0000紫外光固化涂料

2013-2014学年第一学期

功能高分子材料文献

综述论文

学院：生物与化学工程学院

专业：10级应用化学

组员：李春林（105011440007）

周玉龙（105011440008）

紫外光固化涂料的发展及应用

摘要：本文首先介绍了紫外光固化涂料的特点、固化机理，然后对紫外光固化涂料的发展现状与应用领域进行了详述，指出，未来紫外光固化涂料的研究和发展趋势。最后进行了紫外光固化涂料与传统涂料相比的优点分析。

关键词：紫外光固化涂料；应用；发展趋势；优势

1 前言

紫外光固化涂料（UVCC）是一种节能和环境友好型涂料，是上世纪60 年代末由德国拜耳公司开发的一种环保型节能涂料。该涂料在受到紫外光照射后发生光化学反应，使涂层快速聚合、交联而固化。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。我国进入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，现在已经初具规模。由于传统涂料的危害巨大，UVCC 在以后的推广与应用具有广阔的前景。

2、紫外光固化涂料（UVCC）

光固化涂料由光活性齐聚体(低聚物)、活性稀释剂(单体) 、光引发剂和各类添加剂(颜、填料、消泡剂等)组成。其中低聚物是UV 固化涂料的基料树脂，作为骨架在整个体系中占有相当大的比例，对整个体系的性能，如硬度、柔韧性、附着力、光学性能、耐久性及耐老化性能等起着决定性作用。

2.1 光活性齐聚体

光活性齐聚体都为含有C = C 不饱和双键的较低分子量树脂，主要有以下几种：（l）不饱和聚酯；（2）环氧丙烯酸酯；（3）聚氨酯丙烯酸酯；（4）聚酯丙烯酸酯；（5）多烯/硫醇体系；（6）聚醚丙烯酸酯；（7）水性丙烯酸酯；（8）阳离子树脂。目前应用最广泛的是前四种齐聚体。

2.2 活性稀释剂

光活性单体是一种功能型单体，其作用是调节UVCC的合适粘度，对粘度较大的齐聚体进行稀释，因此又叫稀释剂，它控制涂料固化交联密度，改善涂膜的物理、机械性能，参与固化成膜。光活性单体在结构上含有不饱和双键，如（甲基）丙稀酰基、乙烯基、烯丙基等。一般分为单官能度、双官能度和多官能度稀释剂，官能度愈大，固化速度愈快。

2.3 光引发剂

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，一般利用叔胺类光敏剂构成引发剂/光敏剂复合引发体系。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羰基化合物，如安息香、偶氮化合物，如偶氮二异丁腈等。

2.4 各类添加剂

加入UVCC的一些添加剂，主要用以改善涂料性能，增加紫外光敏感性，降

低施工难度，是涂料不可缺少的组成部分。常用的助剂主要有光引发剂、阻聚剂、消泡剂、流平剂和光敏助剂等。

3、UVCC的优点

UVCC是一种高效节能环保型现代化涂料，具有许多优良的优点[1]：（a）、固化速度快，一般在0.1～10s之内；（b）、可涂装对热敏感基材（木材、纸、纺织品、皮革）及热容量大的物质（厚金属板、混凝土）；（c）、涂层性能优异，耐化学品；（d）、节能、环保。

4、UVCC的固化机理

紫外光照射UVCC以后，光引发剂吸收光辐射能后激发，其共价键断裂生成自由基[2]：

AB·→(hv)AB* （光引发剂吸收光能量后成激发态）

AB*→A-+B· (形成游离基)

活性游离基撞击 UVCC 中的双链并与之反应形成增长链：

A-+C=C→A-C-C·（引发聚合、链增长）

这一反应继续延伸，使活性稀释剂和齐聚物中的双键断开、相互交联形成膜。除了上述的正反应外，游离基的碰撞，也同时由激发态恢复到基态。反应的最终结果即固化成膜。

5、UVCC的发展现状与应用

5.1、UVCC的发展现状

紫外光固化涂料（UVCC）是上世纪60年代末由德国拜耳公司开发的一种环保型节能涂料；据有关资料报道[3]，从上世纪60年代末到80年代末，世界应用辐射固化技术（其中紫外光（UV）固化占90%以上）年平均增长率保持在15%以上，进入90年代以后，仍继续以每年12%的速度快速增长。我国是从上世纪70年代开始对UVCC的研究和开发，由于原材料和固化所需设备的限制导致其发展比较缓慢。进入90年代后，随着邮电通讯、计算机、印刷和电子行业不断发展及人民生活水平不断提高，对UVCC产生了很大需求，以及引进了国外先进的紫外固化技术、材料和设备，大大推动了我国UVCC的发展。据不完全统计，国内引进和国产带有紫外固化装置的竹木地板生产线和PVC装饰生产线各有200多条，印刷品紫外上光生产线400多条，其他各种不同类型的涂装生产线近百条[4]。

经过十多年的努力，国内UVCC产业链已初具规模，产品质量不断地提高，品种不断地增加，具有广阔的应用情景。

5.2、UVCC的应用

UVCC因其无污染、效率高等优点而广泛应用于建筑材料、体育用品、电子通讯、包装材料和汽车部件等不同领域。随着环境保护的要求日益提高，UVCC 有望取代传统的交联固化涂料。

5.2.1、木器涂料

UVCC 中用量最大的是木器涂料，约占总量的 55%［5］；使用UVCC之后木地

板有耐磨耐滑、具有高光泽等特点。

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酯、环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯等。其中环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯性能优异，是目前木器涂料较为常见的光固化齐聚体。丙烯酸酯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。

5.2.2、金属涂料

金属涂料既具有金属质感的涂料，多数需要对金属表面进行某种形式的预处理，改善表面状况，以利于提高涂层的附着力、增强对金属基材的防腐保护作用。

金属涂料主要应用于电器、机械、汽车等的装饰。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。UV金属涂料在金属标牌装饰、金属饰板、铝合金门窗保护及钢管临时涂装保护等方面有较广泛的应用。

5.2.3、纸张涂料

这类涂料发展很快，一般称为光固化上光油，其作用主要包括：（a）增强外观效果，使之质感更加厚实丰满，色彩更加鲜艳明亮；（b）改善使用效能，延长使用寿命，提高产品耐水、耐磨性。

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、杂志、包装材料等的表面上光与加工方面得到了广泛的应用。

5.2.4、塑料涂料

随着科技的发展，塑料制品已广泛应用于家电、汽车、建材、办公设备、电子通讯及医疗器械等各行各业，是国民经济和国防建设不可缺少的重要材料。但塑料在加工成型后常产生各种表面缺陷，因此，塑料的应用必须进行“二次加工”，用于聚苯乙烯、聚酯薄膜和有机玻璃等制品的普通塑料，UVCC将赋予耐

磨擦、不易划伤和美观性。用于汽车部件、器械等金属化的工程塑料，如酚醛树脂制品、ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料)制品，UVCC将赋予高硬度、不易划伤、高光泽和美观等性能。

5.2.5、其他应用

紫外光固化涂料的应用是多方面的，如还出现了硅烷隔离涂料、皮革涂料和光盘涂料等，以及在电子元器件保型封装和信用卡、磁带、磁盘等方面的应用。并且人们还在不断开发新品种，开拓新的应用领域，并且欧洲把紫外光固化涂料应用于楼房阳台隔板复合材料，把多达12种颜色的紫外光固化涂料以低光泽装饰室外。要求这种涂料附着力强，耐候性佳，耐磨性高，抗学腐蚀，要有20年的质量保证[6]。

6、UVCC的研究和发展趋势

当今世界涂料发展潮流是向“5E”迈进，即提高涂膜质量（Exceiience of finish）、方便施工（Easy of appiication）、节省资源（Economics）、节省能源（Energysaving）和适应环境（Ecoiogy ）. 涂料的研究应向水性化、高固体分化、高性能化和功能化方向发展，环境友好涂料（或称绿色涂料）是人们的共