近年來，隨著世界經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開始注重使用無毒、無污染的環(huán)保型涂料。2018年4月國家環(huán)保部通過了《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》，必須全面加強揮發(fā)性有機物VOCs污染的防治工作。對于涂料企業(yè)現(xiàn)需要重點調(diào)整和開發(fā)的方向為：一、工業(yè)涂裝VOCs綜合整治，推廣采用輥涂涂裝工藝代替噴涂工藝，加強廢氣收集與處理，有機廢氣收集率不低于90%，并配套建設(shè)溶劑回收、催化燃燒等高效治理設(shè)施；二、有序開展生活源VOCs污染防治，加快推廣低揮發(fā)性產(chǎn)品，全面推廣使用水性涂料、粉末涂料、高固體分涂料、無溶劑涂料、輻射固化涂料(UV涂料)等環(huán)境友好型綠色涂料；三、全面加強標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，從源頭減少VOCs排放。

作為快速發(fā)展的“綠色”新技術(shù)，光固化已成為輻射固化技術(shù)的重要一種。光固化涂料又稱光敏涂料，是以自然光中的紫外光為涂料固化激發(fā)能源，因此又稱紫外光固化涂料。此涂料在施工過程中不需加熱，環(huán)境溫度在-15℃時仍可正常施工，涂敷后迅速固化成膜。

光固化涂料主要由環(huán)氧樹脂、光敏劑(光引發(fā)劑)和稀釋劑組成，輔助加入一些調(diào)節(jié)劑，如熱穩(wěn)定劑、流平劑、消泡劑、制備色漆時加入顏料和填料等。環(huán)氧樹脂是經(jīng)過與一般帶有不飽和鍵的低分子量樹脂，如不飽和聚酯、丙烯酸系低聚物復(fù)合或混合而成;光敏劑(光引發(fā)劑)為易吸收紫外光產(chǎn)生活性自由基的化合物，如苯基烷酮類、安息香烷基醚類；稀釋劑的主要作用是降低涂料混合粘度，同時也參加固化成膜，即為活性稀釋劑，如苯乙烯、丙烯酸酯等。

光固化涂料優(yōu)點是固化成膜時間短(幾分之一秒到幾分鐘)、固化需求的環(huán)境溫度低（在-15℃時仍可成膜）、揮發(fā)分低（沒有易揮發(fā)組分），是節(jié)省能源和資源、無公害、高效率的涂料新品種。其缺點是，自由基型光固化涂料固化過程中涂層內(nèi)部受氧氣阻抑，造成表面或局部固化不良。針對此問題，燕園眾欣研究開發(fā)了離子型光固化涂料，以雙酚A型環(huán)氧樹脂(E-51),乙二醇二縮水甘油醚(EPG-669),聚己內(nèi)酯二元醇(Polyol-0201)和三芳基锍鎓鹽(Ar3S+SbF6-)作為組分制備了一種陽離子型紫外光固化涂料，對該紫外光固化涂料的貯存穩(wěn)定性以及它的光固化膜的拉伸性能,柔韌性,鉛筆硬度進行了研究。實驗結(jié)果表明該紫外光固化涂料在暗處貯存穩(wěn)定性好,且紫外光固化膜性能較佳，其紫外光固化膜的拉伸強度為46.25MPa,楊氏模量為1487.26MPa,斷裂伸長率為6.27%。

光固化原理：傳統(tǒng)的涂料固化通常是通過加熱（或吸熱）原理即物理干燥的方法除去高分子溶液中的易揮發(fā)（或低沸點）溶劑，得到硬化的漆膜，一般的硬化時間都要超過1小時，漆膜完全固化甚至要超過7天。

光的透過和吸收光是具有特定頻率（波長）的電磁輻射。紫外光是波長為40~400nm的光，分為真空紫外（＜200nm）、中紫外（200~300nm）和近紫外 （300~400nm）。在光化學(xué)研究和光固化應(yīng)用中有實際意義的是中紫外和近紫外區(qū)的紫外光，通常細分為 UVA（315~400nm）、UVB（280~315nm）和 UVC（200~280nm）三個波段。一般的光固化體系中應(yīng)用較多的是UVA和UVB，集成電路制作的光刻技術(shù)中則用到UVC段甚至更短波長的光。

通常所講的光固化過程是指液態(tài)樹脂經(jīng)光照后變成固態(tài)的過程，所涉及的光固化反應(yīng)大多數(shù)是光引發(fā)的鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)。光固化涂料通常是從液體樹脂變成固態(tài)干膜，因而其所經(jīng)歷的光化學(xué)過程基本上是鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)，通過聚合使體系的分子量增加，并形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而變成固態(tài)干膜。光引發(fā)聚合反應(yīng)主要包括光引發(fā)自由基聚合、光引發(fā)陽離子聚合，其中光引發(fā)自由基聚合占大多數(shù)。

光引發(fā)自由基聚合反應(yīng)：通常包括引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終止過程，與傳統(tǒng)的熱引發(fā)自由基聚合的差別在于引發(fā)的機理不同，后者是利用熱引發(fā)劑受熱分解得到具有引發(fā)活性的自由基，而前者則是利用光引發(fā)劑的光解反應(yīng)得到活性自由基。具體的聚合過程如下。

光引發(fā)劑 （PI）在光照下接受光能從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)（PI*），進而分解成自由基,與單體（M）的碳碳雙鍵結(jié)合，并在此基礎(chǔ)上進行鏈?zhǔn)皆鲩L，使碳碳雙鍵發(fā)生聚合。其中伴隨著增長鏈上的自由基的轉(zhuǎn)移和終止。例如常用的光引發(fā)劑１-羥基-環(huán)己基苯酮HCPK，其光解反應(yīng)如下式所示：

自由基光固化體系是光固化涂料中應(yīng)用最廣泛的體系，優(yōu)點是固化速度快，原料價格相對低廉，但該體系存在收縮大、氧阻聚等問題，尤其是后者，常常是配方設(shè)計中必須克服的問題。在實際生產(chǎn)中采用浮蠟法、覆膜法、強光輻照法等物理方法及添加氧清除劑、采用Ⅰ型和Ⅱ型光引發(fā)劑配合的化學(xué)方法等。雖然這些方法能夠解決自由基光固化體系產(chǎn)生的部分問題，但仍存在體系的儲存穩(wěn)定性較差、體系固化產(chǎn)物容易產(chǎn)生黃變、受光源質(zhì)量和輻照光強度的影響嚴(yán)重等根本無法解決的問題。

燕園眾欣涂料研發(fā)團隊深入分析光固化需求條件的反應(yīng)機理，采用光引發(fā)陽離子聚合，并將三種低聚合物有效混溶成同一體系中，利用陽離子光引發(fā)劑在光照下產(chǎn)生的質(zhì)子酸催化環(huán)氧基的開環(huán)聚合或富電子碳碳雙鍵，形成陽離子聚合體的相互交聯(lián)體系。以碘鹽陽離子光引發(fā)劑為例，其光解過程以及光解結(jié)果產(chǎn)生酸性很強的 HPF6，可令環(huán)氧基團發(fā)生開環(huán)聚合，簡單地可以用下式表示：

燕園眾欣的陽離子光固化體系的最大優(yōu)點是沒有氧阻聚的問題，另外因為固化收縮較小而黏附力較強，尤其適合用作光固化膠黏劑。燕園眾欣的研發(fā)人員經(jīng)過大量試驗終于發(fā)現(xiàn)價格比較低廉且固化速度非?？斓年栯x子光引發(fā)劑，大大降低材料成本，使得陽離子光固化體系的應(yīng)用推廣成為行業(yè)技術(shù)革命的領(lǐng)航者。

UV固化則是利用太陽光中紫外光的輻射能量引發(fā)涂料中的小分子低聚體或單聚體及作為活性稀釋劑的單體分子之間的發(fā)生快速聚合及交聯(lián)反應(yīng)，不需要熱能和不產(chǎn)生熱量，得到硬化漆膜，成膜時間極短(幾分之一秒到幾分鐘)且完全固化并于基材緊密融合成一體而形成強附著力，實質(zhì)上是通過化學(xué)鍵之間結(jié)合形成質(zhì)變而實現(xiàn)化學(xué)干燥，因此保證了涂料中各組分能夠很好的均勻分散和涂層形成穩(wěn)定而堅硬的附著覆蓋保護。

UV光固化涂料硬化條件剖析圖

UV光固化涂料成膜示意圖

UV光固化涂料硬化示意圖

根據(jù)研發(fā)工藝需求，燕園眾欣選用德國先進的高精度電磁滾動式混合機，能夠精準(zhǔn)控制設(shè)備的轉(zhuǎn)數(shù)和溫度，減少生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，保證了各種物料的均質(zhì)混合，最大程度阻止了體系中無效副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

光固化聚硅烷光纖涂料是光纖保護涂料的一種。光纖的保護性涂層，對光纖的力學(xué)強度及信號傳輸性能具有非常重要的影響。因此對于主要用于通訊工程的光纖來說，滿足光纖成纜工藝要求并盡可能不增加對光纖的傳輸損耗，是選擇和設(shè)計光纖涂料所必須加以考慮的重要內(nèi)容。以光固化聚硅烷光纖涂料的生產(chǎn)工藝為例，按以下步驟操作進行：

①   低聚物體系的合成

以苯系溶劑做反應(yīng)介質(zhì)，加入0.4 %-1.0 %的N,N-二甲基芐胺做催化劑，0.1%對羥基苯甲醚做阻聚劑，使1000Kg環(huán)氧聚硅氧烷與370Kg丙烯酸于100-110℃在3000rm/min轉(zhuǎn)速、壓力10MPa下混煉反應(yīng)16h，然后進行減壓蒸餾，除去溶劑和揮發(fā)物，得淡黃色膠液1340Kg(25℃黏度3000-4000mPa·s)，即為涂料前驅(qū)體--低聚物體系，在室溫下避光保存?zhèn)溆谩?/span>

②   涂料的配制

向低聚物體系倉內(nèi)加入5%的光引發(fā)劑--安息香酸乙醚、適當(dāng)?shù)念佁盍系冗M行均質(zhì)混合，保持體系溫度在55-65℃、1500rm/min轉(zhuǎn)速下混合3h，即可得到均勻穩(wěn)定的光固化聚硅烷光纖涂料。

相對于其他應(yīng)用來說，光固化涂料的技術(shù)門檻較高，最主要的原因是如何解決氧阻聚問題是目前行業(yè)存在的突出難題，但將此技術(shù)應(yīng)用于涂料行業(yè)是光固化技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。

根據(jù)相似原理，燕園眾欣的研發(fā)者將離子型光固化的原理引入水性樹脂骨架中進行聚合，用反離子中和分子鏈上的離子，得到的水性復(fù)合樹脂體系具有很好耐剪切和強穩(wěn)定性。將此水性復(fù)合樹脂用于涂料體系進行配制，即可得到均勻穩(wěn)定的光固化水性涂料，是目前技術(shù)最先進的第四代光固化水性涂料改良方案（第一代光固化水性涂料--外乳化型；第二代光固化水性涂料--非離子基自乳化型；第三代光固化水性涂料--與水分散樹脂液混合；第四代光固化水性涂料--離子基自乳化型）。

光固化涂料的優(yōu)點總結(jié)如下：

1、固化速度快（0.1～10秒完成固化），幾乎是瞬間成膜，大大縮短操作工時，因而生產(chǎn)效率高，適合流水線生產(chǎn)，產(chǎn)品涂裝完成后，可立即碼垛裝載及進行下步工序施工，節(jié)省場地與空間。

2、能源利用率高，節(jié)省能源，耗能約為熱固化涂料的1/5～1/10，基本無溶劑排放，既安全，又不污染環(huán)境。涂料體系物質(zhì)幾乎是100％轉(zhuǎn)化成涂膜，可涂裝對熱敏感的基材（如木材、塑料、紙制品、紡織品、皮革等）和熱容量大的物體（如厚金屬板、混凝土等）涂層性能優(yōu)異，如高光澤、高硬度、耐化學(xué)藥品性好等涂裝設(shè)備體積小，占地面積少，投資低。

3、光固化油性涂料中不含VOCs，也不必借助活性稀釋劑來調(diào)節(jié)黏度，可解決VOCs的排放及毒性、刺激性的問題，對環(huán)境友好無污染，對人體健康無影響。光固化水性涂料以水作稀釋介質(zhì)，廉價易得，不易燃，安全、無毒。

4、可用增稠劑或水方便地控制流變性，適用于輥涂、淋涂、噴涂、浸涂等各種涂裝方式，施工簡單易操作。

5、漆膜性能好，豐滿度及光澤度尤其突出，具有良好的抗摩擦、抗溶劑、抗撕裂、抗污染性能。

6、光固化前可指觸，可堆放和修理，可避免由活性稀釋劑引起的固化收縮和氧阻聚現(xiàn)象。

7、設(shè)備、容器等易于清洗。

基于光固化涂料的節(jié)能環(huán)保、涂層性能優(yōu)異的特點，符合當(dāng)前人們環(huán)保意識不斷增強的需求和對滿足材料特性的需求，被廣泛用于眾多行業(yè)領(lǐng)域，市場規(guī)模不斷擴大，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，并逐步替代傳統(tǒng)的熱固化涂料，目前已成為多個領(lǐng)域的重要功能性材料。在國外，UV固化涂料已廣泛應(yīng)用于建筑涂料、工業(yè)涂料、體育用品、電子通訊、包裝材料和汽車等不同領(lǐng)域。我國光固化領(lǐng)域發(fā)展速度更加驚人，每年都以20%～30%的速度增長。在各個領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，尤其是需要快速裝配的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,例如工程穿越、石油石化裝備防護、LCD 制造業(yè)、照相機等光學(xué)產(chǎn)品制造業(yè)、手表制造業(yè)、蜂鳴器、手機按鍵的裝配、電子線路板的制造、偏光部件的制造等部件制造。在日用品領(lǐng)域,例如玻璃家具的制造、玻璃工藝品的組裝、玩具等裝飾品的組裝上也普遍使用UV 膠，甚至傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)也在大量使用UV 膠進行裝配,例如磁電機的裝配。因此，被譽為“21 世紀(jì)的綠色涂料”，將成為未來表面涂料發(fā)展的主流。

景預(yù)測報告》數(shù)據(jù)顯示，2015年全球紫外光固化涂料市場價值約為50.3億美元，預(yù)計到2019年將有望達到75.9億美元，年復(fù)合增長率約為10.5%。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2015年我國輻射固化市場需求量為20.8萬噸，統(tǒng)計到2018年需求量已達到 34萬噸，復(fù)合年增長率18%。

全球紫外固化涂料市場規(guī)模圖表（億美元）

我國輻射固化涂料市場需求規(guī)模圖表（萬噸）

全球光固化涂料占工業(yè)涂料的市場份額為1.7%-2.0%，歐洲的比例約4%，而我國光固化涂料僅占到工業(yè)涂料市場份額的0.5%，遠低于全球平均水平和歐洲發(fā)達國家水平。隨著我國對環(huán)保要求的日益趨嚴(yán)，光固化技術(shù)憑借其環(huán)境友好、資源節(jié)約的特點，滲透率勢必得到提