光固化水性聚氨酯樹脂發(fā)展
1常規(guī)光固化涂料與水性UV的比較
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常規(guī)UV | 水性UV |
| 分散介質(zhì) | 使用溶劑或活性稀釋劑 | 以廉價的水為溶劑 |
| VOC排放 | 大量VOC排放及少量殘留 | 接近零VOC，以水調(diào)粘或清洗 |
| 使用性 | 收縮率大（影響附著力），成本較高 | 低收縮，低固含、低粘度（適合于薄涂、噴涂工藝），低成本 |
| 安全性能 | 毒性、刺激性、臭味 | 低毒性，不易燃燒，安全性好 |
共同存在的難題：氧阻聚作用或有色體系引起固化不完全。
2水性UV存在的難點
（1）水的蒸發(fā)熱高（40.6KJ/mol）
---預(yù)干燥能耗大、時間長、效率降低（嘉寶莉公司在年初推出的“微波紅外耦合干燥技術(shù)”成功解決了水性漆干燥問題。）
---易引起吸收性基材的收縮變形（紙張、層壓板等）
（2）水的表面張力大（72.8mN/m）
---不易潤濕基材，易引起涂布不均（縮孔、氣泡等弊病）
---對顏料潤濕性差，影響分散
（3）需添加某些助劑，產(chǎn)生一定量VOC
---助溶劑（增加溶解度，提高穩(wěn)定；降低粘度，改善流平）
---防凍劑（水的凝固點較高（0℃），防止低溫時凝固）
---防霉劑（避免水性體系易滋生霉菌）
（4）體系的穩(wěn)定性較差
---對pH較敏感；長時間儲存過程中易出現(xiàn)沉淀
（5）光澤及硬度較低、耐水性和耐洗滌性較差等性能缺陷
3水性UV發(fā)展歷程
水性UV涂料一般由水性低聚物、光引發(fā)劑、助劑和水組成。
就乳化方式來說，水性UV的發(fā)展可分為三個階段：
（1）第一代 外乳化型
| 外乳化型 | 基本工藝 | 通過外加表面活性劑（乳化劑），并輔以高剪切力，將傳統(tǒng)的光固化樹脂乳化。 |
| 產(chǎn)品特點 | 生產(chǎn)工藝簡便，乳液粒徑較大（0.7～3μm） | |
| 應(yīng)用進展 |
穩(wěn)定性差，受多種因素影響（如酸堿性、電解質(zhì)、過度剪切應(yīng)力、低溫等）；乳化劑的殘留使干膜的質(zhì)量受影響。 |
（2）第二代 非離子基自乳化型
| 非離子基自乳化型 | 基本工藝 | 聚合物中引入一定量的聚乙二醇等親水鏈段。 |
| 產(chǎn)品特點 | 樹脂本身具有親水性，穩(wěn)定性較好 | |
| 應(yīng)用進展 |
長鏈的聚醚鏈段使成膜偏軟，并且由于聚合物骨架上有親水性結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的耐水性和耐化性較差。 |
（3）第三代 離子基自乳化型
| 離子基自乳化型 | 基本工藝 | 聚合物中引入親水基團，經(jīng)中和使其離子化后，親水增強，賦予整個聚合物水溶性。 |
| 產(chǎn)品特點 | 自乳化，潤濕性佳，穩(wěn)定性好，性能佳。 | |
| 應(yīng)用進展 |
品種較多，未來發(fā)展的主要方向。 |
1分類
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根據(jù)所引入的離子基團（親水?dāng)U鏈劑）不同，可分為三大類：
（1）陰離子型 （最主要）
a.羧酸型（-COOH）：二羥甲基丙酸, 酒石酸等二元羧酸擴鏈劑；或二羥基半酯，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）與二元酸酐反應(yīng)得到含羧基的二羥基化合物，所述酸酐有馬來酸酐、苯酐、丁二酸酐、戊二酸酐等；
b.磺酸基（-SO3H）：1,4-丁二醇-2-磺酸鈉, 乙二胺基乙磺酸鈉等，磺酸鹽的強離子特性，不需揮發(fā)性胺類中和劑和有機共溶劑，即可使合成的PUA 很容易分散于水中。中和劑（成鹽劑）一般為氨水或叔胺，如三乙胺、三乙醇胺、二甲基氨基乙醇、丁基乙醇胺等。
（2）陽離子型
有氨基、季銨基等，可選擇的離子化基團范圍較窄，一般在主鏈中引入叔胺基團，然后季胺鹽化，從而達到聚氨酯丙烯酸可在水中穩(wěn)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團擴鏈劑，所使用中和劑（成鹽劑）一般為鹽酸、乙酸或環(huán)氧氯丙烷等烷基化試劑。
（3）非離子型
分子鏈中由含氧基團組成的醚基/羥基/羧酸酯、嵌段聚醚（如聚乙二醇鏈段）和醛基等親水基團時，水溶性也會有一定的提高，甚至達到水溶性，但一般與離子型一起使用，組成混合型聚氨酯水性體系。
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根據(jù)外觀類型也可分為三類：
（1）水溶液型 、（2）分散液型、（3）乳液型
| 名稱 |
水溶液型 solutions |
分散液型 dispersions |
乳液型 emulsions |
| 狀態(tài) | 溶解~膠體 | 分散 | 分散 |
| 外觀 | 全透明 | 半透明,乳白 | 白濁 |
| 粒徑 | <1 nm | 1～100 nm | >100 nm |
| 分子量 | 1000~10000 | 數(shù)千～20萬 | >5000 |
2合成中溶劑的使用
在聚氨酯預(yù)聚物合成過程中，有時需要加入少量有機溶劑，以降低粘度，利于預(yù)聚體的分散，及后期乳化得到穩(wěn)定的微細粒徑乳液，該方法即為通常所說的丙酮法。
可采用的溶劑有丙酮、甲乙酮、二氧六環(huán)、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮（有基因毒性）等水溶性（親水性）有機溶劑和甲苯等憎水性溶劑。考慮到成本、操作性等因素，最常用的是丙酮和甲乙酮。
一般來說，在制備出穩(wěn)定的乳液后，可通過減壓蒸餾除去低、中沸點溶劑，減少乳液中溶劑的殘留和氣味。若溶劑用量很少，可不必除去。水性聚氨酯干燥時，殘留的少量低沸點溶劑的揮發(fā)可加快膠膜的干燥時間，而少量高沸點溶劑的存在可使膠膜平滑，這在涂料工業(yè)中較常用。
3主要合成路線
4聚氨酯丙烯酸酯接枝丙烯酸酯雜化體系
近年來，利用丙烯酸酯體系與聚氨酯體系進行接枝改性，得到化學(xué)雜化體系，使性能上有較好的互補甚至協(xié)同的效果，顯示出了較好的應(yīng)用前景。
該類型樹脂多數(shù)用HEMA或GMA和其它丙烯酸酯單體共聚，得到含羥基或環(huán)氧基的丙烯酸酯低聚物，再與聚氨酯半加成物接枝改性，或與未經(jīng)中和的羧酸型聚氨酯低聚物反應(yīng)，最終引入丙烯酰基，反應(yīng)式分別如下：
（1）雜化體系1
（2）雜化體系2
在綠色環(huán)保的大環(huán)境下，涂料工業(yè)對VOC限制逐年嚴(yán)格，同時，在保持涂料的高性能和市場競爭力等多重因素促進下，高性價比的水性UV涂料陸續(xù)面向市場，必將得到極大的推廣。
預(yù)計未來在家具木器漆、汽車內(nèi)飾涂料、皮革涂飾、塑膠罩光和印刷油墨等領(lǐng)域，水性UV樹脂將會得到空前的發(fā)展。（來源：水性無溶劑）更多濾芯膠請訪問s1l6e.cn
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