光固化技術是一種清潔環保型“綠色技術”，具有加工性能優良、無環境污染和高功能等特點。其按吸收光波長不同主要可分為可見光固化和UV（紫外光）固化兩種。其中，UV固化屬于輻射固化，其原理是利用UV引發活性液體材料，使其迅速分解成自由基或陽離子，進而引發不飽和鍵進行聚合反應，使材料固化完全。傳統的UV固化體系采用活性稀釋劑調節其流變性能，不僅使材料帶有刺激性氣味，而且對膠膜的理化性能產生負面影響。

水性UV固化體系（以水代替活性稀釋劑）具有諸多優點：①流變性能易控制，從而避免了使用活性稀釋劑調節體系黏度時所導致的固化收縮等現象；②最終產品具有低VOC（有機揮發物）排放量、低毒性和低刺激性氣味等特點；③提高了固化膠膜的光潔度，降低了膠層的易燃性；④其低聚物是高Mr（相對分子質量）的水性分散體，但其黏度只與固含量有關，與Mr無關（其預聚體可選用Mr較高的低聚物，并且不必加入Mr較低的活性稀釋劑），從而解決了光固化涂層高硬度和高柔韌性不能同時兼顧的難題（這也是水性UV技術優于傳統UV技術的特點之一）。UV固化技術和水性樹脂的結合，可達到環保、高效等目的，其應用領域不斷拓寬。

1·水性UV固化樹脂

水性UV固化樹脂是指在傳統UV固化樹脂的基礎上引入了水性基團或鏈段，使樹脂具有一定的親水性和吸水性。常見的水性UV固化樹脂的合成方法有兩種：一種是在傳統樹脂的分子鏈上引入親水性基團[如UP（不飽和聚酯）類樹脂]；另一種是與丙烯酸酯反應生成水性丙烯酸酯類低聚物[如PUA（聚氨酯丙烯酸酯）、EA（環氧丙烯酸酯）等]。水性UV固化樹脂具有無溶劑臭味、無毒、無污染、操作方便、殘膠易清理、固含量高和儲運安全方便等優點，是環保節能型UV固化樹脂的發展方向。

1.1 水性UV固化樹脂的分類

低聚物是水性UV固化體系中重要的組成部分。與傳統UV固化樹脂不同，水性UV固化樹脂基體的分子結構中必須含有親水基或親水鏈段，使聚合物具有一定的吸水性。水性UV固化低聚物按基體樹脂不同可分為UP類、PUA類和EA類等。

PUA類的綜合性能相對較好，而EA的耐化學穩定性相對最好。因此，在選擇水性UV固化體系的組分時，預聚體的選用對最終固化膠膜的厚度、硬度和剪切強度等影響極大。

1.1.1 UP類樹脂

UP樹脂是最早用于光固化涂料的原材料之一。水性UP是指在傳統UP的分子鏈上引入離子型結構單元后制成的離子型共聚酯。離子型基團的存在不僅賦予UP良好的水溶性，而且賦予其優良的吸濕性和離子電導特性。常用的水性改性劑主要有揮發性胺、磺酸鹽等（既可單獨使用，也可復合使用），其在UP上可產生或引入鹽基（控制UP的酸值或中和度，可制成不同的分散體系），使樹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（馬來酸酐）、PA（鄰苯二甲酸酐），制成了6種不同的端羧基UP。研究結果表明：在水中用氨作為UP的乳化劑時，制成的涂膜具有極好的穩定性，UP乳液的硬度、柔性、耐水性、耐化學穩定性和耐溶劑性等均隨MA含量增加而提高。Jankowski等以3-羥基-1-丙烷磺酸鈉或二羥基丙烷磺酸鈉作為磺酸鹽改性劑，采用共聚法制備出一種含吸水性磺酸基的新型水性UV固化樹脂，其涂層硬度較高，對玻璃和金屬底材具有良好的附著力。

1.1.2 PUA類樹脂

PUA的涂層具有耐磨性好、柔韌性佳、沖擊強度和拉伸強度相對較高、耐化學腐蝕性優和黏附性優異等特點，已廣泛應用于水性UV固化的低聚物體系。將綜合性能優異、價格昂貴的PU（聚氨酯）與丙烯酸酯（廉價、易制備、涂膜豐滿和光澤度好等）共聚后，制得的PUA樹脂兼具兩者的優點，相應的光固化水性樹脂的使用性能明顯提高。

唐金財等制備了WSPUA（水性UV固化星型雜臂PUA），并著重探討了星型PU分子臂的軟段組成對WSPUA乳液和UV固化膠膜性能的影響。Asif等以WHPUAs（水性超支化PUA）為預聚體，制備了相應的UV固化樹脂。研究結果表明：固化WHPUAs的Tg（玻璃化轉變溫度）高于固化EB2002（水性丙烯酸酯樹脂）的Tg，并且前者的涂膜強度高于后者。

Rwei等分別研究了兩種水性PUA[HDI（己二異氰酸酯丙烯酸酯）和HMDI（4，4′-二異氰酸酯二環己基甲烷）]的UV固化動力學。結果表明：HMDI中環己烷的空間位阻效應對固化動力學有負面影響，故HMDI始終具有相對較低的固化速率常數。

改性水性UV固化PUA可有效克服傳統UV固化PUA的耐水性差、柔性欠佳等缺點。殷海龍等在PUA鏈段中引入了多種親水基團，合成出一種多官能度的改性UV固化WPUA（水性PUA），并發現改性產品固化膜的綜合性能有所提高。

有機硅納米復合改性可進一步提高水性UV固化PUA樹脂的綜合性能。Sow等以艷佳固819為光引發劑，采用水性UV聚合法合成了含氧化鋁和SiO2的PUA納米復合樹脂。研究結果表明：氧化鋁和SiO2納米顆粒的引入，有效提高了PUA涂層的硬度，同時不影響涂層和被粘物之間的黏附力。

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-縮水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷）作為偶聯劑，采用溶膠-凝膠法制備了水性UV固化PUA/SiO2低聚物。研究結果表明：該復合材料有望在高性能水性UV固化樹脂中得到廣泛應用。

Chu將水性PUA和水性EA樹脂共混后，進行UV固化。該共混物UV固化膜的綜合性能（如相容性、固化速率、光性能和力學性能等）良好，并且其在涂料、清漆和油墨等方面的應用前景非常廣闊。

1.1.3 EA類樹脂

EA是由EP（環氧樹脂）和丙烯酸酯反應而成的：首先在EP中引入不飽和基團，再利用EA中的羥基與酸酐（如順酐、偏苯三酸酐和均苯四酸酐等）反應引入羧基作為親水基團，最后用堿中和（以達到水分散或水溶等效果）即可。EA可直接用陽離子引發，也可以與含不飽和鍵的化合物結合后用自由基引發，故其作為光固化低聚物的應用相對最多。以EA為預聚體的光固化膜，具有表面光澤度高、硬度大、粘接力佳、耐化學穩定性優和耐熱性好等諸多優點。

郭松喜制備了紙張用UV固化水性EA涂料，并討論了涂料組分及其含量對固化膜性能的影響。Liu等合成了一種新型萘基水性EA樹脂，并采用TGA（熱失重分析）法表征了該樹脂獨特的熱穩定性能。

EA樹脂雖具有較高的硬度和剛度，但其仍存在著黏度大、脆性高和柔性欠佳等弊病，故對其改性顯得尤為重要。臧利敏等采用脂肪族EP和丙烯酸酯合成了UV固化EA；然后在分子鏈中引入了羧基，合成出一種新型改性的水性UV固化EA。Xiao等制備出一種水性EA/硅溶膠納米復合材料，并探討了光引發劑、固化時間等因素對涂層固化程度的影響。Bao等在超支化PU分子鏈上引入了羥基，與水性丙烯酸酯反應后，合成了超支化水性PUA；然后該超支化水性PUA與EA按不同比例混合，經UV輻照后固化得超支化復合UV涂料。該復合UV涂層的沖擊強度是純EA類UV涂層的2倍。

閔紹進等首先合成了水性UV固化EA和另一種EP乳液；然后用EP乳液對水性UV固化EA進行改性復合，得到了一種雙重固化型（UV固化和熱固化）乳液。研究結果表明：當m（水性UV固化EA）∶m（EP乳液）=4∶1時，該固化膜的硬度和耐水性相對最佳。Chang等討論了固化過程對EA類UV固化/PU雙重固化木材涂層的影響。研究結果表明：與傳統UV固化相比，雙重固化產品所得固化膜的拉伸強度、斷裂伸長率、沖擊強度和耐光性等均優于傳統的UV固化產品。

1.2 水性UV固化樹脂的應用

目前，UV固化樹脂已廣泛應用于涂料、油墨和膠粘劑等固化體系的預聚體中。而水性UV固化樹脂作為一種新型、環保和節能型樹脂，其各項性能均優于傳統的UV固化樹脂。水性UV固化涂料既可應用于紙張上光油、絲網印刷油墨、平版印刷油墨、塑料清漆、罩光清漆和皮革涂料等方面，也可應用于光聚合物印刷版、凹印油墨和柔印油墨等應用領域（許多高品質的印刷油墨都采用多色疊印工藝，只有低固含量的水性UV固化涂料能滿足這一要求），甚至在木器、木材涂飾等方面也有較高的應用價值。

2·結語

（1）水性UV固化樹脂是近年來發展較快的一種安全、環保的新型“綠色樹脂”，在吸收性基材上具有良好的應用前景。然而，為保證水分徹底揮發，以水性UV固化樹脂作為基體樹脂制成的涂層，具有干燥時間相對較長、干燥溫度相對較高以及工藝條件相對苛刻等缺點，其最終制品具有耐磨性較差、光澤度較低等弊病。

（2）對水性UV固化樹脂進行納米復合改性，可有效改善體系的綜合性能。球狀分子結構的超支化聚合物是一種新型的UV固化水性低聚物，具有終端官能度多、端基反應活性大等特點。通過在預聚體分子鏈上引入親水性基團，可有效改善傳統UV固化樹脂的耐水性差、柔性欠佳等弊病。

（3）雙重固化體系將光固化技術和其他固化技術相結合，可有效解決形狀復雜的物體表面涂膜難以固化等難題。