水性UV樹脂

1·水性UV固化樹脂

水性UV固化樹脂是指在傳統(tǒng)UV固化樹脂的基礎(chǔ)上引入了水性基團(tuán)或鏈段，使樹脂具有一定的親水性和吸水性。常見的水性UV固化樹脂的合成方法有兩種：一種是在傳統(tǒng)樹脂的分子鏈上引入親水性基團(tuán)[如UP（不飽和聚酯）類樹脂]；另一種是與丙烯酸酯反應(yīng)生成水性丙烯酸酯類低聚物[如PUA（聚氨酯丙烯酸酯）、EA（環(huán)氧丙烯酸酯）等]。水性UV固化樹脂具有無溶劑臭味、無毒、無污染、操作方便、殘膠易清理、固含量高和儲運(yùn)安全方便等優(yōu)點(diǎn)，是環(huán)保節(jié)能型UV固化樹脂的發(fā)展方向。

1.1水性UV固化樹脂的分類

低聚物是水性UV固化體系中重要的組成部分。與傳統(tǒng)UV固化樹脂不同，水性UV固化樹脂基體的分子結(jié)構(gòu)中必須含有親水基或親水鏈段，使聚合物具有一定的吸水性。水性UV固化低聚物按基體樹脂不同可分為UP類、PUA類和EA類等。

PUA類的綜合性能相對較好，而EA的耐化學(xué)穩(wěn)定性相對最好。因此，在選擇水性UV固化體系的組分時，預(yù)聚體的選用對最終固化膠膜的厚度、硬度和剪切強(qiáng)度等影響極大。

1.1.1 UP類樹脂

UP樹脂是最早用于光固化涂料的原材料之一。水性UP是指在傳統(tǒng)UP的分子鏈上引入離子型結(jié)構(gòu)單元后制成的離子型共聚酯。離子型基團(tuán)的存在不僅賦予UP良好的水溶性，而且賦予其優(yōu)良的吸濕性和離子電導(dǎo)特性。常用的水性改性劑主要有揮發(fā)性胺、磺酸鹽等（既可單獨(dú)使用，也可復(fù)合使用），其在UP上可產(chǎn)生或引入鹽基（控制UP的酸值或中和度，可制成不同的分散體系），使樹脂具有良好的水溶性和水分散性。

Satpute等在PG（丙二醇）中加入不同比例的MA（馬來酸酐）、PA（鄰苯二甲酸酐），制成了6種不同的端羧基UP。研究結(jié)果表明：在水中用氨作為UP的乳化劑時，制成的涂膜具有極好的穩(wěn)定性，UP乳液的硬度、柔性、耐水性、耐化學(xué)穩(wěn)定性和耐溶劑性等均隨MA含量增加而提高。Jankowski等以3-羥基-1-丙烷磺酸鈉或二羥基丙烷磺酸鈉作為磺酸鹽改性劑，采用共聚法制備出一種含吸水性磺酸基的新型水性UV固化樹脂，其涂層硬度較高，對玻璃和金屬底材具有良好的附著力。

1.1.2 PUA類樹脂

PUA的涂層具有耐磨性好、柔韌性佳、沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度相對較高、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)和黏附性優(yōu)異等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于水性UV固化的低聚物體系。將綜合性能優(yōu)異、價格昂貴的PU（聚氨酯）與丙烯酸酯（廉價、易制備、涂膜豐滿和光澤度好等）共聚后，制得的PUA樹脂兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，相應(yīng)的光固化水性樹脂的使用性能明顯提高。

唐金財?shù)戎苽淞薟SPUA（水性UV固化星型雜臂PUA），并著重探討了星型PU分子臂的軟段組成對WSPUA乳液和UV固化膠膜性能的影響。Asif等以WHPUAs（水性超支化PUA）為預(yù)聚體，制備了相應(yīng)的UV固化樹脂。研究結(jié)果表明：固化WHPUAs的Tg（玻璃化轉(zhuǎn)變溫度）高于固化EB2002（水性丙烯酸酯樹脂）的Tg，并且前者的涂膜強(qiáng)度高于后者。

Rwei等分別研究了兩種水性PUA[HDI（己二異氰酸酯丙烯酸酯）和HMDI（4，4′-二異氰酸酯二環(huán)己基甲烷）]的UV固化動力學(xué)。結(jié)果表明：HMDI中環(huán)己烷的空間位阻效應(yīng)對固化動力學(xué)有負(fù)面影響，故HMDI始終具有相對較低的固化速率常數(shù)。

改性水性UV固化PUA可有效克服傳統(tǒng)UV固化PUA的耐水性差、柔性欠佳等缺點(diǎn)。殷海龍等在PUA鏈段中引入了多種親水基團(tuán)，合成出一種多官能度的改性UV固化WPUA（水性PUA），并發(fā)現(xiàn)改性產(chǎn)品固化膜的綜合性能有所提高。

有機(jī)硅納米復(fù)合改性可進(jìn)一步提高水性UV固化PUA樹脂的綜合性能。Sow等以艷佳固819為光引發(fā)劑，采用水性UV聚合法合成了含氧化鋁和SiO2的PUA納米復(fù)合樹脂。研究結(jié)果表明：氧化鋁和SiO2納米顆粒的引入，有效提高了PUA涂層的硬度，同時不影響涂層和被粘物之間的黏附力。

Qiu等首先采用原位法合成了水性UV固化PUA低聚物；然后以不同的TEOS（四乙氧基硅烷）和GLYMO（3-縮水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷）作為偶聯(lián)劑，采用溶膠-凝膠法制備了水性UV固化PUA/SiO2低聚物。研究結(jié)果表明：該復(fù)合材料有望在高性能水性UV固化樹脂中得到廣泛應(yīng)用。

Chu將水性PUA和水性EA樹脂共混后，進(jìn)行UV固化。該共混物UV固化膜的綜合性能（如相容性、固化速率、光性能和力學(xué)性能等）良好，并且其在涂料、清漆和油墨等方面的應(yīng)用前景非常廣闊。

1.1.3 EA類樹脂

EA是由EP（環(huán)氧樹脂）和丙烯酸酯反應(yīng)而成的：首先在EP中引入不飽和基團(tuán)，再利用EA中的羥基與酸酐（如順酐、偏苯三酸酐和均苯四酸酐等）反應(yīng)引入羧基作為親水基團(tuán)，最后用堿中和（以達(dá)到水分散或水溶等效果）即可。EA可直接用陽離子引發(fā)，也可以與含不飽和鍵的化合物結(jié)合后用自由基引發(fā)，故其作為光固化低聚物的應(yīng)用相對最多。以EA為預(yù)聚體的光固化膜，具有表面光澤度高、硬度大、粘接力佳、耐化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)和耐熱性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

EA樹脂雖具有較高的硬度和剛度，但其仍存在著黏度大、脆性高和柔性欠佳等弊病，故對其改性顯得尤為重要。臧利敏等采用脂肪族EP和丙烯酸酯合成了UV固化EA；然后在分子鏈中引入了羧基，合成出一種新型改性的水性UV固化EA。Xiao等制備出一種水性EA/硅溶膠納米復(fù)合材料，并探討了光引發(fā)劑、固化時間等因素對涂層固化程度的影響。Bao等在超支化PU分子鏈上引入了羥基，與水性丙烯酸酯反應(yīng)后，合成了超支化水性PUA；然后該超支化水性PUA與EA按不同比例混合，經(jīng)UV輻照后固化得超支化復(fù)合UV涂料。該復(fù)合UV涂層的沖擊強(qiáng)度是純EA類UV涂層的2倍。

閔紹進(jìn)等首先合成了水性UV固化EA和另一種EP乳液；然后用EP乳液對水性UV固化EA進(jìn)行改性復(fù)合，得到了一種雙重固化型（UV固化和熱固化）乳液。研究結(jié)果表明：當(dāng)m（水性UV固化EA）∶m（EP乳液）=4∶1時，該固化膜的硬度和耐水性相對最佳。Chang等討論了固化過程對EA類UV固化/PU雙重固化木材涂層的影響。研究結(jié)果表明：與傳統(tǒng)UV固化相比，雙重固化產(chǎn)品所得固化膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、沖擊強(qiáng)度和耐光性等均優(yōu)于傳統(tǒng)的UV固化產(chǎn)品。

1.2水性UV固化樹脂的應(yīng)用

UV固化樹脂已廣泛應(yīng)用于涂料、油墨和膠粘劑等固化體系的預(yù)聚體中。而水性UV固化樹脂作為一種新型、環(huán)保和節(jié)能型樹脂，其各項性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的UV固化樹脂。水性UV固化涂料既可應(yīng)用于紙張上光油、絲網(wǎng)印刷油墨、平版印刷油墨、塑料清漆、罩光清漆和皮革涂料等方面，也可應(yīng)用于光聚合物印刷版、凹印油墨和柔印油墨等應(yīng)用領(lǐng)域（許多高品質(zhì)的印刷油墨都采用多色疊印工藝，只有低固含量的水性UV固化涂料能滿足這一要求），甚至在木器、木材涂飾等方面也有較高的應(yīng)用價值。

1.水性UV樹脂國內(nèi)外生產(chǎn)廠家

環(huán)保趨勢與VOC稅使水性涂料大有可為，作為以水為溶劑的各種水性樹脂的春天也真正到來，在這之前國內(nèi)外各個廠家都有積極籌備與開發(fā)水性UV樹脂，國內(nèi)有UV77A，UV-13，UV-500W等水性UV樹脂廣泛應(yīng)用于皮革、塑料、紙張、木器等高裝飾性要求領(lǐng)域，國外的有7177、7699系列廣泛應(yīng)用于水性木器漆與木地板行業(yè)。

2·結(jié)語

（1）水性UV固化樹脂是近年來發(fā)展較快的一種安全、環(huán)保的新型“綠色樹脂”，在吸收性基材上具有良好的應(yīng)用前景。然而，為保證水分徹底揮發(fā)，以水性UV固化樹脂作為基體樹脂制成的涂層，具有干燥時間相對較長、干燥溫度相對較高以及工藝條件相對苛刻等缺點(diǎn)。

（2）對水性UV固化樹脂進(jìn)行納米復(fù)合改性，可有效改善體系的綜合性能。球狀分子結(jié)構(gòu)的超支化聚合物是一種新型的UV固化水性低聚物，具有終端官能度多、端基反應(yīng)活性大等特點(diǎn)。通過在預(yù)聚體分子鏈上引入親水性基團(tuán)，可有效改善傳統(tǒng)UV固化樹脂的耐水性差、柔性欠佳等弊病。

（3）雙重固化體系將光固化技術(shù)和其他固化技術(shù)相結(jié)合，可有效解決形狀復(fù)雜的物體表面涂膜難以固化等難題。

1、UV樹脂光固化特點(diǎn)：

(1).安全環(huán)保。

(2).生產(chǎn)效率高,基本不受嚴(yán)寒季節(jié)影響,室溫下可快速固化。

(3).成膜性能好,UV上光不僅膜光澤高,平整光滑并具有耐熱,抗水,抗劃傷等性能。

(4).可操作性強(qiáng)。

(5).可采用刷涂.噴涂.輥涂,淋涂等工藝,涂層可厚可薄,對于要求膜厚的制品可多涂幾次。

2、UV樹脂光固化注意：

(1).光固化樹脂不能與其它涂料拼混使用。

(2).嚴(yán)禁加入稀釋劑稀釋。

(3).采用BM型UV光固化樹脂時,最好采用噴涂的辦法。

(4).干凈的工作環(huán)境。

3、UV樹脂光固化中光固化機(jī)特點(diǎn)：

(1).瞬間干燥。

(2).使用壽命長。

(3).該裝置體積小，重量輕，制作精良,特別適合于實驗室和小批量需求。

(4).電功率小，UVLED的功率為60W以下。

(5).多種燈管/濾光片組合方式可供選擇。

(6).操作結(jié)束時發(fā)出聲音信號，自動定時功能;

(7).電子累時器記錄UVLED使用時間。

(8).優(yōu)化的反光鏡幾何形狀可以得到最佳的照射面。2100433B