水性光固化涂料的应用及研究进展.doc

水性光固化涂料的应用及研究进展金养智(中国感光学会辐射固化专业委员会北京100085)摘要:水性光固化涂料是一种新型的光固化涂料本文简述了其特点、水性UV树脂、水性光引发剂和水性光固化涂料的应用及研究进展。关键词:光固化;UV固化涂料;水性树脂;光引发剂;低聚物0引言辐射固化指紫外光(UV)和电子束(EB)固化是一种先进的材料表面处理技术。它是利用UV/EB引发具有化学活性的液态材料快速聚合交联瞬间固化成膜。自1968年德国拜耳公司首先开发了光固化木器涂料光固化技术实现了产业化至今还不到40年但其在全球发展势头迅猛应用领域不断扩大形成了一个新的产业。在2004年5月召开的北美辐射固化国际会议UV/EB固化技术被归纳为具有“5E”特点的工业技术:高效、适应性广、经济、节能及环境友好。因此UV/EB固化技术被誉为面向21世纪的绿色工业新技术。在北美、欧洲和日本等发达国家和地区从事UV/EB生产的企业发展迅速已形成具有一定市场规模的产业其中UV固化约占95%EB固化约占5%见表1。我国光固化材料开发始于20世纪70年代初到90年代开始工业化生产;1993年成立辐射固化分会现为中国感光学会辐射固化专业委员会;到20世纪末国内初步形成一个新的产业并进入快速发展阶段。近几年虽遭受石油价格上涨和丙烯酸反倾销导致不正常涨价的影响但光固化产业仍不断发展和壮大。到2004年入网会员为313家比1999年增长147%;光固化原材料总产量2004年达53193t比1999年增长920%;UV配方产品总产量32590t5年内增长205.2%(见表2)。目前我国已成为仅次于美国和日本的光固化原材料和产表1北美、欧洲和日本辐射固化产品统计注:北美和欧洲为2002年统计数据日本为2004年统计数据品的生产大国光固化原材料中活性稀释剂和光引发剂已大量出口特别是光引发剂已是世界最大的生产国和出口国。光固化涂料是最主要的UV配方产品我国光固化涂料主要是竹木地板和家具涂料2003年突破万吨大关;纸张上光油也是另一大品种2005年为5812t;PVC和塑料涂料2005年产量分别为1757t和2342t;中高档光固化涂料:摩托车、家电、金属、手机、光盘、车灯涂料都有一定规模;2005年生产各种光固化涂料25024t(见表3);可喜的是2005年有2280t光固化涂料出口创汇1000多万美元。表21999?2004年我国光固化原材料和产品统计t表32000?2005年我国光固化涂料生产统计t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了它的应用和推广主要有:(1)活性稀释剂对人的皮肤、粘膜和眼睛有刺激性有的有臭味;(2)低聚物黏度较大涂装时特别是喷涂时要加入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;(3)光固化体系主要是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。故传统光固化材料不适用于食品卫生产品的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;(4)光固化用原材料价格较贵;(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;(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;(7)油性光固化材料涂布设备和容器清洗需用有机溶剂。最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。为了克服这些弊病一种新的光固化体系———水性光固化体系应运而生。水性光固化体系继承和发扬了传统的光固化技术和水性涂料、油墨技术的优点已成为光固化技术研究和开发的一个非常活跃的领域而且获得了实际应用。1水性光固化涂料的特点水性光固化涂料结合了传统UV固化涂料和水性涂料的各自特点相对于传统油性光固化材料具有下列优点。(1)水是最方便获得、最廉价的原料用水来代替活性稀释剂稀释低聚物很容易调节黏度可实现无活性稀释剂配方;(2)不用活性稀释剂就没有VOC、刺激性及臭味等问题;(3)可适用各种涂装设备特别对喷涂安全;(4)可避免由于用活性稀释剂所引起的固化体积收缩;(5)可以实现薄涂层涂布降低成本;(6)涂装设备和容器可以用水性清洗液清洗。水性光固化材料除了上述优点外还有一个很突出的优点就是解决了传统固化涂料的硬度和柔韧性之间的矛盾。从分子结构与性能的关系分析只有高相对分子质量的物质才能具有高硬度和高柔韧性。传统光固化涂料不能使用高相对分子质量的低聚物同时加入大量低相对分子质量活性稀释剂因此难以兼顾硬度和柔韧性。而水性光固化涂料的低聚物是高相对分子质量的水性分散体其黏度与高分子的相对分子质量无关而只与固含量有关因而在水性光固化涂料中可以使用高相对分子质量