与有机高分子材料一起熔炼共混;二是在有机高分子材料表面涂一层抗静电剂或抗静电涂层。目前国内普遍采用的抗静电剂都是普通的季按盐型的抗静电剂，其与涂膜之间仅仅为物理混合，涂膜不具备耐擦洗性。紫外光固化抗静电涂料相比于传统的抗静电剂最显著的特点就是抗静电耐久性和耐擦洗性。
3.5 UV固化金属涂料
紫外光固化金属涂料主要应用于家用电器、易拉罐、汽车零部件等的装饰，不仅有保护作用，而且还具有美化外观的作用。紫外光固化涂料还可用于钢管的暂时性防锈，当使用碱液清洗钢管的表面时，不会影响钢管的后续表面处理。
3.6 其它
紫外光固化涂料还广泛应用于塑料面漆、油墨、光纤、防腐涂装、光盘保护涂料、导电涂装、汽车、家电、玻璃、陶瓷、硅酸盐石材建筑和有机玻璃等等，遍及生活的各个领域，随着研究的不断开拓，必然会有更为广阔的发展前景。
4 紫外光固化涂料的主要发展方向
4.1 原料
树脂的使用:目前光固化涂料所使用的树脂研究主要集中在光固化聚氨醋丙烯酸醋及光固化环氧丙烯酸醋两大类，随着需求的日益增大，新的UV固化齐聚物的开发已迫在眉捷。新的原料来源主要集中在植物油及其衍生物。由于其具有无毒性，且属于可再生资源，故具有良好的发展前景。
降低活性稀释剂的毒性:许多用作活性稀释剂的丙烯酸化合物，由于毒性较大，对皮肤刺激性强而限制了应用，为此，世界各国开发了许多低毒性的活性稀释剂，比较成功的新型产品主要有烷氧基化的丙烯酸醋和乙烯基醚化合物。
光引发剂的改进:光引发剂的研究由传统的溶剂型固化引发剂发展到现在的水溶性引发剂，而且也从紫外光固化发展到可见光及红外光，同时，光引发剂是紫外光固化合成中不可或缺的组成部分，因此，开发一种成本较低、安全、适合各种涂布方式的固化体系便成了当务之急。光引发剂要求有较高的光敏性和热稳定性。目前，随着激光技术的快速发展，许多感光化学家们研究开发了大量有机过氧化物引发剂体系和水溶性光引发剂。
4.2 固化技术
光固化技术的复合化:主要是采用自由基/阳离子复合光固化体系，由于该体系固化不受氧的影响、可以深层固化且固化时体积收缩小，因此，采用自由基/阳离子复合光固化体系，可以提高光固化速度，特别对深色厚层固化极为有利。
双重固化技术:双重固化技术主要是指通过两步固化使体系达到彻底固化的目的。双重固化技术不但解决了单独依靠UV固化所很难完成的固化均匀的缺点，同时保证了固化速度快和涂料的优良性能。如第一步用低强度紫外光照射，此时由于氧的阻聚，涂料表层尚未完全固化，可使消光剂尽可能迁移到表面，第二步用高紫外光照射涂层使其最终固化。显然，此种双重固化机理特性表现在固化能量上，而不是固化化学上。双重固化体系应用于密封材料、胶粘剂、木材底漆及某些金属等难附着的基材。目前，双重固化木材底漆已经在工业上得到
应用，其对于三维物体的涂装具有广阔的前景，如汽车的外装饰等。
4.3 解决氧气阻聚的方法
氧阻聚的主要危害包括:使光固化速度减慢，固化时间延长;浪费更多的能量;对膜固化以后的性能影响也是比较显著的，如膜的柔韧性，耐磨性等。消除阻聚的措施主要有加大引发剂的浓度、加入氧清除剂、控制膜的厚度，使用对氧低敏感的齐聚物或单体等。其中，后一种方法是当前紫外光固化领域中的一个重要方面，因此，寻找对氧低敏感的单体、齐聚物和光引发体系，进一步研究不受氧气干扰的阳离子开环聚合是一个主要发展方向。
5 结语
紫外光固化技术是最近几十年来新发展起来的一项技术，具有固化速度快，成本较低和环保等诸多优点，广泛应用于各行各业，是一项前景非常光明的技术。但它还远不是一项完美的技术，还需我们共同努力，不断开拓。
2006.10. |
