光固化技術(shù)是一種清潔環(huán)保型“綠色技術(shù)”，具有加工性能優(yōu)良、無環(huán)境污染和高功能等特點(diǎn)。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(fā)活性液體材料，使其迅速分解成自由基或陽離子，進(jìn)而引發(fā)不飽和鍵進(jìn)行聚合反應(yīng)，使材料固化完全。傳統(tǒng)的UV固化體系采用活性稀釋劑調(diào)節(jié)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(chǎn)生負(fù)面影響。
水性UV固化體系（以水代替活性稀釋劑）具有諸多優(yōu)點(diǎn)：①流變性能易控制，從而避免了使用活性稀釋劑調(diào)節(jié)體系黏度時(shí)所導(dǎo)致的固化收縮等現(xiàn)象；②最終產(chǎn)品具有低VOC（有機(jī)揮發(fā)物）排放量、低毒性和低刺激性氣味等特點(diǎn)；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(zhì)量）的水性分散體，但其黏度只與固含量有關(guān)，與Mr無關(guān)（其預(yù)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(shí)兼顧的難題（這也是水性UV技術(shù)優(yōu)于傳統(tǒng)UV技術(shù)的特點(diǎn)之一）。UV固化技術(shù)和水性樹脂的結(jié)合，可達(dá)到環(huán)保、高效等目的，其應(yīng)用領(lǐng)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(tǒng)UV固化樹脂的基礎(chǔ)上引入了水性基團(tuán)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(tǒng)樹脂的分子鏈上引入親水性基團(tuán)[如UP（不飽和聚酯）類樹脂]；另一種是與丙烯酸酯反應(yīng)生成水性丙烯酸酯類低聚物[如PUA（聚氨酯丙烯酸酯）、EA（環(huán)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(chǔ)運(yùn)安全方便等優(yōu)點(diǎn)，是環(huán)保節(jié)能型UV固化樹脂的發(fā)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(tǒng)UV固化樹脂不同，水性UV固化樹脂基體的分子結(jié)構(gòu)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(xué)穩(wěn)定性相對最好。因此，在選擇水性UV固化體系的組分時(shí)，預(yù)聚體的選用對最終固化膠膜的厚度、硬度和剪切強(qiáng)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(tǒng)UP的分子鏈上引入離子型結(jié)構(gòu)單元后制成的離子型共聚酯。離子型基團(tuán)的存在不僅賦予UP良好的水溶性，而且賦予其優(yōu)良的吸濕性和離子電導(dǎo)特性。常用的水性改性劑主要有揮發(fā)性胺、磺酸鹽等（既可單獨(dú)使用，也可復(fù)合使用），其在UP上可產(chǎn)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(jié)果表明：在水中用氨作為UP的乳化劑時(shí)，制成的涂膜具有極好的穩(wěn)定性，UP乳液的硬度、柔性、耐水性、耐化學(xué)穩(wěn)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(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度相對較高、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)和黏附性優(yōu)異等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于水性UV固化的低聚物體系。將綜合性能優(yōu)異、價(jià)格昂貴的PU（聚氨酯）與丙烯酸酯（廉價(jià)、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(yōu)點(diǎn)，相應(yīng)的光固化水性樹脂的使用性能明顯提高。
唐金財(cái)?shù)戎苽淞?span lang="EN-US">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(yù)聚體，制備了相應(yīng)的UV固化樹脂。研究結(jié)果表明：固化WHPUAs的Tg（玻璃化轉(zhuǎn)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(qiáng)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(huán)己基甲烷）]的UV固化動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明：HMDI中環(huán)己烷的空間位阻效應(yīng)對固化動(dòng)力學(xué)有負(fù)面影響，故HMDI始終具有相對較低的固化速率常數(shù)。
改性水性UV固化PUA可有效克服傳統(tǒng)UV固化PUA的耐水性差、柔性欠佳等缺點(diǎn)。殷海龍等在PUA鏈段中引入了多種親水基團(tuán)，合成出一種多官能度的改性UV固化WPUA（水性PUA），并發(fā)現(xiàn)改性產(chǎn)品固化膜的綜合性能有所提高。
有機(jī)硅納米復(fù)合改性可進(jìn)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(fā)劑，采用水性UV聚合法合成了含氧化鋁和SiO2的PUA納米復(fù)合樹脂。研究結(jié)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(shí)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(lián)劑，采用溶膠-凝膠法制備了水性UV固化PUA/SiO2低聚物。研究結(jié)果表明：該復(fù)合材料有望在高性能水性UV固化樹脂中得到廣泛應(yīng)用。
Chu將水性PUA和水性EA樹脂共混后，進(jìn)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(xué)性能等）良好，并且其在涂料、清漆和油墨等方面的應(yīng)用前景非常廣闊。
1.1.3 EA類樹脂
EA是由EP（環(huán)氧樹脂）和丙烯酸酯反應(yīng)而成的：首先在EP中引入不飽和基團(tuán)，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(yīng)引入羧基作為親水基團(tuán)，最后用堿中和（以達(dá)到水分散或水溶等效果）即可。EA可直接用陽離子引發(fā)，也可以與含不飽和鍵的化合物結(jié)合后用自由基引發(fā)，故其作為光固化低聚物的應(yīng)用相對最多。以EA為預(yù)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(xué)穩(wěn)定性優(yōu)和耐熱性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。
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(dú)特的熱穩(wěn)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(fù)合材料，并探討了光引發(fā)劑、固化時(shí)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(yīng)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(jīng)UV輻照后固化得超支化復(fù)合UV涂料。該復(fù)合UV涂層的沖擊強(qiáng)度是純EA類UV涂層的2倍。
閔紹進(jìn)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(jìn)行改性復(fù)合，得到了一種雙重固化型（UV固化和熱固化）乳液。研究結(jié)果表明：當(dāng)m（水性UV固化EA）∶m（EP乳液）=4∶1時(shí)，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(jié)果表明：與傳統(tǒng)UV固化相比，雙重固化產(chǎn)品所得固化膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、沖擊強(qiáng)度和耐光性等均優(yōu)于傳統(tǒng)的UV固化產(chǎn)品。
1.2 水性UV固化樹脂的應(yīng)用
目前，UV固化樹脂已廣泛應(yīng)用于涂料、油墨和膠粘劑等固化體系的預(yù)聚體中。而水性UV固化樹脂作為一種新型、環(huán)保和節(jié)能型樹脂，其各項(xiàng)性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的UV固化樹脂。水性UV固化涂料既可應(yīng)用于紙張上光油、絲網(wǎng)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(yīng)用于光聚合物印刷版、凹印油墨和柔印油墨等應(yīng)用領(lǐng)域（許多高品質(zhì)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(yīng)用價(jià)值。
2·結(jié)語
（1）水性UV固化樹脂是近年來發(fā)展較快的一種安全、環(huán)保的新型“綠色樹脂”，在吸收性基材上具有良好的應(yīng)用前景。然而，為保證水分徹底揮發(fā)，以水性UV固化樹脂作為基體樹脂制成的涂層，具有干燥時(shí)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(diǎn)，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(jìn)行納米復(fù)合改性，可有效改善體系的綜合性能。球狀分子結(jié)構(gòu)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(yīng)活性大等特點(diǎn)。通過在預(yù)聚體分子鏈上引入親水性基團(tuán)，可有效改善傳統(tǒng)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(shù)和其他固化技術(shù)相結(jié)合，可有效解決形狀復(fù)雜的物體表面涂膜難以固化等難題。
