一、 水性UV涂料的概述 

中文全称：水性聚氨酯紫外光固化涂料。  

UV就是紫外线(Ultra-Violet Ray)的英文简称. 工业用的UV波长以200nm 到450 nm为其应用范围。用UV 来照射"UV 照射可硬化的材料" 而使它硬化的制程, 我们称之为"UV Curing Process" .UV涂料可通过浸涂、淋涂、漆涂、旋涂，甚至真空涂等方法涂布后，再经紫外线光子照射而固化成膜。顾名思义，UV涂料的固化是和UV光的照射分不开的。这种技术起源于70年代的国际涂料市场，是一种全新的绿色技术。利用该技术生产的紫外光固化涂料，简称UV涂料。20世纪末，UV固化涂料开始流行于西方、日本等地，是一种代表时尚的涂料品种。最早应用于手机、DVD、随身听外壳的表面涂装处理，后来其应用领域现进一步扩展到化妆品、电视机及电脑等家用电器领域。  

 水性UV光固化涂料具有不含挥发性有机化合物（VOC），对环境污染小，固化速度快，节省能源、固化产物性能好、适合于高速自动化生产等优点。而传统涂料易挥发、固化速度慢，不利于环境保护。因此，水性UV涂料是传统涂料的主要替代品。

二、水性UV涂料的组成 

水性 紫 外 光(UV) 涂料一般由齐聚物、光引发剂、稀释剂(水)和其他助剂组成。水性UV固化涂料不含单体，仅以水作稀释剂，因此基体树脂的结构决定光固化膜的基本性能。光引发剂对光固化过程起着重要作用，也影响着固化膜的最终性能。

三、 水性UV涂料的制备 

以５５％～６５％的丙烯酸酯乳液，１.０％～１.５％的光引发剂，１０％～１５％的填料，２.０％～３.０％的增稠剂，２％～５％的助剂用量，８％～１０％的异丙醇，１０～１５％的去离子水。制备时：先将水、异丙醇、１／３的丙烯酸酯乳液加到搅拌釜中，然后加消泡剂、润湿剂、流平剂、分散剂及用水稀释的增稠剂，调至适当黏度时，在高速搅拌下缓慢加粉料和滴加光引发剂，在１０００ｒ／ｍｉｎ下高速分散３０分钟以上，然后在６００ｒ／ｍｉｎ下将剩余的乳液加入到釜中，加入剩余的增稠剂调节体系黏度。 

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，光引发剂吸收辐射能后分裂成自由基，引发预聚物发生聚合、交联接枝反应，在很短的时间内固化成三维网状高分子聚合物，其典型的固化过程如下： 光源 ——光引发剂 —— 自由基不饱和单体及预聚物——高分子固化膜。

五、 水性UV涂料的优点 

1、可以实现很薄的涂层，降低成本; 

2、可以通过添加水和增稠剂来调节体系的流变性能和粘度; 

3、由于不含单体，可以降低固化膜的收缩，有利于提高膜对底材的附着力; 

4、不含挥发性有机物，不易燃、不易爆。特别适合喷涂; 

5、涂布设备易于清洗，有利于保护环境，保护生态; 

6、对于不耐有机溶剂的底材，能保证其稳固的附着力等。

六、水性UV涂料的应用 

由于 水 性 光固化涂料的优点突出，目前其主要应用于家具和木材的涂饰及电子产品上等。应用领域还在不断扩大，在丝网印刷油墨、凹版、柔性版、平版印刷油墨、抗蚀剂、木材涂料、塑料清漆、罩光清漆和胶粘剂等方面得到迅速发展. 七、水性UV涂料的不足 

1、体系中存在水，光固化前，大多需进行干燥除水，而水的高蒸发热导致能耗增加，也使生产时间延长，生产效率下降； 

2、水的高表面张力不易浸润基材，易引起涂布不均；对颜料润湿性差，影响分散； 

3、固化膜的光泽度 较低，耐水性和耐洗涤性较差； 

4、水性UV涂料的原材料价格较贵 ，导致其最终价格也比较贵； 

5、体系的稳定性较差，对pH较为敏感； 

6、水的凝固点0℃较高，在运输和储存过程中需添力Ⅱ防冻剂；

7、水性体系容易滋生 霉菌，需用防霉剂，使配方复杂化。

七、水性UV涂料的固化干燥机理

水性UV涂料主要是由预聚物（水基光固化树脂）、光引发剂、颜料、胺类物质、水、助溶剂和其它添加剂等配制而成。其干燥固化结合了UV光固化和水性涂料渗透蒸发二种干燥形式，具体说主要有两种干燥方式：水性体系的预挥发干燥和紫外光固化。

1.预挥发干燥机理

预干燥是光固化之前必须有的一道工序，不进行预干燥将导致光固化的最终结果不理想。在水性UV涂料的制造过程中，水基光固化树脂通过添加一种碱或者酸使其变成羧酸盐才能溶于水，其中通过加氨水使其成盐的反应可示为：R-COOH+NH→R-COO+NH（水溶性）反过来输纸，在预干燥过程中发生的反应是：

R-COO+NH→R-COOH（水不溶）+NH↑

2．光固化成膜机理

UV固化水性材料的固化是指在紫外光的照射下，光引发剂吸收紫外光的辐射能后分裂成自由基，引发预聚物发生聚合、交联接枝反应，在很短的时间内固化成三维的网状高分子聚合物，得到硬化膜发展史，实质是通过形成化学键实现化学干燥。其固化过程一般可分为四个阶段：①光与光引发剂之间相互作用，它可能包括对光的吸收和光引发剂之间的相互作用；②光引发剂分子发生重排，形成自由基中间体；③自由基与齐聚物中的不饱和基团作用引发链或聚合反应；④聚合反应继续，液态的组分转变为固体聚合物。

八、影响水性UV涂料固化干燥的因素

影响水性UV涂料固化干燥的因素很多，本文只对其主要的影响因素进行讨论总论，这些因素有以下几方面：

1．水性体系的预干燥对光固化的影响

固化前的干燥条件对固化速度的影响很大，不干燥或干燥不完全时，固化速度较慢，且随曝光时间的延长，胶凝率无明显提高。这是因为过度包装，尽管水对抑制氧的阻聚作用有一定的效果，但是这只能使墨膜表面迅速固化，只达到表干，而不能达到实干。由于体系内含有大量的水，体系在一定温度下固化时标准及认证，随着墨膜表面水分的迅速挥发，墨膜表面迅速固化，膜层里面的水则难以逸出，大量的水残留在墨膜中，阻止了墨膜的进一步固化打样，固化速度降低。另外，UV照射时的周围温度对UV涂料的固化有很大的影响。温度越高，固化性越好。因此施行预热的话，涂料的固化性会增强，附着性更好。

2．水性UV固化树脂对光固化的影响

水性UV固化树脂要进行自由基光固化软包装，这就要求树脂分子必须带有不饱和基团，在紫外光的照射下，分子中的不饱和基团互相交联，由液态涂层变成固态涂层。通常采用引入丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基醚或烯丙基的方法，使合成的树脂具有不饱和基团认证，从而可以在合适的条件下进行固化，丙烯酸酯由于其反应活性高而经常被使用。对于自由基型紫外光固化体系，随分子中双键含量的增加，涂膜的交联速度会增大，固化速度将加快。而且不同结构的树脂对固化速度影响不同软包装，各种官能团的反应活性一般按以下顺序升高：乙烯基醚<烯丙基<甲基丙烯酰基<丙烯酰基。因此一般以引入丙烯酰基和甲基丙烯酰基为主，使树脂具有较快的固化速度。

3．颜料对水性UV涂料光固化的影响

作为水性UV固化涂料中非光敏性的组分，颜料与引发剂竞争吸收UV光，这在很大程度上影响到UV固化体系中体系的固化特点。由于颜料能够吸收一部分辐射能量，这将会影响到光引发剂对于光的吸收设备维护与保养，并进而影响到能够生成的自由基的浓度，结果会降低固化速度。各色颜料对不同波长的光线有不同的吸收率（透光率），颜料的吸收率越小，透光率越大，涂层的固化速度越快。炭黑的紫外线吸收能力较高出版，固化得最慢，白色颜料反光性强，也妨碍了固化。一般而言，对紫外光的吸收顺序为：黑色>紫色>蓝色>青色>绿色>黄色>红色。

相同的颜料的配比浓度不同，对墨膜固化速度的影响是不同的。随着颜料用量的增加出版动态，墨膜的固化速率均有不同程度的下降。其中黄色颜料的用量对墨膜的固化速率影响最大，其次为红色颜料、绿色颜料。由于黑色对紫外光的吸收率最大，使得黑墨的透光率最低，所以其用量的变化对墨膜的固化速率反而没有明显的影响。当颜料的用量过大时，墨膜表层的固化速率虽快晒版，但是表层的颜料吸收大量紫外光，降低了紫外光的透光率，影响深层墨膜的固化，导致了墨膜表层固化而底层不固化，易产生“皱皮”现象。

4．光引发剂对水性UV光固化的影响

光引发剂的作用是在其吸收紫外光能后排版，经分解产生自由基，从而引发体系中不饱和键聚合，交联固化成一整体。光引发剂的性能是水性光固化体系能否顺利聚合固化的关键。根据不同的引发剂有一个最大的吸收波长的原理，在选择光固化引发剂的时候应该使得光引发剂的吸收紫外线的波长区正好在颜料非吸收区或是微吸收区（颜料有一个适于引发剂吸收的波长窗口），即颜料的最大透过的波长区应与自由基引发剂的吸收波长区能重合。另外光引发剂的吸收波峰应尽可能与光源发射的主波长相近。

光引发剂必须具有与水性光固化体系一定的相溶性以及低的水蒸气挥发度评奖，以使光引发剂得以发散，有利于得到满意的固化效果。否则，在干燥的过程中，光引发剂会随着水蒸气一起挥发掉，降低引发剂的效率。不同的光引发剂烟草包装，具有不同的吸收波长，它们的配合使用可充分吸收不同波长的紫外线，提高紫外光辐射量的吸收，从而大大加快墨膜的固化速率。所以可以通过多种光引发剂的配合使用，并调整各种光引发剂的配比以获得固化速率快且性能优异的墨膜。体系中复合光引发剂的含量要适量显影，过低不利于同颜料的吸收竞争；过高光线不能顺利地进入涂层。涂料的固化速度开始时随着复合光引发剂的增加而增加，但当复合光引发剂量增加到一定值时，再增加其含量，固化速度反而会下降。

5．UV光源、辐照距离和光固化时间的影响

UV光源辐射的是一个波段内的光，且各波长光的能量分布是不一样的。其中波长为300nm～310nm模切烫印压痕，360nm～390nm的光的能量分布是较好的，波长位于UV-A区域约360nm效果最佳。为使固化体系达到最佳的组合，UV光源的选择既要考虑体系所含颜料的UV光的吸收特性，同时又要兼顾到引发剂的UV吸收特性。

在水性UV涂料的干燥固化过程中，辐照距离和光固化时间也会对光固化产生影响。辐照距离越近秋山国际，光照越强，光引发剂生成自由基的速度越快，引起聚合的双键数目越多，树脂的交联程度也就越高，墨膜的固化速度就越快金属包装，反之越慢。水性UV涂料的光固化还必须有一个合适的光固化时间，时间太短，涂料的固化不完全，当达到一个合适光固化时间时，固化膜的拉伸强度达到最大惠普，继续增加光固化时间，固化膜的拉伸强度反而下降，并且固化树脂出现黄变现象。

文章来源：鲁班园

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