一、水性UV光固化简述

1.常规光固化涂料与水性UV光固化的比较

2.水性UV存在的难点共同存在的难题：氧阻聚作用或有色体系引起固化不完全。

（1）水的蒸发热高（40.6KJ/mol）

---预干燥能耗大、时间长、效率降低（嘉宝莉公司在年初推出的“微波红外耦合干燥技术”成功解决了水性漆干燥问题。）

---易引起吸收性基材的收缩变形（纸张、层压板等）

（2）水的表面张力大（72.8mN/m）

---不易润湿基材，易引起涂布不均（缩孔、气泡等弊病）

---对颜料润湿性差，影响分散

（3）需添加某些助剂，产生一定量VOC

---助溶剂（增加溶解度，提高稳定；降低粘度，改善流平）

---防冻剂（水的凝固点较高（0℃），防止低温时凝固）

---防霉剂（避免水性体系易滋生霉菌）

（4）体系的稳定性较差

---对pH较敏感；长时间储存过程中易出现沉淀

（5）光泽及硬度较低、耐水性和耐洗涤性较差等性能缺陷

3.水性UV光固化发展历程

水性UV涂料一般由水性低聚物、光引发剂、助剂和水组成。

就乳化方式来说，水性UV的发展可分为三个阶段：

（1）第一代 外乳化型

（2）第二代 非离子基自乳化型

（3）第三代 离子基自乳化型

二、水性UV光固化聚氨酯

1.分类

UV光固化根据所引入的离子基团（亲水扩链剂）不同，可分为三大类：

（1）阴离子型 （最主要）

a.羧酸型（-COOH）：二羟甲基丙酸, 酒石酸等二元羧酸扩链剂；或二羟基半酯，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）与二元酸酐反应得到含羧基的二羟基化合物，所述酸酐有马来酸酐、苯酐、丁二酸酐、戊二酸酐等；

b.磺酸基（-SO3H）：1,4-丁二醇-2-磺酸钠, 乙二胺基乙磺酸钠等，磺酸盐的强离子特性，不需挥发性胺类中和剂和有机共溶剂，即可使合成的PUA 很容易分散于水中。中和剂（成盐剂）一般为氨水或叔胺，如三乙胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、丁基乙醇胺等。

（2）阳离子型

有氨基、季铵基等，可选择的离子化基团范围较窄，一般在主链中引入叔胺基团，然后季胺盐化，从而达到聚氨酯丙烯酸可在水中稳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团扩链剂，所使用中和剂（成盐剂）一般为盐酸、乙酸或环氧氯丙烷等烷基化试剂。

（3）非离子型

分子链中由含氧基团组成的醚基/羟基/羧酸酯、嵌段聚醚（如聚乙二醇链段）和醛基等亲水基团时，水溶性也会有一定的提高，甚至达到水溶性，但一般与离子型一起使用，组成混合型聚氨酯水性体系。

根据外观类型也可分为三类：

（1）水溶液型 、（2）分散液型、（3）乳液型

2合成中溶剂的使用

在聚氨酯预聚物合成过程中，有时需要加入少量有机溶剂，以降低粘度，利于预聚体的分散，及后期乳化得到稳定的微细粒径乳液，该方法即为通常所说的丙酮法。

可采用的溶剂有丙酮、甲乙酮、二氧六环、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮（有基因毒性）等水溶性（亲水性）有机溶剂和甲苯等憎水性溶剂。考虑到成本、操作性等因素，最常用的是丙酮和甲乙酮。

一般来说，在制备出稳定的乳液后，可通过减压蒸馏除去低、中沸点溶剂，减少乳液中溶剂的残留和气味。若溶剂用量很少，可不必除去。水性聚氨酯干燥时，残留的少量低沸点溶剂的挥发可加快胶膜的干燥时间，而少量高沸点溶剂的存在可使胶膜平滑，这在涂料工业中较常用。

3.主要合成路线

4.聚氨酯丙烯酸酯接枝丙烯酸酯杂化体系

近年来，UV光固化利用丙烯酸酯体系与聚氨酯体系进行接枝改性，得到化学杂化体系，使性能上有较好的互补甚至协同的效果，显示出了较好的应用前景。

该类型树脂多数用HEMA或GMA和其它丙烯酸酯单体共聚，得到含羟基或环氧基的丙烯酸酯低聚物，再与聚氨酯半加成物接枝改性，或与未经中和的羧酸型聚氨酯低聚物反应，最终引入丙烯酰基，反应式分别如下：

（1）杂化体系1

（2）杂化体系2

UV光固化在绿色环保的大环境下，UV光固化涂料工业对VOC限制逐年严格，同时，在保持涂料的高性能和市场竞争力等多重因素促进下，高性价比的水性UV涂料陆续面向市场，必将得到极大的推广。

预计未来在家具木器漆、汽车内饰涂料、皮革涂饰、塑胶罩光和印刷油墨等领域，水性UV树脂将会得到空前的发展。