水性光固化涂料的应用及研究进展
水性涂料的研究进展
化 （ Ｖ 涂 料、 ｕ ） 水溶性环 氧树脂 和水溶性 聚氨酯涂
料。
气的污染 ， 严重损坏 了人类 的生态环境 。为了保护 人类赖 以生存的环境 ， 以发达 国家为代表的许多 国
家对溶剂涂料的限制越来越严格 ， 从而促 使涂料 向
低， 以便于其与含羟基组分 的混合。采用的单体一 般为脂肪族 、 脂环族异氰酸酯， 也可采用芳香族异氰
同溶剂型双组份 聚氨酯涂料一样 ， 水性双组分
聚氨酯涂料也是 由含有活泼异氰酸根的固化剂组分 和含有可与异氰酸根反应的活泼氢 （ 羟基 ） 的水性
酸酯或这些单体的混合物。
固化剂最好是本身粘度足够低 ， 但有时也可对 其进行亲水性改性 ， 或者添加适 当的有机溶剂 ， 以便 于其被乳化和分散 。值得一提 的是 ， 尽管理论上芳
聚氨酯组分组成 ， 中水性聚氨酯组分一般为胶 态 其
分散体（ 部分溶于水 ） 。 当上述两个组分混合后， 固化剂组分中的异氰 酸根不可避免地会 与水 性聚氨酯组分 中的水起 反
香族异氰酸酯也可以用于制备水性双组份聚氨酯涂
应， 这曾被认为是水性 双组分聚氨酯涂料制备 中难
以解决的问题 。但研究表明， 异氰酸根与羟基和水
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化 工科技 市场
１ ４
第２ ９卷 第 ４期
２０ ０ ６年 ４月
ＣＨＥ ＣＡＬ Ｔ ＣＨＮＯＬ ＣＹ ＭＩ Ｅ Ｏ ＭＡＲ Ｔ ＫＥ Ｇ
水 性 涂 料 的研 究 进展
庾 光 忠
（ 株洲 时代新材料科技股 份有限公 司， 湖南株洲 ４ ２０ １０７）
方向有涂料水性化 、 高固体分化和粉末化。 与其他两种涂料相 比， 水性涂料 因为具有来源
水性光固化涂料研究进展
水性光固化涂料研究进展摘要：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。
中国光固化涂料的研究与进展
光固化涂料的应用进展1前言光固化涂料是1种受光线照射后,能在较短的时间内迅速发生物理和化学变化的高分子物质,与传统的自然干燥或热固化涂料相比,能量利用率高、适用热敏基材、无污染、成膜速度快、涂膜质量高和适合连续化大生产的涂料品种,符合当前世界各国日益重视环保的要求,被誉为环境友好型涂料。
其固化光源一般为紫外光(ＵＶ)、电子束(ＥＢ)和可见光,由于电子束固化设备较为复杂,成本高,而可见光固化的材料又难以保存,因此,目前最常用的固化光源依然是紫外光。
2光固化涂料的发展光固化涂料是20世纪60年代开始的1种环保节能型材料,第1个产品———木器光固化涂料是由德国拜耳公司研制成功的,并在60年代实现了商品化。
ＵＶ固化涂料自商品化以来取得了迅速的发展,并保持12%～15%的年增长速度,ＵＶ固化涂料不仅有液态型,还有粉末型、水分散型等,其应用领域从最初的木材涂装现已发展到塑料装饰、金属部件涂装、医疗器械、电子元件、信息记录介质、感光印刷和光学纤维等工业生产领域。
我国在70年代初就开始对光固化涂料进行研究开发,上海、北京建立了几条家具涂装生产线。
但由于当时原材料缺乏,光源和固化设备不能配套而相继下马。
进入90年代后,由于邮电通讯、计算机、电子、印刷包装、装璜以及建筑装饰等工业的迅速发展,ＵＶ光固化涂料得到广泛应用,需求量剧增。
据不完全统计,光固化油墨的产量1998年为1030ｔ,1999年为1320ｔ,增长率为28.2%;仅ＵＶ固化涂料的产量1998年为5100ｔ,1999年为9360ｔ,增长率为83.5%,而产值1998年为20400万元,1999年为29665万元,增长率为45.4%,从而说明光固化涂料在我国发展极为迅速。
正由于我国光固化涂料市场发展潜力巨大,吸引了世界许多企业在我国设厂或合作生产,如美国的沙多玛公司第一化学品公司,比利时的ＵＣＢ公司,瑞士的汽巴公司以及新加坡的国际特品公司等,一方面加剧了国内市场的竞争,另一方面也为光固化涂料市场带来了勃勃生机。
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
光固化涂料的应用
光固化涂料的应用随着科技的发展，涂料的种类也在日益增多。
其中，光固化涂料正受到越来越多企业和消费者的青睐。
这种涂料不仅可以提高涂料的品质和维护时间，还可以降低涂料的污染物排放量和生产成本。
在本文中，我们将讨论光固化涂料的应用和未来发展趋势。
一、光固化涂料的基本原理光固化涂料是一种使用紫外线或电子束等光源进行非热固化的涂料。
该涂料在涂布后会立即在紫外光或电子束作用下发生聚合反应，从而形成固体涂膜。
由于光固化涂料不采用传统热固化涂料需要的溶剂，因此可大大降低涂料的VOC排放。
二、光固化涂料的应用光固化涂料可广泛应用于木制品、金属制品、塑料制品、纸张印刷、汽车和建筑成品等领域。
下面我们来具体介绍几个光固化涂料的应用场景：木制品喷漆：在木质家具制造、建筑装修、音响、建筑模型等领域，光固化涂料已经得到了广泛应用。
传统的木质喷漆往往会排放有害的挥发物，而光固化涂料通过光化学反应快速固化并形成一个坚硬的表面，可大大降低VOC排放量。
3D打印：光固化涂料的高效反应速度使其成为3D打印的有力选择。
相比传统的加热熔融方法，光固化技术不会改变材料的性质和工艺流程，同时兼顾速度和制造精度。
目前，光固化3D打印已被广泛应用于医学、人工智能、汽车等领域。
UV滚涂连续生产线：传统印刷是将油墨喷在印刷介质上，但喷在印刷介质上的油墨会带来有害气体的挥发。
光固化涂料不仅可以降低VOC排放量，同时加速了印刷流程。
通过UV滚涂连续生产线，涂料可以通过载带快速的干燥、固化，大大提高印刷效率。
三、光固化涂料的未来发展趋势随着全球环保意识的增强，光固化涂料将会在未来长期得到发展。
以下为部分趋势：1. 提高LED紫外线光源的性能目前，根据检测，在市场上销售的LED紫外线光源并无标准规格，产品性能存在差异。
根据人们的需求提供更高效、更可靠的LED紫外线光源将是未来的发展方向。
2. 扩大应用范围在汽车、涂装、固化剂和印刷等领域，光固化涂料已经得到了广泛应用，但仍有许多领域未被开发。
水性涂料的应用和研究进展
水性涂料的应用和研究进展水性涂料是一种以水作为溶剂的涂料，相对于传统的溶剂型涂料，具有环保、可持续、安全和经济的优势。
随着人们对环境保护和可持续发展的重视，水性涂料的应用越来越广泛，并且在研究方面也取得了一些进展。
首先，水性涂料在建筑行业中的应用不断增加。
水性涂料具有低挥发性有机物排放（VOCs）的特点，对于室内空气质量的改善非常重要。
因此，水性涂料被广泛应用于室内墙壁、天花板、地面和家具等装饰。
此外，水性涂料还可以用于外墙涂料，其耐候性和抗污性能较好，能够保护建筑物的外观和结构。
其次，水性涂料在汽车工业中的应用也逐渐增加。
传统的汽车涂料中含有大量的有机溶剂，对环境造成污染。
而水性涂料不仅能够减少有机溶剂的使用，还具有良好的附着力和耐久性，可以满足汽车表面涂装的要求。
因此，越来越多的汽车制造商开始使用水性涂料，以减少对环境的影响。
此外，水性涂料在木制品、金属制品和塑料制品等领域也得到了广泛应用。
水性涂料可以更好地保护这些材料的表面，延长使用寿命，并且符合环境要求。
例如，在家具制造业中，水性涂料能够提供丰富的色彩选择、良好的装饰效果和高光泽的表面，满足消费者对家具美观和环境友好的需求。
此外，水性涂料的研究也在不断深入，以提升其应用性能。
一方面，研究人员致力于提高水性涂料的耐候性和抗污性能。
通过改进配方和添加功能性助剂，可以使水性涂料在恶劣气候条件下具有更好的耐久性和抗污性能。
另一方面，研究人员还在探索水性涂料的功能性应用。
例如，一些研究着重于开发具有防火、抗菌、自清洁和光触媒等特殊功能的水性涂料，以满足特定领域的需求。
总之，水性涂料在各个领域的应用不断扩大，并且在涂料研究方面也有一定的进展。
随着人们对环境保护和可持续发展的关注，水性涂料将会持续发展并取代传统的溶剂型涂料，成为涂料行业的发展趋势。
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。
光固化涂料综述
光固化涂料综述1. 引言光固化涂料是一种特殊的涂料，其固化过程受到紫外线（UV）或可见光的照射而发生。
相比传统的烘干或氧化固化涂料，光固化涂料具有更快的固化速度、更高的硬度和耐磨性，以及更低的挥发性有机物（VOC）排放。
在过去几十年中，光固化涂料在各个领域得到了广泛应用，包括印刷、电子、汽车、木工等。
本文将对光固化涂料进行综述，包括其原理、种类、应用领域以及未来发展趋势等方面进行详细介绍。
2. 原理光固化涂料的固化过程是通过紫外线或可见光激活光引发剂来实现的。
光引发剂在光照下会产生自由基或离子，进而引发单体分子间的聚合反应，形成交联结构从而实现涂层的固化。
在紫外线固化中，常用的光引发剂包括苯甲酰亚胺类、二酮类、酮胺类等。
这些光引发剂对紫外线有较高的吸收能力，能够将光能转化为化学能，从而引发聚合反应。
在可见光固化中，常用的光引发剂包括苯胺类、胺氧化物、硫代硫醇类等。
这些光引发剂对可见光有较高的吸收能力，能够将光能转化为化学能，从而引发聚合反应。
3. 种类根据固化方式的不同，光固化涂料可以分为紫外线固化涂料和可见光固化涂料两大类。
3.1 紫外线固化涂料紫外线固化涂料是最常见的一种光固化涂料。
它具有固化速度快、硬度高、耐磨性好等优点，并且可以在较短时间内实现高效生产。
紫外线固化涂料广泛应用于印刷、电子、汽车等领域。
3.2 可见光固化涂料可见光固化涂料是近年来发展起来的一种新型光固化涂料。
相比紫外线固化涂料，可见光固化涂料具有更低的能量需求和更广泛的适用范围。
它可以通过LED等可见光源进行固化，无需使用紫外线设备，从而降低了生产成本。
4. 应用领域光固化涂料在各个领域都有广泛应用。
4.1 印刷在印刷领域，光固化涂料常用于印刷油墨、胶水等的制备。
由于其快速固化的特点，可以实现高速印刷生产线上的连续生产，提高生产效率。
4.2 电子在电子领域，光固化涂料常用于半导体封装、显示屏制备等工艺中。
由于其高硬度和耐磨性，可以保护电子元件，提高产品的可靠性和使用寿命。
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
水性UV涂料的应用与研究进展
体， 其黏度与相对分子质量 无关 ， 只与 固含量有关 ， 因而在 水性光 固化涂料 中可以使用 高相对分子质量
［ 收稿 日期 ］ ０ １ ０ — １ ２ １－ ８０ 【 作者简介 ］ 苟小青 ， 主要从事 ｕ Ｖ涂料 的研发与应用 。
第４ ９卷第 １ ０期 ２１年 １ ０１ ０月
上海涂料
Ｓ ＨＡＮＧＨＡＩ Ｃ０Ａ ＮＧＳ ＴＩ
Ｖｏ ． ９Ｎｏ １ １４ ．０
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水性 Ｕ 料 的应 用与研 究进展 Ｖ涂
苟小青 顾 斌 沈雪峰 （ 中海油常州涂料４ ｘ研究院 ， １０ ６ ｅ－ ￣ ２３１ ） 摘 要 ：水性 ｕ Ｖ涂料是一种环保 、 高效的新型光 固化涂料 ， 已成为 目 前的研究热点之一。 简述
ＯＣＮ— ＮＣＯ ＋ Ｈ０— ０Ｈ
Ｐ Ａ中的亲水基 团含量是决定乳液或分散体稳 Ｕ 定性 的主要 因素之 一。 韩仕甸等人 ［ 以甲苯 一 ， 一 ８ ］ ２ ４
二异 氰 酸酯 、 己二 酸丁 二醇 酯二 醇 、 羟 甲基 丙酸 、 聚 二
丙烯酸 一 一 乙酯为原料 ， Ｂ羟 采用 ３ 步法合成 了一种 聚 酯型 Ｐ Ａ， Ｕ 中和后制得一种稳定 的 自 乳化乳液。 研究 表 明 ：亲 水 基 团 一 Ｏ 一 量 在 ０ ６ ０ １ ｍ ｌ 时 Ｃ ０含 ． ． ｏｇ ２ ９ ｍ ／
酸酯类单体封端 ， 两步合成完毕后 ， 中和加水乳化制
成 乳液 。
Ｐ Ａ 目前研究最多的一类水性 ｕ Ｕ 是 Ｖ低聚物 ， 其
固化膜 具有优异 的机械耐磨性 与柔韧性 、 高 的扩 较 张强度与抗冲击性 、 良的耐高温性与耐化学品性 ， 优 漆膜光泽高 、 附着力佳 。 它一般 由二异氰 酸酯 、 多元 醇 、 亲水基 团二元醇 、 甲基 ） 含 （ 丙烯 酸羟 乙酯通过 二步法或三步法反应得 到［ ］ 如图 １ ５ ， 所示 。
水性光固化材料的研究进展
水性光固化材料的研究进展辐射固化指紫外光(UV)和电子束(EB)固化的材料表面处理技术。
1968年德国拜耳公司率先开发成功光固化木器涂料，光固化技术由此实现了产业化，在不到40年时间里全球发展势头迅猛，应用领域不断扩大、形全新材料的产业。
UV/EB固化技术已成为被誉为面向21世纪的绿色工业新技术。
我国光固化材料始于上世纪70年代初，到90年代开始工业生产、90年代末初步形成一个新的产业，目前已成为仅次于美、日的光固化原材料和产品生产大国，光固化原材料中活性稀释剂和光引发剂已大量出口，特别是光引发剂已是世界最大的生产国和出口国。
光固化材料进一步吸引着国内业界目光，哪么它有什么原材料组成或曰制备？水性U V固化材料是由水性低聚物、光引发剂、助剂和水组成，其中水性低聚物和光引发剂是最主要的成份。
水性低聚物是水性光固化材料最重要的组成，它决定了固化膜的力学性能，如硬度、柔韧性、强度、耐磨性、附着力、耐化学药品性等，也影响光固化速度。
水性低聚物从结构上看，一要具有可以进行光聚合的基团，如丙稀酰氧基、甲基丙烯酰氧基、乙烯基、烯丙基等，由于丙烯酰氧基固化速度最快，所以主要为各类丙烯酸树脂；二要分子链上含有一定数量的亲水基团，如羧基、羟基、氨基、季胺基、醚基、酰胺基等。
目前水性低聚物一般制备大多在原油性低聚物中引入亲水基团，如羧基、季胺基、聚7,-醇链等方式，使油性低聚物转变成水性低聚物。
水性光引发剂光固化材料的重要组成，它决定了光固化材料的固化速度。
对水性光固化材料，它要求光引发剂与水性低聚物相容性好，在水介质中光活性高、引发效率高，同时与其他光引发剂要求一样低挥发性、无毒、无味、无色等。
用于水性光固化材料的光引发剂可分为水分散型和水溶性两大类，目前常规光固化材料所用光引发剂大多为油溶性的，在水中不溶或溶解度很小，不适用于水性光固化材料，所以近年来水性光引发剂的研究和开发也成为热门课题，并取得了可喜的进展。
不少水性光引发剂是在原来油溶性光引发剂结构中引入阴离子、阳离子或亲水性的非离子基，使其变成水溶性；或将油溶性光引发剂变成稳定的水乳液或水分散体。
国内外水性紫外光固化涂料研究进展及应用
０ 引言
水性紫外光（Ｖ￣化涂料技术 因其 符合环保 、节能 、 Ｕ）Ｉ Ｉ
性的（ 非离子型、阴 离子型）也可以是乳液或水溶胶。水 ，
性ｕ固化体 系的 另一个重要组分是光引发剂 ， 应与水性 Ｖ 其
清洁生产理念而 日 力人们所关注 。Ｕｌ化涂料 的优点之 树脂高度相容。总的来讲 ，ｕｌ化水性涂料仍处于探 索阶 益 Ｖｌ ￣ ｖｌ ￣
曩
Ｃ ｔｓｅ ｗ ｏｎ ｖ ａｇ ｉ ｉ Ｒｅ
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维普资讯
度较低的体系 ， 用水或增稠剂 、流变助 剂等调节涂料的 体系。应用杂化技术增强 了这两种树脂的相容性 ，达到了 可 黏度和控制流变 性能 ， 便于 喷涂 、幕涂、滚涂 、淋涂等 多 互补甚至协 同的效果 ， 分散体 系的稳定性及涂层性能大大 种涂装工艺 ｉ ３ 以水为稀释 剂可 降低 固化膜的收缩率 ， （） 提高 ， 但杂化 制备光固化树脂仍有较大难度 。因此 ， 杨建
术两者的许 多优点 ， 成为极具开发 、 应用前景的新的涂
转术
２ 水 性 Ｕ 固化 涂 料 的特 点 Ｖ
与传统溶剂型ｕ光 固化涂料技术＃ｂ ， Ｖ ￣Ｌ 水性光 固化涂 Ｉ
１水性 ＵＶ光 固化涂料 的组成及分类
料主要有如下优点：１ 不必借助活性稀释单体来调节黏 （）
光固化 水性涂料 的组成大体上包括水性ｕ树脂或预聚 度 ，可 解决Ｖｃ ｖ ０ 及毒性 、刺激性的问题 ；（）可 以配制成黏 ２
的 主要 成分 即 相对 分子质 量的预 聚物一般 具 有较高 的 鬲低分类。 高 固含量 的水溶 Ｌ ］ 系固含量可达 ９名 Ｉ￣ 化体 Ｓ ０ 以上 ，
高 固化膜的性能。通常加入一些反应性活，稀释 剂及其他 体 系中的少量水分可用以降低体 系的黏度 。低固含量的水 Ｉ ＇ ｆ
水性UV涂料
水性UV涂料一、水性UV涂料的概述中文全称：水性聚氨酯紫外光固化涂料。
UV就是紫外线(Ultra-Violet Ray)的英文简称. 工业用的UV 波长以200nm 到450 nm为其应用范围。
用UV 来照射"UV 照射可硬化的材料" 而使它硬化的制程, 我们称之为"UV Curing Process" .UV涂料可通过浸涂、淋涂、漆涂、旋涂，甚至真空涂等方法涂布后，再经紫外线光子照射而固化成膜。
顾名思义，UV 涂料的固化是和UV光的照射分不开的。
这种技术起源于70年代的国际涂料市场，是一种全新的绿色技术。
利用该技术生产的紫外光固化涂料，简称UV涂料。
20世纪末，UV固化涂料开始流行于西方、日本等地，是一种代表时尚的涂料品种。
最早应用于手机、DVD、随身听外壳的表面涂装处理，后来其应用领域现进一步扩展到化妆品、电视机及电脑等家用电器领域。
水性UV光固化涂料具有不含挥发性有机化合物（VOC），对环境污染小，固化速度快，节省能源、固化产物性能好、适合于高速自动化生产等优点。
而传统涂料易挥发、固化速度慢，不利于环境保护。
因此，水性UV涂料是传统涂料的主要替代品。
二、水性UV涂料的组成水性紫外光(UV) 涂料一般由齐聚物、光引发剂、稀释剂(水)和其他助剂组成。
水性UV固化涂料不含单体，仅以水作稀释剂，因此基体树脂的结构决定光固化膜的基本性能。
光引发剂对光固化过程起着重要作用，也影响着固化膜的最终性能。
三、水性UV涂料的制备以５５％～６５％的丙烯酸酯乳液，１.０％～１.５％的光引发剂，１０％～１５％的填料，２.０％～３.０％的增稠剂，２％～５％的助剂用量，８％～１０％的异丙醇，１０～１５％的去离子水。
制备时：先将水、异丙醇、１／３的丙烯酸酯乳液加到搅拌釜中，然后加消泡剂、润湿剂、流平剂、分散剂及用水稀释的增稠剂，调至适当黏度时，在高速搅拌下缓慢加粉料和滴加光引发剂，在１０００ｒ／ｍｉｎ下高速分散３０分钟以上，然后在６００ｒ／ｍｉｎ下将剩余的乳液加入到釜中，加入剩余的增稠剂调节体系黏度。
水性涂料的应用现状及研究进展
水性涂料的应用现状及研究进展水性涂料的应用现状及研究进展黄伟邱祖民＊肖建军陶馨晗（南昌大学资源环境与化工学院，南昌３３００３１）传统溶剂型涂料含易挥发的有机物（ＶＯＣ），成膜过程中会挥发引起污染，挥发的有机物还会对大气环境造成二次污染。
人畜长期暴露于高ＶＯＣ环境中会大大增加并发癌症的可能性。
因此，传统涂料产业亟需升级转型，而水性涂料低ＶＯＣ甚至零ＶＯＣ排放，提升生产环境的同时也降低了溶剂的费用，缩减了生产成本，使得水性涂料更具竞争优势。
故以水性涂料逐步直至完全取代溶剂型涂料已成为必然趋势。
１水性涂料的应用现状及研究进展１．１建筑用水性涂料建筑涂料按涂装部位不同可分为：外墙涂料、内墙涂料、地坪涂料及屋面涂料。
外墙涂料除要求附着力高外还要求其自身具有很好的耐候性、耐酸碱性以及耐冻融性和抗紫外线照射等特性。
内墙涂料除了装饰作用外还应具有很好的耐水洗、耐刮擦以及高透气性。
地坪涂料类似水泥基层涂料，要求耐磨、防滑和耐污。
Ｂｅｌｌｏｔｔｉ将食品工程防腐剂作为室内墙面漆的添加剂以达到抑制微生物生长的作用，结果表明４种不同防腐剂在不改变面漆表观性能的前提下极大地提高了抑菌作用。
陈凯将硅丙水分散体和多异氰酸酯共混配制得一种双组分的水性聚氨酯地坪涂料。
结果表明，控制硅氧烷单体５％～１０％（ｗｔ，质量分数，下同），羟基量２．８％～３．０％，酸值２５～３６ｍｇ（ＫＯＨ）／ｇ，Ｔｇ为４０～５８℃条件下合成的含羟基硅丙树脂涂膜硬度高、耐酸碱且耐擦洗。
Ｊｅｎａ等合成的新型紫外光固化的聚氨酯二氧化硅混合涂料，性能测试表现优异。
聚氨酯聚丙烯酸酯共混乳胶涂料这类高分子乳胶涂料较难形成致密光滑的漆膜，导致乳胶粒子难以在环境温度下快速交联成膜，且颜料也很难完全被乳胶粒子浸润。
故大多共混体系需要用微胶粒子作为多功能交联剂来强化成膜速度和强度，这是提高水性涂料性能的途径之一，但前提条件是共混体系中各树脂具有很好的兼容性，以保证各种树脂相互反应交联，而这正是制约共混体系发展的瓶颈之一。
水性光固化涂料的研究和应用
水性光固化涂料的研究和应用水性光固化涂料是一种新型绿色涂料，由于其良好的环保性、无毒无味、高效节能、色泽鲜艳等优点，在现代工业生产、建筑装修、家具制造等领域得到了广泛应用。
一、研究现状随着环保意识的高涨和国家对环境保护的要求不断提升，水性光固化涂料的研究发展越来越深入。
当前，水性光固化涂料研究主要集中在以下几个方面：1. 材料开发。
水性光固化涂料的耐候性、耐刮擦性、抗磨损性等性能需要不断提高，因此材料的开发和改进是研究的重点。
2. 光固化技术。
光固化技术是水性光固化涂料的核心技术，现在主要采用紫外线和LED光固化技术。
3. 涂装工艺。
水性光固化涂料的涂装工艺涉及到喷涂、滚涂、刷涂等多种技术，如何在不同材料上实现最佳涂装效果是研究的难点之一。
二、应用前景1. 工业生产。
水性光固化涂料以其高效节能、无毒无味等优点成为工业生产中替代溶剂型涂料的首选。
2. 建筑装饰。
水性光固化涂料能在墙面、地面等不同材质上实现平滑、美观的效果，适合多种建筑内外墙装修。
3. 家具制造。
水性光固化涂料的环保性能满足了现代家居环保素质的要求，而且造型更灵活、颜色更鲜艳，广泛应用于家具制造业中。
三、现实难点1. 技术瓶颈。
目前紫外线和LED光固化技术还没有实现充分发展，需要不断提高技术性能和稳定性。
2. 配套设备不足。
相比于传统溶剂型涂料，水性光固化涂料需要新型设备的支撑和配套，但大部分厂家的设备还没有跟上。
3. 价格更高。
相较传统涂料，水性光固化涂料价格更高，目前还不利于大规模推广应用。
四、未来展望1. 离线涂装技术。
离线涂装技术能够解决水性光固化涂料涂装后需要等干燥的时间问题，可实现即涂即用。
2. 涂装后处理技术。
涂装后处理技术可以使水性光固化涂料的硬度、高光度和柔韧度等性能得到进一步提升。
3. 价格下降。
随着技术的不断提高，生产成本的降低会使水性光固化涂料价格更加亲民化，从而推动其市场地位的提升。
总之，随着社会对绿色环保的关注度不断提高，水性光固化涂料作为一种新型绿色涂料，在未来的研究和应用中，将会有越来越重要的地位。
水性光固化涂料研究进展
水性光固化涂料研究进展姚永平;崔艳艳;董智贤;刘晓暄【摘要】Waterbome UV - curable coatings is a novel type of environmental friendly coatings. It combines many advantages of the traditional UV - curable technology and the waterborne coatings technology, which has become an active research focus. This paper reviewed the characteristics, composition, functions and basic performances of waterborne UV - curable coatings. Compared to the traditional oil - based UV -curable coatings, the waterbome UV - curable coatings showed the most prominent advantage which gave a fundamental solution to the contradiction between hardness and flexibility of the traditional UV - cured coatings. The paper focused on the classification, the development and research progress of waterbome UV -curable resin and photoinitiator. In addition, the application and development trend of waterbome UV - curable coatings were discussed. The existing problems of waterbome UV - curable coatings and improvement were also pointed out.%光固化水性涂料是一种新型环保涂料,它综合了传统UV固化技术和水性涂料技术的许多优点,近年来已成为非常活跃的研发领域.本文综述了水性光固化涂料的特点、组成、作用、基本性能,与传统油性光固化涂料相比,最突出的优点就是从根本上解决了传统光固化涂料硬度和柔韧性之间的矛盾.本文重点讨论了水性UV树脂、水性光引发剂的分类以及发展状况和研究进展,并介绍了水性光固化涂料的应用现状与发展趋势,同时指出了该技术存在的主要问题和改进方向.【期刊名称】《涂料工业》【年(卷),期】2011(041)008【总页数】6页(P74-79)【关键词】UV固化涂料;水性树脂;水性光引发剂;柔韧性;硬度【作者】姚永平;崔艳艳;董智贤;刘晓暄【作者单位】广东工业大学材料与能源学院高分子材料与工程系,广州510006;广东工业大学材料与能源学院高分子材料与工程系,广州510006;广东工业大学材料与能源学院高分子材料与工程系,广州510006;广东工业大学材料与能源学院高分子材料与工程系,广州510006【正文语种】中文【中图分类】TQ630.4紫外光固化技术是20世纪60年代开发的涂料涂装新技术，具有快速固化、节能省时、低溶剂释放、固化温度低、设备体积小、投资低等优点［1－3］。
水性UV涂料的研制与应用
水性UV涂料的研制与应用系（分院）：×××专业班级 : ×××学生姓名：×××学号：×××指导教师：×××2012年6月2日星期六目录前言： (3)1 水性UV涂料的特点 (3)1.1 水性UV涂料比较传统固化涂料 (3)1.2 水性UV涂料用树脂 (4)2 水性UV涂料的组成 (4)2.1 低聚物 (4)2.1.1 聚氨酯丙烯酸酯（PUA） (5)2.1.2 环氧丙烯酸酯（EA） (6)2.1.3聚酯丙烯酸酯类（PEA） (7)2.1.4 丙烯酸酯化聚丙烯酸酯 (7)2.2光引发剂 (7)2.3助剂 (8)3水性UV涂料的应用 (8)3.1应用于木材 (8)3.2应用于塑料 (8)4 结语 (9)毕业论文摘要：本文介绍了水性UV涂料对比传统固化涂料的特点；详细的阐述了水性UV涂料的各种组成组分；对近几年水性UV 涂料的主要应用领域进行了总结，并分析了水性UV 涂料最新的研究进展与发展趋势。
关键词：水性UV涂料、低聚物、光引发剂、应用前言：由于UV 涂料的绿色环保与高效率，使得该技术在世界范围内获得了广泛重视，并获得快速增长，其应用领域越来越宽广。
紫外光（UV）固化涂料是一种高效、节能、环保的新型涂料［1-3］，传统UV 涂料采用活性稀释剂调节流变，造成涂料具有强烈的刺激性气味，并对涂膜的物理性能产生不良影响。
水性UV 固化涂料基本不使用活性稀释剂，避免了由之引起的固化收缩，成为UV 固化涂料发展的新方向。
1 水性UV涂料的特点1.1 水性UV涂料比较传统固化涂料水性UV 涂料虽然不是100%固体含量的高固体分涂料, 但却在许多方面具有普通UV 涂料所不具有的优势：（1）低粘度, 因为水起到了稀释作用（2）降低了涂料的燃、爆等级。
可以喷涂而不必担心危险, 因为水不会燃爆, 而普通UV 涂料有一定闪点, 需注意喷涂环境和通风。
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水性光固化涂料的应用及研究进展金养智(中国感光学会辐射固化专业委员会,北京100085)摘要:水性光固化涂料是一种新型的光固化涂料,本文简述了其特点、水性UV树脂、水性光引发剂和水性光固化涂料的应用及研究进展。
关键词:光固化;UV固化涂料;水性树脂;光引发剂;低聚物0引言辐射固化指紫外光(UV)和电子束(EB)固化,是一种先进的材料表面处理技术。
它是利用UV/EB引发具有化学活性的液态材料快速聚合交联,瞬间固化成膜。
自1968年德国拜耳公司首先开发了光固化木器涂料,光固化技术实现了产业化,至今还不到40年,但其在全球发展势头迅猛,应用领域不断扩大,形成了一个新的产业。
在2004年5月召开的北美辐射固化国际会议,UV/EB固化技术被归纳为具有“5E”特点的工业技术:高效、适应性广、经济、节能及环境友好。
因此,UV/EB固化技术被誉为面向21世纪的绿色工业新技术。
在北美、欧洲和日本等发达国家和地区,从事UV/EB生产的企业发展迅速,已形成具有一定市场规模的产业,其中UV固化约占95%,EB固化约占5%,见表1。
我国光固化材料开发始于20世纪70年代初,到90年代开始工业化生产;1993年成立辐射固化分会,现为中国感光学会辐射固化专业委员会;到20世纪末国内初步形成一个新的产业,并进入快速发展阶段。
近几年虽遭受石油价格上涨和丙烯酸反倾销导致不正常涨价的影响,但光固化产业仍不断发展和壮大。
到2004年,入网会员为313家,比1999年增长147%;光固化原材料总产量2004年达53193t,比1999年增长920%;UV配方产品总产量32590t,5年内增长205.2%(见表2)。
目前,我国已成为仅次于美国和日本的光固化原材料和产表1 北美、欧洲和日本辐射固化产品统计注:北美和欧洲为2002年统计数据,日本为2004年统计数据品的生产大国,光固化原材料中活性稀释剂和光引发剂已大量出口,特别是光引发剂已是世界最大的生产国和出口国。
光固化涂料是最主要的UV 配方产品,我国光固化涂料主要是竹木地板和家具涂料,2003年突破万吨大关;纸张上光油也是另一大品种,2005年为5812t;PVC和塑料涂料2005年产量分别为1757t和2342t;中高档光固化涂料:摩托车、家电、金属、手机、光盘、车灯涂料都有一定规模;2005年生产各种光固化涂料25024t(见表3);可喜的是,2005年有2280t光固化涂料出口,创汇1000多万美元。
表21999?2004年我国光固化原材料和产品统计t表3 2000?2005年我国光固化涂料生产统计t光固化技术和材料虽然有了飞快的发展,但它也存在一些问题,影响了它的应用和推广,主要有:(1)活性稀释剂对人的皮肤、粘膜和眼睛有刺激性,有的有臭味;(2)低聚物黏度较大,涂装时,特别是喷涂时,要加入大量活性稀释剂,有时还要加入有机溶剂,不安全,也污染环境;(3)光固化体系主要是自由基光聚合,因氧阻聚,聚合不完全,在固化涂层中仍残留活性稀释剂。
故传统光固化材料不适用于食品卫生产品的包装材料的印刷和涂装,目前还没有一项光固化产品得到美国食品药品管理局(FDA)的许可;(4)光固化用原材料价格较贵;(5)由于采用自由基光聚合体系,固化速度快,固化后体积收缩大,影响涂膜与基材之间的附着力;(6)有色光固化体系,由于颜料对光的吸收、反射和散射,影响固化速度,使固化困难;(7)油性光固化材料,涂布设备和容器清洗需用有机溶剂。
最令人关注的是活性稀释剂和挥发性有机物对人体的损害和环境的污染。
为了克服这些弊病,一种新的光固化体系———水性光固化体系应运而生。
水性光固化体系继承和发扬了传统的光固化技术和水性涂料、油墨技术的优点,已成为光固化技术研究和开发的一个非常活跃的领域,而且获得了实际应用。
1水性光固化涂料的特点水性光固化涂料结合了传统UV固化涂料和水性涂料的各自特点,相对于传统油性光固化材料具有下列优点。
(1)水是最方便获得、最廉价的原料,用水来代替活性稀释剂稀释低聚物,很容易调节黏度,可实现无活性稀释剂配方;(2)不用活性稀释剂,就没有VOC、刺激性及臭味等问题;(3)可适用各种涂装设备,特别对喷涂安全;(4)可避免由于用活性稀释剂所引起的固化体积收缩;(5)可以实现薄涂层涂布,降低成本;(6)涂装设备和容器可以用水性清洗液清洗。
水性光固化材料除了上述优点外,还有一个很突出的优点就是解决了传统固化涂料的硬度和柔韧性之间的矛盾。
从分子结构与性能的关系分析,只有高相对分子质量的物质才能具有高硬度和高柔韧性。
传统光固化涂料不能使用高相对分子质量的低聚物,同时加入大量低相对分子质量活性稀释剂,因此难以兼顾硬度和柔韧性。
而水性光固化涂料的低聚物是高相对分子质量的水性分散体,其黏度与高分子的相对分子质量无关,而只与固含量有关,因而在水性光固化涂料中可以使用高相对分子质量的低聚物,又不用低相对分子质量的活性稀释剂,从而克服了光固化涂料高硬度和高柔韧性不能兼顾的矛盾。
水性光固化涂料也存在下列缺点:(1)体系中存在水,光固化前,大多需进行干燥除水,而水的高蒸发热(40.6kJ/mol)导致能耗增加,也使生产时间延长,生产效率下降;(2)水的高表面张力(72.8mN/m),不易浸润基材,易引起涂布不均;对颜料润湿性差,影响分散;(3)固化膜的光泽较低,耐水性和耐洗涤性较差;(4)体系的稳定性较差,对pH较为敏感;(5)水的凝固点(0℃)较高,在运输和贮存过程中需添加防冻剂;水性体系容易滋生霉菌,需用防霉剂,使配方复杂化。
2水性光固化涂料的组成和分类水性UV固化涂料是由水性低聚物、光引发剂、助剂和水组成,其中水性低聚物和光引发剂是最主要的成分。
2.1水性低聚物水性低聚物是水性光固化涂料最重要的组成,它决定了固化膜的物理机械性能,如硬度、柔韧性、强度、耐磨性、附着力、耐化学品性等,也影响光固化速度。
水性低聚物从结构上看,一要具有可以进行光聚合的基团,如丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、乙烯基、烯丙基等,由于丙烯酰氧基固化速度最快,所以为各类丙烯酸树脂的主要品种。
二要分子链上含有一定数量的亲水基团,如羧基、羟基、氨基、季铵基、醚基、酰胺基等。
目前水性低聚物制备时大多在油性低聚物中引入亲水基团,如羧基、季铵基、聚乙二醇链等方式,使油性低聚物转变成水性低聚物。
(1)环氧丙烯酸树脂类(EA):(2)聚氨酯丙烯酸树脂类(PUA):光固化IPDI：异佛尔酮二异氰酸酯DIOL：二元醇PUA中引入DMPA，经有机胺中和成盐，变成水性PUA。
AlKoxTMP:烷氧基三羟甲基丙烷PEG:聚乙二醇A:丙烯酸PUA中引入长链PEG,变成水分散性PUA。
(3)聚酯丙烯酸树脂类(PEA):部分使用偏苯三甲酸酐或均苯四甲酸酐与二元醇反应,制得带有羧基的端羟基聚酯,再与丙烯酸反应,得到带羧基的聚酯丙烯酸树脂,经氨或有机胺中和成羧酸铵盐,成为水性聚酯丙烯酸低聚物。
(4)丙烯酸酯化丙烯酸树脂类:水性光固化涂料的应用及研究进展(5)不饱和聚酯类(UPE)：水性低聚物不少已商品化,见表4。
2.2水性光引发剂光引发剂是光固化涂料的重要组成,它决定了光固化涂料的固化速度。
对水性光固化涂料,它要求光引发剂与水性低聚物相容性好,在水介质中光活性高,引发效率高,同时与其他光引发剂一样要求低挥发性、无毒、无味、无色等。
用于水性光固化涂料的光引发剂可分为水分散型和水溶性两大类,目前常规光固化涂料所用光引发剂大多为油溶性的,在水中不溶或溶解度很小,不适用于水性光固化涂料,所以近年来水性光引发剂的研究和开发也成为热门课题,并取得了可喜的进展。
不少水性光引发剂是在原来油溶性光引发剂结构中引入阴离子、阳离子或亲水性的非离子基,使其变成水溶性;或将油溶性光引发剂变成稳定的水乳液或水分散体。
已经商品化的水性光引发剂有:(1)二苯甲酮类(BP),如WB4784、WB4785、WB4789、WB4792和等;(2)杂蒽酮类(TX),如QTX等;表4 水性UV低聚物的性能和应用(3)二芳基膦氧化物类(BAPO),如819、819DW(819稳定的水分散体);(4)大分子α-羟基酮类,如KIP150。
KIPEM是含有32%KIP150的稳定水乳液。
此外,光引发剂2959由于在1173苯环对位引入了羟基乙氧基(HOCH2CH2O-)使在水中溶解度从0.1%提高到1.7%,因此也常用于水性UV固化涂料中。
2.3水性光固化涂料分类水性光固化涂料分为乳液、水分散型和水溶性3类,见表5。
(1)乳液型:早期采用外加乳化剂,低聚物不含亲水基团,靠机械作用,使低聚物分散于水中,得到低聚物乳液。
但由于乳化剂加入,影响了固化膜的耐水性和光泽,力学性能也大幅下降,材料对pH值也敏感。
现在多采用自乳化型,即在低聚物中引入亲水基团(如羧基、聚乙二醇),在水中有自乳化作用,不用外加乳化剂,固化后可提高耐水性和光泽。
表5 水性UV固化涂料分类(2)水分散型:利用低聚物中亲水基团和疏水基团巧妙平衡,在水中分散后,低聚物形成稳定的水分散体。
(3)水溶型:低聚物含有足够量的羧基盐或季铵盐基团,成为水溶性材料。
3水性光固化涂料的应用和进展3.1水性光固化涂料的应用随着世界各国对环境保护的重视,环保立法日益完善,执行日益严格,推动了水性光固化涂料的开发和应用,水性光固化涂料的优良性能也引起了人们的兴趣和重视。
表6列举了水性UV低聚物与溶剂型热塑性和热固性涂层材料的涂膜性能比较。
表6 各种涂层材料的涂膜性能比较目前水性光固化涂料已在纸张上光油、木器清漆、丝印油墨、电沉积光致抗蚀剂等领域获得实用,正在开发用于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。
①纸张上光油:这是水性光固化涂料最早应用的领域之一。
有水性UV底油、水性UV上光油,目前光泽≥90,可联机上光或脱机单独上光。
国内如福建洪洋集团公司、陕西方正油墨化工公司等都已有商品供应。
②木器涂料:水性光固化涂料在木器和木材涂饰上有较高的应用价值,特别在胶合板与成型木器的涂装上比较有利。
采用低固含量清漆,有优异的木纹展现性,可增加木质美感。
德国VianovaResins公司生产的水性光固化涂料已成功用于木器涂装。
③丝印油墨:这也是水性光固化涂料一个重要应用领域。
北京英力科技发展公司的水性UV丝印油墨,用于户外广告宣传,这是为迎接北京2008年奥运会绿色奥运的产品。
预计水性UV丝印油墨将会获得更广泛的应用。
④电沉积抗蚀剂:将抗蚀剂中感光性树脂进行亲水改性后变成水性感光性树脂,经电沉积后在覆铜板表面形成一层薄薄的均匀而致密的抗蚀膜,其分辨率可达0.02～0.03mm,高于UV抗蚀油墨、干膜和湿膜的分辨率。