一、水性UV涂料的概述

中文全稱：水性聚氨酯紫外光固化涂料。UV就是紫外線(Ultra-VioletRay)的英文簡稱.工業(yè)用的UV波長以200nm到450nm為其應(yīng)用范圍。用UV來照射"UV照射可硬化的材料"而使它硬化的制程,我們稱之為"UVCuringProcess".UV涂料可通過浸涂、淋涂、漆涂、旋涂，甚至真空涂等方法涂布后，再經(jīng)紫外線光子照射而固化成膜。顧名思義，UV涂料的固化是和UV光的照射分不開的。這種技術(shù)起源于70年代的國際涂料市場，是一種全新的綠色技術(shù)。利用該技術(shù)生產(chǎn)的紫外光固化涂料，簡稱UV涂料。20世紀(jì)末，UV固化涂料開始流行于西方、日本等地，是一種代表時尚的涂料品種。最早應(yīng)用于手機、DVD、隨身聽外殼的表面涂裝處理，后來其應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)進一步擴展到化妝品、電視機及電腦等家用電器領(lǐng)域。

水性UV光固化涂料具有不含揮發(fā)性有機化合物（VOC），對環(huán)境污染小，固化速度快，節(jié)省能源、固化產(chǎn)物性能好、適合于高速自動化生產(chǎn)等優(yōu)點。而傳統(tǒng)涂料易揮發(fā)、固化速度慢，不利于環(huán)境保護。因此，水性UV涂料是傳統(tǒng)涂料的主要替代品。

二、水性UV涂料的組成

水性紫外光(UV)涂料一般由齊聚物、光引發(fā)劑、稀釋劑(水)和其他助劑組成。水性UV固化涂料不含單體，僅以水作稀釋劑，因此基體樹脂的結(jié)構(gòu)決定光固化膜的基本性能。光引發(fā)劑對光固化過程起著重要作用，也影響著固化膜的最終性能。

三、水性UV涂料的制備

以55%-65%的丙烯酸酯乳液，1.0%-1.5%的光引發(fā)劑，10%-15%的填料，2.0%-3.0%的增稠劑，2%-5%的助劑用量，8%-10%的異丙醇，10%-15%的去離子水。制備時：先將水、異丙醇、三分之一的丙烯酸酯乳液加到攪拌釜中，然后加消泡劑、潤濕劑、流平劑、分散劑及用水稀釋的增稠劑，調(diào)至適當(dāng)黏度時，在高速攪拌下緩慢加粉料和滴加光引發(fā)劑，在1000r/min下高速分散30分鐘以上，然后在600r/min下將剩余的乳液加入到釜中，加入剩余的增稠劑調(diào)節(jié)體系黏度。

四、水性UV涂料的固化原理

水性UV固化涂料的固化是在紫外光的照射下，光引發(fā)劑吸收輻射能后分裂成自由基，引發(fā)預(yù)聚物發(fā)生聚合、交聯(lián)接枝反應(yīng)，在很短的時間內(nèi)固化成三維網(wǎng)狀高分子聚合物，其典型的固化過程如下：光源光引發(fā)劑自由基不飽和單體及預(yù)聚物高分子固化膜。

五、水性UV涂料的優(yōu)點

1、可以實現(xiàn)很薄的涂層，降低成本;

2、可以通過添加水和增稠劑來調(diào)節(jié)體系的流變性能和粘度;

3、由于不含單體，可以降低固化膜的收縮，有利于提高膜對底材的附著力;

4、不含揮發(fā)性有機物，不易燃、不易爆。特別適合噴涂;

5、涂布設(shè)備易于清洗，有利于保護環(huán)境，保護生態(tài);

6、對于不耐有機溶劑的底材，能保證其穩(wěn)固的附著力等。

六、水性UV涂料的應(yīng)用

由于水性光固化涂料的優(yōu)點突出，目前其主要應(yīng)用于家具和木材的涂飾及電子產(chǎn)品上等。應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴大，在絲網(wǎng)印刷油墨、凹版、柔性版、平版印刷油墨、抗蝕劑、木材涂料、塑料清漆、罩光清漆和膠粘劑等方面得到迅速發(fā)展.

七、水性UV涂料的不足

1、體系中存在水，光固化前，大多需進行干燥除水，而水的高蒸發(fā)熱導(dǎo)致能耗增加，也使生產(chǎn)時間延長，生產(chǎn)效率下降；

2、水的高表面張力不易浸潤基材，易引起涂布不均；對顏料潤濕性差，影響分散；

3、固化膜的光澤度較低，耐水性和耐洗滌性較差；

4、水性UV涂料的原材料價格較貴，導(dǎo)致其最終價格也比較貴；

5、體系的穩(wěn)定性較差，對pH較為敏感；

6、水的凝固點0℃較高，在運輸和儲存過程中需添力Ⅱ防凍劑；

7、水性體系容易滋生霉菌，需用防霉劑，使配方復(fù)雜化。

八、水性UV涂料今后的研究方向

1、開發(fā)不需要預(yù)加熱，直接用紫外光固化的水性涂料

水性UV涂料在紫外光固化前，一般需要進烘烤，加速水分蒸發(fā)，即使是紫外光固化電泳涂料，也需要一個“閃蒸”的過程，以除去多余水分。這使水性涂料的整個固化過程冗長，能耗增大。

另外，紫外光固化水性涂料經(jīng)過紅外干燥后，光引發(fā)劑已經(jīng)被固定在涂膜中，這時經(jīng)過紫外光照射，近一步反應(yīng)交聯(lián)，會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使涂膜性能變壞。最新的研究采用先光固化，再熱固化的方法，使應(yīng)力消散，制得熱穩(wěn)定性相對較高涂層。

然而，涂層本身是熱的不良導(dǎo)體，聚合反應(yīng)所放出的熱量會使其溫度升高，而且一般所用的紫外光源都有相當(dāng)大量的紅外輻射，完全可以利用這些熱能使水分蒸發(fā)和反應(yīng)固化同時進行．

一種方法，提高固含量，減少水分含量。艾照全等合成了固含72%的高固含低粘度的(PMMA/BA/AA)膠乳，相當(dāng)于直接進入了成膜的中期。

第二種方法，引入超支化聚合物(Hyperbranchedpolymer)，使反應(yīng)更加迅速，縮短固化成膜時間，超支化聚合物有破乳作用，破乳后水分和乳化劑會浮到樹脂的表面，相當(dāng)于加快了水分的蒸發(fā)。AnilaAsif等將水溶性的多官能團的超支狀聚酯引入了聚氨酯丙烯酸酯乳化聚合物中，使樹脂粘度降低，固化速率提高。對于形狀復(fù)雜的工件，在紫外光直射不到的地方很難固化，目前研究的可雙重固化紫外光固化水性涂料，由于樹脂中需要同時加入兩種引發(fā)劑(例如光引發(fā)劑和熱引發(fā)劑)，使涂料配方的研制過于復(fù)雜。對于分子量超百萬的乳膠，可以自然干燥或者加熱固化成膜，相當(dāng)于可以雙重固化。

2、合成含有多官能團的高分子預(yù)聚體

傳統(tǒng)的無溶劑型UV光固化涂料難于兼具高硬度和高柔韌性，與此相反，紫外光固化水性涂料可以使用高分子的水性分散體系，其粘度與高分子的相對分子質(zhì)量無關(guān)，從根本上解決了光固化涂料高硬度與高柔韌性的矛盾。交聯(lián)型乳液比不帶官能團的乳液在耐水性、耐堿性、耐水煮、耐濕性等方面都有提高，反應(yīng)型乳液與水溶性高分子組合并用制作涂料是工業(yè)涂料的一個方向。但是如何在分子量上百萬的高分子乳液中引入多官能團，仍然有很多困難，因為高分子是被乳化劑包裹著的。JOHANODEBERG等初步合成了含不飽和官能團的乳膠大分子，使紫外光固化成膜時不需要加入其它多官能團單體。有關(guān)文獻(xiàn)在乳液聚合過程中引入官能團，反應(yīng)成膜后，得到具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的涂膜。如果能丌發(fā)出帶有碳碳雙鍵等官能團的乳化劑，使乳化劑也能參與反應(yīng)，則更完美。

3、納米顏料和填料的引入

UV紫外光固化涂料一般制成清漆，因為顏料和填料對紫外光有反射作用，使膜的深層固化受到阻礙，但是在有些情況下，顏色又是必須的，例如在紫外光固化的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域光纖涂料中，就需要用不同顏色的涂料標(biāo)記光纖的種類。納米級的顏料和填料對光的透過性一般比較好，應(yīng)該有希望應(yīng)用于紫外光固化水性涂料中。艾照全等研究了在膠乳合成中引入納米二氧化鈦。陳士昆等叫將納米碳化硅引入紫外光固化樹脂，納米材料和基體樹脂之間存在相互作用力并且均勻分散在基體樹脂中。納米復(fù)合樹脂與基體樹脂相比較，物理性能變好。

4、醇溶性紫外光固化涂料

完全以乙醇代替水作溶劑的UV紫外光固化涂料，多數(shù)情況下，乙醇是作為助溶劑，汪存東等使用了水/乙醇(體積比80：20)的混合溶劑，結(jié)果使紫外光固化環(huán)氧一丙烯酸酯膜的柔韌性得到很大的改善，而對其它的性能影響較小。由于水溶性紫外光固化涂料制備過程中需要進行水性樹脂的制備，而無溶劑型紫外光固化涂料分子量不可能制備得太高(一般認(rèn)為，分子量10萬以上，就已經(jīng)是固體了)。醇溶性紫外光固化涂料綜合了兩者的優(yōu)點，而且乙醇作溶劑本身也很環(huán)保，由于乙醇表面張力比水小，對基材的潤濕性較強，對基材上的油污有溶解作用，所以能得到附著力較好的涂膜。