水性光固化涂料的研究进展.doc

紫外光固化涂料以其固化速度快、节能、生产效率高、涂层性能好等优点 , 近 20 多年来获得广泛应用 [ 1 ～ 3 ] 。但随着紫外光固化涂料的迅猛发展 , 其自身的一些弊端日益暴露出来 : 如反应性稀释单体及其他多官能丙烯酸酯 (MFAs) 等含有挥发性有机化合物 (VOC) 组分 , 对环境及人体健康有一定的损害 [ 4 ] ; 有些光引发剂的分解产物不符合环保要求 , 带来卫生、安全隐患并影响固化膜的使用性能 , 所以迄今为止没有一项 UV 光固化涂料产品得到美国食品和药物 HYPERLINK /books13___aB9aDCaC0aEDaBDaF0aC8aDA \t _blank 管理局 (FDA) 的许可。虽然单纯采用官能化低聚物可配制出 100 % 固含量的光固化涂料 , 以消除 VOC 的影响 , 但由于其粘度对分子量的依赖关系 , 体系粘度太大 , 且难以调节和控制 , 故 100 % 固含量的光固化涂料在性能和使用上都受到很大限制。所以 ,UV 光固化涂料 HYPERLINK /Technology/ \t _blank 技术的总的发展趋势是以水代替反应性稀释剂。水性光固化涂料继承和发展了传统 UV 固化技术和水性涂料技术的许多优点 , 诸如低成本、低粘度、良好的涂布适应性、 HYPERLINK /news/equipment/ \t _blank 设备易于清洗、无毒性、无刺激性、不燃性等。由于水性 UV 固化体系的优点突出 , 近十年来得到较快的发展 [ 5 ,6 ] , 目前已有不少产品面世 [ 7 ,8 ] 。 1 　水性光固化涂料的特点 与传统的 HYPERLINK /news/stuff/impregnant/ \t _blank 溶剂型 UV 光固化涂料技术相比 , 水性 光固化涂料主要有如下优点 : 不必借助活性稀释剂来调节粘度 , 可解决 VOC 及毒性、刺激性的问题 ; 易于得到光固化前的无粘性干膜 , 尤其对以中、高分子量聚合物为基料的涂料 , 保证了固化膜的光洁度 , 简化了防尘操作 ; 可降低固化膜的收缩率 , 尤其对以中、低分子量聚合物为基料的体系 , 有利于提高固化膜对底材的附着性 ; 可得到薄膜型固化膜 ; 固化前干膜的机械刮伤易于修补 ; 可用水或增稠剂方便地控制流变性 , 便于喷涂 ; 设备、容器等易于清洗 ; 降低了涂料的易燃性。 2 　水性光固化涂料分类及特性 水性光固化涂料的分类方法很多 , 最常见的是将其分为水溶性和水分散性两大类 , 也可按是否含 MFAs 和固含量高低分类 [ 9 ] 。 高固含量的水溶性光固化体系固含量可达 90 % 以上 , 体系中的少量水分可用以降低体系的粘度。低固含量的水溶性光固化体系目前主要用于印刷工艺。水分散性光固化涂料体系主要是指 HYPERLINK /news/stuff/latex/ \t _blank 乳液分散体系 ( 包括外乳化型和自乳化型 ), 有时也指水溶胶分散体系 , 基料 HYPERLINK /news/stuff/rosin/ \t _blank 树脂上带少量亲水基团 ( 离子型或非离子型 ) 。相对于水溶性光固化涂料 , 乳液型光固化涂料固化膜的耐水性较强 , 应用前景较好。 对含有 MFAs 的水性光固化涂料 , 通过仔细选择 和设计各组分 , 能够得到所期望的固化膜性能。采用 MFAs 与某些廉价的基料树脂 ( 如官能化的丙烯酸树脂乳液 ) 配用 , 固化膜的综合性能提高。使用 MFAs 往往能改善涂膜性能 , 降低产品成本 [ 10 ] 。 MFAs 的分子量较小时 , 其挥发性高 , 刺激性强 , 一旦在体系中用量较大时 , 则水性光固化涂料的低 VOC 优势将丧失。 可以考虑选用某些低挥发性或低毒性的 MFAs [ 11 ] 。 3 　水性光固化涂料的应用领域 水性光固化涂料的应用领域正在不断扩大 , 它可用作塑料清漆、罩光清漆、光聚合物印刷版、丝网印刷油墨、凹版及平版印刷油墨等 [ 8 ] 。许多高品质的印刷油墨都采用多色叠印工艺 , 低固含量的水性光固化涂料能够满足这一要求。另外 , 水性光固化涂料在木器、木材涂饰方面有较高的应用价值 [ 12 ] 。 4 　水性光固化涂料的组成 水性光固化涂料的组成大体上包括不饱和官能化基料树脂、表面活性剂或其他分散稳定剂、光引发剂、 MFAs 及湿润剂、流平剂、填料等 , 着色涂料还包括颜料。 4 . 1 　基料树脂 涂料最终固化膜的性能主要由基料树脂决定。水性光固化涂料的基料多以常用树脂进行不饱和官能化而得。常用基料树脂有如下几类 [ 13 ] : (1) 不饱和聚酯 M. J . Dvorchak 等人 [ 14 ] 报道了