水性紫外光固化油墨综述

水性紫外光固化油墨

摘要：随着时代的进步环保的概念深入人心，水性紫外光固化油墨这种绿色油墨也在这种时代背景下蓬勃发展，本文介绍了水性紫外光固化油墨的组成与分类、干燥固化机理研究进展、应用情况。并对水性紫外光固化油墨的优缺点进行了讨论。最后展望了水性紫外光固化油墨的前景。

关键词：水性紫外光固化油墨、进展、现状、应用、发展前景。

前言：紫外光固化(UV 固化) ,是指在紫外光作用下,体系中的光敏物质发生化学反应产生活性碎片,引发体系中活性单体或齐聚物的聚合、交联,从而使体系由液态涂层瞬间变成固态涂层。自1967 年德国拜尔公司研制出第一代UV 固化涂料以来,UV 固化技术在世界范围内得到飞速发展,并迅速在电子、印刷、建筑、装饰、医药、机械、化工及汽车等行业推广应用。紫外光固化材料自70 年代在国外商品化以来,一直保持8 %～10 %的高速增长,主要在于:它固化快,迎合现代自动化生产的需要;无污染,顺应了现代涂料、油墨的发展方向;涂膜质量高、硬度高、耐划伤、耐腐蚀等优点而倍受人们关注[1 ] 。但随着社会的进步,人类生活水平的提高,人们越来越重视效率和环保问题,印刷油墨有两种发展趋势:使用环保型无公害的溶剂型油墨;使用UV 紫外光固化型油墨。但是，由于所用的主要成分即低聚物一般均具有较高的黏度，在印刷时必须加入稀释剂以调节其黏度和流变性，并促进成膜和固化，提高固化膜的性能等。所加入的稀释剂包括反应性稀释单体、有机溶剂及其他多官能团丙烯酸酯等。但目前惯用的丙烯酸酯类活性稀释剂或交联剂对眼睛有较强的刺激作用，皮肤接触也易导致过敏，影响操作者的身体健康。许多反应性稀释单体在紫外光辐照过程中难以完全反应，残留单体起到增塑等副作用，并具有可渗透性，直接影响固化膜的长期性能。于是，近年来，水性油墨已成为发展的主要方向之一。

一、水性UV 光固化涂料的组成及分类

光固化水性涂料的组成大体上包括水性UV树脂或预聚体(水性不饱和官能化基料树脂)、光引发剂及各种助剂(如表面活性剂或其他分散稳定剂、湿润剂、流平剂、填料等)，着色涂料还包括颜料。其中最重要的是水性UV树脂或预聚体，它决定固化膜的硬度、柔韧性、强度、粘附性、耐磨性、耐腐蚀性等，对UV固化的灵敏度也有影响。含不饱和官能团的水性树脂在光引发剂的作用下，经紫外光照射发生自由基聚合而固化。不饱和树脂多以常见树脂进行不饱和官能化而制得。这些树脂既可以是水溶性的(非离子型、阴离子型)，也可以是乳液或水溶胶。水性UV固化体系的另一个重要组分是光引发剂，其应与水性树脂高度相容。总的来讲，UV固化水性涂料仍处于探索阶段，研制高效的光引发剂是研究的主要课题[2-3]。水性光固化涂料的分类方法很多，最常见的是将其分为水溶性和水分散性两大类，也可按是否含MFAs 及固含量高低分类。高固含量的水溶性光固化体系固含量可达90%以上，体系中的少量水分可用以降低体系的黏度。低固含量的水溶性光固化体系目前主要用于印刷工艺。水分散性光固化涂料体系主要是指乳液分散体系(包括外乳化型和自乳化型)，有时也指水溶胶分散体系，基料树脂上带少量亲水基团(离子型或非离子型)。相对于水溶性光固化涂料，乳液型光固化涂料固化膜的耐水性较强，应用前景较好。

二、光固化水性油墨的优点

光固化水性油墨使用水作为稀释剂，并采用UV辐照固化，两种技术的结合可更大程度地发挥综合效能。相对于传统的油溶性UV光固化油墨，光固化水性油墨有如下优点。

1．不必借助活性稀释剂来调节黏度，可解决VOC 及毒性、刺激性的问题。

2．可用水或增稠剂方便控制黏度和流变性，可用于喷涂。

3．可避免由于活性稀释剂所引起的固化收缩，可用于非吸收性表面，如塑料的印刷。4．多数体系可适用通用的印刷设备，如淋涂、喷涂等。

5．可得到极薄的涂层。

6．设备、容器等易于清洗。

7．光固化前已可指触，可堆放和修理，并保证了固化膜的光洁度，简化了防尘操作。8．大大减少了火灾危害。

9．油墨颗粒小, 可印精细图案。

5]

三、水性UV 涂料用原料研究现状

（一）基料树脂

1、不饱和聚酯

用于光固化水性油墨的不饱和聚酯，其主链段与传统的不饱和聚酯类似，同样是以二元醇或多元醇与马来酸酐进行酯化反应制备。为了使树脂具有亲水性，可以利用二元醇引入亲水结构，如采用聚乙二醇。用含光活性基团的酸或醇封端则可获得光活性。Dvorchak等[4]报道了一种不需要使用苯乙烯等交联单体的非离子型自乳化的不饱和聚酯，作为光固化基团的是烯丙基醚。它们不必分别合成，可同时使用二醇和聚乙二醇与马来酸酐反应，得到聚酯二酸再与三羟甲基丙烷二烯丙基醚进行酯化

2、聚氨酯丙烯酸酯

聚氨酯丙烯酸酯预聚物是目前研究和开发最活跃的体系。。与一般的聚氨酯丙烯酸酯的差别仅在于如何在分子中引入亲水性的结构。与上述不饱和聚酯相似。例如可利用聚乙二醇引入非离子型的亲水链段；利用二羟甲基丙酸（DMPA）作为二元醇，则引入羧基，得到离子型的自乳化树脂。光活性基团可以通过（甲基）丙烯酸羟乙酯（HEA或HEMA）的羟基与聚氨酯末端异氰酸酯基（-NCO）反应引入，也可以利用丙烯酸与端羟基聚氨酯的羟基进行酯化反应得到。

3、丙烯酸酯化聚丙烯酯

丙烯酸酯化聚丙烯酸酯具有价廉、易制备、涂膜丰满、光泽度好等优点。一般可用丙烯酸与各种丙烯酸酯共聚引入亲水性的羧基，用（甲基）丙烯酸羟乙酯或（甲基）丙烯酸缩水甘油酯共聚引入羟基或环氧基以便进一步引入丙烯酰氧基，从而获得光活性。

丙烯酸树脂的分子链偏硬，可以考虑在上述

K. A. Wood研究了几种分别含丙烯酰基团、甲基丙烯酰基团、烯丙基基团侧基的体系以及不含光聚合不饱和基团但加入多官能团丙烯酸酯单体(如TMPTA)作为交联剂的体系，详细比较了其固化速率以及固化膜的硬度、柔韧性、耐溶剂和耐水性能等。可以看出，固化速率的大小次序是：丙烯酰基＜甲基丙烯酰基＜烯丙基，而含有可聚合不饱和侧基的体系其固化膜的总体性能较好[5]

丙烯酸树脂作为光固化水性油墨的基料

时，许多性能不及聚氨酯丙烯酸酯，其主要优

势在于价格低。

4、其他

报道较多的还有聚醚丙烯酸酯，其由聚醚端羟基与丙烯酸酯化而得；环氧丙烯酸酯由环氧树脂与丙烯酸开环酯化而得。水性环氧丙烯酸酯和水性聚氨酯丙烯酸酯，作为UV固化木地板涂料的预聚物，配制成水性地板涂料并进行UV固化，具有良好的应用性能。

（二）光引发剂