一、水性UV光固化簡述

1.常規光固化涂料與水性UV光固化的比較

2.水性UV存在的難點共同存在的難題：氧阻聚作用或有色體系引起固化不完全。

（1）水的蒸發熱高（40.6KJ/mol）

---預干燥能耗大、時間長、效率降低（嘉寶莉公司在年初推出的“微波紅外耦合干燥技術”成功解決了水性漆干燥問題。）

---易引起吸收性基材的收縮變形（紙張、層壓板等）

（2）水的表面張力大（72.8mN/m）

---不易潤濕基材，易引起涂布不均（縮孔、氣泡等弊病）

---對顏料潤濕性差，影響分散

（3）需添加某些助劑，產生一定量VOC

---助溶劑（增加溶解度，提高穩定；降低粘度，改善流平）

---防凍劑（水的凝固點較高（0℃），防止低溫時凝固）

---防霉劑（避免水性體系易滋生霉菌）

（4）體系的穩定性較差

---對pH較敏感；長時間儲存過程中易出現沉淀

（5）光澤及硬度較低、耐水性和耐洗滌性較差等性能缺陷

3.水性UV光固化發展歷程

水性UV涂料一般由水性低聚物、光引發劑、助劑和水組成。

就乳化方式來說，水性UV的發展可分為三個階段：

（1）第一代 外乳化型

（2）第二代 非離子基自乳化型

（3）第三代 離子基自乳化型

二、水性UV光固化聚氨酯

1.分類

UV光固化根據所引入的離子基團（親水擴鏈劑）不同，可分為三大類：

（1）陰離子型 （最主要）

a.羧酸型（-COOH）：二羥甲基丙酸, 酒石酸等二元羧酸擴鏈劑；或二羥基半酯，一般是以低分子量三元醇或低聚物三醇（如甘油、低分子量聚醚三醇）與二元酸酐反應得到含羧基的二羥基化合物，所述酸酐有馬來酸酐、苯酐、丁二酸酐、戊二酸酐等；

b.磺酸基（-SO3H）：1,4-丁二醇-2-磺酸鈉, 乙二胺基乙磺酸鈉等，磺酸鹽的強離子特性，不需揮發性胺類中和劑和有機共溶劑，即可使合成的PUA 很容易分散于水中。中和劑（成鹽劑）一般為氨水或叔胺，如三乙胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、丁基乙醇胺等。

（2）陽離子型

有氨基、季銨基等，可選擇的離子化基團范圍較窄，一般在主鏈中引入叔胺基團，然后季胺鹽化，從而達到聚氨酯丙烯酸可在水中穩定分散甚至水溶的目的。如N-甲基二乙醇胺和三乙醇胺等含叔胺基團擴鏈劑，所使用中和劑（成鹽劑）一般為鹽酸、乙酸或環氧氯丙烷等烷基化試劑。

（3）非離子型

分子鏈中由含氧基團組成的醚基/羥基/羧酸酯、嵌段聚醚（如聚乙二醇鏈段）和醛基等親水基團時，水溶性也會有一定的提高，甚至達到水溶性，但一般與離子型一起使用，組成混合型聚氨酯水性體系。

根據外觀類型也可分為三類：

（1）水溶液型 、（2）分散液型、（3）乳液型

2合成中溶劑的使用

在聚氨酯預聚物合成過程中，有時需要加入少量有機溶劑，以降低粘度，利于預聚體的分散，及后期乳化得到穩定的微細粒徑乳液，該方法即為通常所說的丙酮法。

可采用的溶劑有丙酮、甲乙酮、二氧六環、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮（有基因毒性）等水溶性（親水性）有機溶劑和甲苯等憎水性溶劑。考慮到成本、操作性等因素，最常用的是丙酮和甲乙酮。

一般來說，在制備出穩定的乳液后，可通過減壓蒸餾除去低、中沸點溶劑，減少乳液中溶劑的殘留和氣味。若溶劑用量很少，可不必除去。水性聚氨酯干燥時，殘留的少量低沸點溶劑的揮發可加快膠膜的干燥時間，而少量高沸點溶劑的存在可使膠膜平滑，這在涂料工業中較常用。

3.主要合成路線

4.聚氨酯丙烯酸酯接枝丙烯酸酯雜化體系

近年來，UV光固化利用丙烯酸酯體系與聚氨酯體系進行接枝改性，得到化學雜化體系，使性能上有較好的互補甚至協同的效果，顯示出了較好的應用前景。

該類型樹脂多數用HEMA或GMA和其它丙烯酸酯單體共聚，得到含羥基或環氧基的丙烯酸酯低聚物，再與聚氨酯半加成物接枝改性，或與未經中和的羧酸型聚氨酯低聚物反應，最終引入丙烯酰基，反應式分別如下：

（1）雜化體系1

（2）雜化體系2

UV光固化在綠色環保的大環境下，UV光固化涂料工業對VOC限制逐年嚴格，同時，在保持涂料的高性能和市場競爭力等多重因素促進下，高性價比的水性UV涂料陸續面向市場，必將得到極大的推廣。

預計未來在家具木器漆、汽車內飾涂料、皮革涂飾、塑膠罩光和印刷油墨等領域，水性UV樹脂將會得到空前的發展。