UV光固化

UV固化固化涂料、胶粘剂及其研究进展

应化1102班刘少政13

摘要：UV固化涂料具有环境友好、经济、高效、节能和适应性广等优点。随着对低聚物、活性稀释剂、光引发剂、助剂和颜填料等的深入研究及新产品的不断开发,液体型UV固化涂料正向传统涂料的各个应用领域迅速扩展。文章简要概述了溶剂型UV固化涂料主要成分的研究进展。

关键词：UV固化涂料;低聚物;活性单体;光引发剂

20世纪60年代西德拜尔公司对不饱和聚酯树脂与安息香醚体系的紫外光固化行为进行了研究,并于1968年推出了商品化产品,即所谓/芬斯吉达尔-UV-100商品.非常适于木器表面涂装,带给世界涂料和木器涂饰界以极大的震动.1972年美国Sun化学公司、immont公司开发了丙烯酸系列光固化涂料,引起了涂料界极大关注在过去的几年中，紫外光固化涂料在光纤涂层、CD涂层/DVD粘合剂、信用卡、木材、饮料罐、食品包装、杂志封面、医疗器械和汽车行业中都有着十分迅速的发展。

紫外光光固化涂料具有“5E”特点：环境友好(Environmental friendly)、经济(Economical)、高效(Efficient)、节能(Energy saving)和适应性广(Enabling)。相对于普通涂料，UV固化涂料具有以下优点：

(1)不含挥发性溶剂，几乎100%固化成膜，属于绿色环保型涂料；

(2)固化速度快，一般几秒钟即可固化，适宜大批量的流水线作业，成品可立即堆放，占用场地少，生产效率高；

(3)能量利用率高，耗资少；

(4)室温下即可固化，可涂装热敏性基材；

(5)涂膜经交联固化而成，综合性能优异，漆膜丰满度高，硬度高，附着力好，耐磨、耐热、耐溶剂，达到极佳的装饰保护效果。

紫外光固化涂料可以分为两类：粉末涂料和水性涂料。

紫外光固化粉末涂料是粉末涂料技术与紫外光固化技术相结合的一项新型涂装技术，它综合了传统粉末涂料和液体紫外光固化涂料技术的优点，并在一定程度上克服了两类涂料的缺点。

紫外光固化水性涂料结合了水性涂料和光固化涂料的优点，近年来得到迅速发展，也是今后光固化涂料主要发展方向之一。

而紫外光固化胶粘剂具有贮存期长、不含溶剂、气味低、固化速度快、粘接强度高、生产能耗低等优点。因此紫外光固化胶粘剂在光学、电子、精密器械等领域有着广泛的应用前景。

根据固化聚合的机理不同，可以将紫外光固化胶粘剂分为自由基型和阳离子型。此外，也有人利用他们各自的优点，将自由基引发和阳离子引发结合起来，共存于同一体系，形成了自由基阳离子混杂型。

在紫外光固化胶粘剂中，自由基型紫外光固化胶粘剂研究最早，其产品应用范围也最广泛，它包括基础树脂、活性单体、光引发剂（或光敏剂）和各种添加剂等组分。

阳离子型光固化体系是20 世纪70 年代才开发出来的。它主要利用芳香族重氮盐、芳香族碘鎓盐、芳香族锍盐在紫外线照射下光解产生质子酸，质子酸再引发单体进行阳离子聚合。与自由基固化体系相比，它具有固化收缩率小、不受各种氧的阻聚作用以及若没有亲核杂质存在，一旦引发，聚合就会长期继续下去等

优点。但是，光引发剂在光照射时释放出的质子酸，对胶结基体会产生腐蚀作用。人们对于胶粘剂分子结构改变对胶体硬度，强度，透光度等宏观因素的影响已有较深的研究，近年来研究重心已向微观化和精密化发展。紫外光固化胶粘剂已经广泛地应用于印刷电路板制造、光纤粘接、液晶显示器安装、电子原器件组装等多种领域。

UV固化胶粘剂由预聚体、活性稀释剂、光引发剂以及助剂等组成。低聚物组成了固化膜交联网状结构的骨架，它是产品物理化学性能的主要决定因素；多官能团单体一方面对于配方起到稀释作用，提高可加工性能，另一方面对于光固体系的聚合速度影响很大；光引发剂又称光敏剂，其作用是吸收紫外光后引发化学反应，形成涂膜，光引发剂是决定紫外光固化涂料固化程度和固化速度的主要因素，可分为自由基型、阳离子型、自由基-阳离子复合型三类；助剂可以改善涂料与涂膜性能，增加紫外光敏感性，降低施工难度，是涂料中不可缺少的组分，常用的助剂主要有光敏助剂和阻聚剂。

UV固化是利用紫外光的能量引发涂料中的低分子预聚体或齐聚体及作为活性稀释剂的单体分子之间的聚合及交联反应，得到硬化漆膜，实质上是通过形成化学键实现化学干燥。紫外光是波长为40~400 nm 的光，又分为真空紫(<200 nm)、中紫外(200~300 nm)和近紫外(300~400 nm)。在一般光化学研究和光固化应用中有实际意义的是中紫外和近紫外区的紫外光，通常又可划分为UV A(315~400nm)、UVB(280~315 nm)和UVC(200~280 nm)3 个波段。一般光固化体系中应用较多的是UV A 和UVB。通常所讲的光固化过程是指液态树脂经光照后变成固态的过程。因而其所经历的光化学过程基本上是链式聚合反应，通过聚合使体系的相对分子质量增加，并交联成网络，最终形成固态漆膜。而机理的研究也从宏观逐步转向微观：在UV 灯光照射下，涂料配方中的光引发剂激发出自由基，自由基会攻击配方中基料树脂中的双键，从而引发自由基聚合反应，最终形成致密交联成网状的涂料干膜。

最新的研究为了提高UV光固化的效率，开始考虑光源问题。使用的MPMA 光源一般要采用不同厚度和长度的石英管这种材料在紫外线系统中尤为重要，紫外线可以较快地通过这种材料，并保持较为稳定的波长，而这些是普通玻璃无法达成的。

近年来，水性涂料的环保优势已经日益受到重视，而且其极易调节的低粘度使之适合于喷涂，已成为涂料发展的主要方向之一"在这种情况下，紫外光固化水性涂料应运而生，水性I_固化聚氨酯丙烯酸酯的研究迅速成为国内外学者的研究热点"Y>N0cC0 bN07 等以二异氰酸酯、聚乙二醇、二羟甲基丙酸和丙烯酸羟基酯为原料合成了UV固化水性涂料用的扩链型ZIN 离聚物，此扩链型ZIN 比传统ZIN 具有更好的光聚合活性"杨小毛以丙烯酸丁酯!苯乙烯!丙烯酸及甲基丙烯酸羟乙酯共聚合成了具有羟基和羧基侧基的丙烯酸共聚物，再用甲苯二异氰酸酯与甲基丙烯酸羟乙酯的半加成物对上述丙烯酸树脂进行接枝改性，经胺中和后水性化，获得了稳定的自乳化光敏树脂水分散体系"李红强采用分步加料法，以甲苯二异氰酸酯( GL>) #聚乙二醇( ZC7) #二羟甲基丙酸( LHZN)以及甲基丙烯酸羟乙酯( UCHN) 为原料合成了光固化水性聚氨酯丙烯酸酯( ZIN) 预聚体"王浩采用"U 0HD ( 核磁共振) 分析了异氰酸酯基参与副反应的程度，采用动态光散射技术分析了影响聚氨酯分散体粒径的因素，进而研究了丙烯酸酯基含量对紫外光固化涂层性能的影响采用甲苯二异氰酸酯!双羟基化合物!二羟烷基羧酸和甲基丙烯酸羟乙酯合成了UV固化的水性阴离子型聚氨酯丙烯酸酯"

孙会宁等[14]用环氧丙烯酸酯、脂肪族聚氨酯丙