水性UV 涂料的组分主要是含有丙烯酸类或其它不饱和双键的可溶于水或分散于水中的树脂,按树脂在水中的存在形式可以分为以下三大类:

乳液：这类UV 树脂往往是由无水的不饱和聚酯或丙烯酸酯类直接形成，通常需要加入1~2 种乳化剂。

水分散体型：与乳液相比，UV 树脂在水分散体中的分散颗粒更小，并且树脂的相对分子质量也更高。这使得采用这类树脂的水性UV 涂料往往在UV 固化前(水蒸发后)就可以形成表干的涂膜。在光引发后获得高度交联的涂层。

水溶型：这类UV 树脂只能与少量水互溶,过量的水使得它成为混浊絮凝状，导致无法操作加工。

在上述3 种树脂中，前两种其实都不是水溶性树脂，只是树脂颗粒以不同状态分散于水中，这可以大大降低树脂中所需亲水性基团的数量，使固化后的涂膜有更好的耐水性，不会对水敏感。

基本信息

• 中文名称：水性UV树脂
• 外文名称：Waterborne UV resin
• 应用领域：涂料油墨

水性UV固化树脂

水性UV固化树脂是指在传统UV固化树脂的基础上引入了水性基团或链段，使树脂具有一定的亲水性和吸水性。常见的水性UV固化树脂的合成方法有两种:一种是在传统树脂的分子链上引入亲水性基团[如UP(不饱和聚酯)类树脂];另一种是与丙烯酸酯反应生成水性丙烯酸酯类低聚物[如PUA(聚氨酯丙烯酸酯)、EA(环氧丙烯酸酯)等]。水性UV固化树脂具有无溶剂臭味、无毒、无污染、操作方便、残胶易清理、固含量高和储运安全方便等优点，是环保节能型UV固化树脂的发展方向。

1、水性UV固化树脂的分类

低聚物是水性UV固化体系中重要的组成部分。与传统UV固化树脂不同，水性UV固化树脂基体的分子结构中必须含有亲水基或亲水链段，使聚合物具有一定的吸水性。水性UV固化低聚物按基体树脂不同可分为UP类、PUA类和EA类等。

PUA类的综合性能相对较好，而EA的耐化学稳定性相对最好。因此，在选择水性UV固化体系的组分时，预聚体的选用对最终固化胶膜的厚度、硬度和剪切强度等影响极大。

1.1 UP类树脂

UP树脂是最早用于光固化涂料的原材料之一。水性UP是指在传统UP的分子链上引入离子型结构单元后制成的离子型共聚酯。离子型基团的存在不仅赋予UP良好的水溶性，而且赋予其优良的吸湿性和离子电导特性。常用的水性改性剂主要有挥发性胺、磺酸盐等(既可单独使用，也可复合使用)，其在UP上可产生或引入盐基(控制UP的酸值或中和度，可制成不同的分散体系)，使树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(马来酸酐)、PA(邻苯二甲酸酐)，制成了6种不同的端羧基UP。研究结果表明:在水中用氨作为UP的乳化剂时，制成的涂膜具有极好的稳定性，UP乳液的硬度、柔性、耐水性、耐化学稳定性和耐溶剂性等均随MA含量增加而提高。Jankowski等以3-羟基-1-丙烷磺酸钠或二羟基丙烷磺酸钠作为磺酸盐改性剂，采用共聚法制备出一种含吸水性磺酸基的新型水性UV固化树脂，其涂层硬度较高，对玻璃和金属底材具有良好的附着力。

1.2 PUA类树脂

PUA的涂层具有耐磨性好、柔韧性佳、冲击强度和拉伸强度相对较高、耐化学腐蚀性优和黏附性优异等特点，已广泛应用于水性UV固化的低聚物体系。将综合性能优异、价格昂贵的PU(聚氨酯)与丙烯酸酯(廉价、易制备、涂膜丰满和光泽度好等)共聚后，制得的PUA树脂兼具两者的优点，相应的光固化水性树脂的使用性能明显提高。

唐金财等制备了WSPUA(水性UV固化星型杂臂PUA)，并着重探讨了星型PU分子臂的软段组成对WSPUA乳液和UV固化胶膜性能的影响。Asif等以WHPUAs(水性超支化PUA)为预聚体，制备了相应的UV固化树脂。研究结果表明:固化WHPUAs的Tg(玻璃化转变温度)高于固化EB2002(水性丙烯酸酯树脂)的Tg，并且前者的涂膜强度高于后者。

Rwei等分别研究了两种水性PUA[HDI(己二异氰酸酯丙烯酸酯)和HMDI(4，4′-二异氰酸酯二环己基甲烷)]的UV固化动力学。结果表明:HMDI中环己烷的空间位阻效应对固化动力学有负面影响，故HMDI始终具有相对较低的固化速率常数。

改性水性UV固化PUA可有效克服传统UV固化PUA的耐水性差、柔性欠佳等缺点。殷海龙等在PUA链段中引入了多种亲水基团，合成出一种多官能度的改性UV固化WPUA(水性PUA)，并发现改性产品固化膜的综合性能有所提高。

有机硅纳米复合改性可进一步提高水性UV固化PUA树脂的综合性能。Sow等以艳佳固819为光引发剂，采用水性UV聚合法合成了含氧化铝和SiO2的PUA纳米复合树脂。研究结果表明:氧化铝和SiO2纳米颗粒的引入，有效提高了PUA涂层的硬度，同时不影响涂层和被粘物之间的黏附力。

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-缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷)作为偶联剂，采用溶胶-凝胶法制备了水性UV固化PUA/SiO2低聚物。研究结果表明:该复合材料有望在高性能水性UV固化树脂中得到广泛应用。

Chu将水性PUA和水性EA树脂共混后，进行UV固化。该共混物UV固化膜的综合性能(如相容性、固化速率、光性能和力学性能等)良好，并且其在涂料、清漆和油墨等方面的应用前景非常广阔。

1.3 EA类树脂

EA是由EP(环氧树脂)和丙烯酸酯反应而成的:首先在EP中引入不饱和基团，再利用EA中的羟基与酸酐(如顺酐、偏苯三酸酐和均苯四酸酐等)反应引入羧基作为亲水基团，最后用碱中和(以达到水分散或水溶等效果)即可。EA可直接用阳离子引发，也可以与含不饱和键的化合物结合后用自由基引发，故其作为光固化低聚物的应用相对最多。以EA为预聚体的光固化膜，具有表面光泽度高、硬度大、粘接力佳、耐化学稳定性优和耐热性好等诸多优点。

EA树脂虽具有较高的硬度和刚度，但其仍存在着黏度大、脆性高和柔性欠佳等弊病，故对其改性显得尤为重要。臧利敏等采用脂肪族EP和丙烯酸酯合成了UV固化EA;然后在分子链中引入了羧基，合成出一种新型改性的水性UV固化EA。Xiao等制备出一种水性EA/硅溶胶纳米复合材料，并探讨了光引发剂、固化时间等因素对涂层固化程度的影响。Bao等在超支化PU分子链上引入了羟基，与水性丙烯酸酯反应后，合成了超支化水性PUA;然后该超支化水性PUA与EA按不同比例混合，经UV辐照后固化得超支化复合UV涂料。该复合UV涂层的冲击强度是纯EA类UV涂层的2倍。

闵绍进等首先合成了水性UV固化EA和另一种EP乳液;然后用EP乳液对水性UV固化EA进行改性复合，得到了一种双重固化型(UV固化和热固化)乳液。研究结果表明:当m(水性UV固化EA)∶m(EP乳液)=4∶1时，该固化膜的硬度和耐水性相对最佳。Chang等讨论了固化过程对EA类UV固化/PU双重固化木材涂层的影响。研究结果表明:与传统UV固化相比，双重固化产品所得固化膜的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度和耐光性等均优于传统的UV固化产品。

2、水性UV固化树脂的应用

目前，UV固化树脂已广泛应用于涂料、油墨和胶粘剂等固化体系的预聚体中。而水性UV固化树脂作为一种新型、环保和节能型树脂，其各项性能均优于传统的UV固化树脂。水性UV固化涂料既可应用于纸张上光油、丝网印刷油墨、平版印刷油墨、塑料清漆、罩光清漆和皮革涂料等方面，也可应用于光聚合物印刷版、凹印油墨和柔印油墨等应用领域(许多高品质的印刷油墨都采用多色叠印工艺，只有低固含量的水性UV固化涂料能满足这一要求)，甚至在木器、木材涂饰等方面也有较高的应用价值。

2.1水性UV树脂国内外生产厂家

环保趋势与VOC税使水性涂料大有可为，作为以水为溶剂的各种水性树脂的春天也真正到来，在这之前国内外各个厂家都有积极筹备与开发水性UV树脂，国内有UV77A，UV-13，UV-500W等水性UV树脂广泛应用于皮革、塑料、纸张、木器等高装饰性要求领域，国外的有7177、7699系列广泛应用于水性木器漆与木地板行业。

3、结语

(1)水性UV固化树脂是近年来发展较快的一种安全、环保的新型"绿色树脂"，在吸收性基材上具有良好的应用前景。然而，为保证水分彻底挥发，以水性UV固化树脂作为基体树脂制成的涂层，具有干燥时间相对较长、干燥温度相对较高以及工艺条件相对苛刻等缺点。

(2)对水性UV固化树脂进行纳米复合改性，可有效改善体系的综合性能。球状分子结构的超支化聚合物是一种新型的UV固化水性低聚物，具有终端官能度多、端基反应活性大等特点。通过在预聚体分子链上引入亲水性基团，可有效改善传统UV固化树脂的耐水性差、柔性欠佳等弊病。

(3)双重固化体系将光固化技术和其他固化技术相结合，可有效解决形状复杂的物体表面涂膜难以固化等难题。

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