塑料专用高光水性UV涂料的研发与产业化可行性实施计划书

塑料专用高光水性UV涂料研发及产业化

项

目

可

行

性

报

告

2012年4月24日

目录

1、项目实施的背景和意义

2、项目涉及的相关技术在国外的研究现状和发展趋势

3、研究开发的主要容、关键技术及创新点

4、预期目标

5、研究方案、技术路线、组织方式与项目组成员分工

6、计划进度安排

7、现有工作基础和条件

8、科研经费预算

1项目实施的背景和意义

水性紫外光固化涂料（UVCC）一般由水性UV树脂（低聚物）、水、光引发剂和功能助剂（如颜填料、消泡剂、表面活性剂或其他分散稳定剂、湿润剂、流平剂和填料等）等组成。水性UVCC的分类方法最常见的是将其分为水溶性和水分散性二大类，也可按是否含多官能丙烯酸酯（MFAs）及固含量高低分类。

近年来，随着社会环境保护中对溶剂公害日益严格的限制，光固化涂料越来越受到人们的重视。紫外光（UV）固化技术及其涂料得到了迅速的发展和应用，但传统油性UV固化体系中丙烯酸酯类活性稀释剂会对人的皮肤和眼睛有强烈的刺激作用，极大的影响了操作者的身体健康；而且许多活性稀释剂在UV照射过程中难以完全反应，残留单体会影响固化膜的长期性能，并限制了其在食品卫生等行业中的应用。以水代替反应性稀释剂成为UV固化技术的一个趋势，这样一方面可以消除UVCC因挥发导致的污染、刺激等问题，另一方面也为水性涂料提供了一种新的固化手段。因而水性光固化涂料结合了传统UV固化技术和水性涂料技术二者的诸多优点。

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。在国外，UV光固化涂料已广泛应用于建筑涂料、体育用品、电子通讯、包装材料和汽车等不同领域；我国光固化领域发展速度更加惊人，每年都以20%～30%的速度增长。在各个领域应用越来越广泛，如在纸、木器、塑料、金属、光盘和光纤等基材上获得了很好应用。

我公司正在开发的高光性UV光固化涂料，是塑料专用的高光水性UV光固化，其主要用于汽车、摩托车、电动自行车等产品领域，是涂料中的符合节能、环保、高校的产品。

2项目涉及的相关技术在国外的研究现状和发展趋势

2.1研究现状

我国光固化材料开发始于上世纪70年代初，到90年代开始工业生产；水性UVCC对环境无污染、无毒、不易燃、安全性好、稳定性高，近10年来得到了快速的发展，并已成为涂料发展的一个重要方向。

我国光固化在高速发展的同时，还存在着很多问题，如与国外技术差距还很大、企业规模小，抗风险能力不高、产品技术含量低、附加值低，并且价格竞争激烈等问题。虽然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，影响它的应用和推广，主要有：

2.1.1活性稀释剂对人的皮肤、黏膜和眼睛有刺激性，有的有臭味；

2.1.2低聚物黏度较大，涂装时，特别喷涂工艺，要加人大量活性稀释剂，

有时还要加入有机溶剂，不安全，也污染环境；

2.1.3光固化体系主要自由基光聚合，因氧阻聚，聚合不完全，在固化涂层

中仍残留活性稀释剂，传统光固化材料不适用于食品卫生产品包装材料

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；

2.1.4光固化用原材料价格较贵；

2.1.5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；

2.1.6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；

2.1.7油性光固化材料，涂布设备和容器清洗需用有机溶剂。

特别令人关注的是，活性稀释剂和挥发性有机物对人体的损害和环境的污染。前者由于大多数塑料制品在挤塑或压塑成型后，表面具有很多微观缺陷，导致表面光泽度较低，美观程度较差，另外常规塑料制件大多耐磨、耐溶剂性能不高，容易刮伤、起雾和表面受损等；多数常规塑料制品耐刮伤、耐溶剂、防老化等性能不高，需要对塑料表面进行装饰和保护。塑料基材的种类较多，常见的有：聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、ABS塑料等。塑料种类不同，其化学性质和物理性质也各不相同，如聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等材质的塑料表面具有一定的极性，光固化涂料在其上的黏附性问题容易解决，而聚乙烯和聚丙烯材料表面极性很低，与光固化涂料的附着性有一般较差，常常需要采取一些特殊手段，如进行火花放电、腐蚀等极性化处理，或在光固化涂料配方中添加附着力促进剂，如氯化树脂对增强聚丙烯的附着力有改善作用。成分相同或相近的塑料在物理性能方面也可能有所差别，如聚乙烯包括较硬的高密度聚乙烯和较软的低密度聚乙烯。塑料基材的性质不同，所适用的光固化涂料的配方也有所区别。

2.2发展历程

水性UV涂料是由水性的低聚物、光引发剂、助剂和水组成的。就乳化方式来说，水性UV的发展经过了三个阶段：

2.2.1第一代外乳化产品。外加表面活性剂（乳化剂）和高剪切力可以弥补

传统UV固化树脂的水分散性。

2.2.2第二代非离子型自乳化稳定产品。为了避免使用外加表面乳化剂，聚

合物中引入了聚乙二醇等亲水结构。但是由于聚合物骨架上有亲水性结

构，与传统UV固化树脂相比，这类产品表现出很低的耐化学药品性和耐水性。

2.2.3第三代离子型自乳化稳定产品。自乳化体系可以通过在聚合物骨架上

引入阴离子或阳离子基团来实现，在与相反离子中和后赋予整个聚合物水溶性。这类产品具有很好的乳化性能，同时具有很好的剪切稳定性。

2.3发展趋势

2.3.1聚氨酯丙烯酸酯

2.3.1.1自乳化阴离子型PUA

2.3.1.2羧酸型自乳化PUA：采用DMPA作为二醇组分之一与二异氰酸

酯反应生成半封闭体，再用HEMA等活性单体封端，最后用胺或氨

水中和即可。

这是最常用的方法，得到的树脂具有较好的自乳化性能。用此方法的也较多。如周小群以聚醚二元醇、甲苯二异氰酸酯、羟乙基丙烯酸酯和二羟甲基丙酸等为原料，采用分步法合成了自乳化型水性光敏PIJA。

大学的效峰等以TIM（80P20）、聚醚多元醇、二元醇扩链剂、DMPA、HEA 等原料，合成了一种紫外光固化水性PUA乳液。

2.3.1.3磺酸型自乳化PUA：磺酸型PUA的报道不多，Garratt等以带

磺酸钠基团的聚酯二元醇与二异氰酸酯和单羟基丙烯酸酯反应得

到PUA。磺酸盐的强离子特性使合成的PUA很容易分散于水中，而

不需挥发性胺类中和剂和有机共溶剂。

2.3.1.4自乳化阳离子型PUA：阳离子型PUA可选择的离子化基团围较

窄，一般在主链中引入叔胺基团，然后季胺盐化，从而达到聚氨酯