光固化树脂是光固化涂料的主要成分，亦称光敏树脂，是一种低分子量感光树脂，受光照射后能迅速固化。它含有如不饱和双键或环氧基等反应性基团，是光固化涂料的基体，与光引发剂等成分复配后可制成光固化涂料。分为溶剂型和水性两大类，前者溶于有机溶剂，后者可在水中分散或溶解。
水性光固化树脂是指可溶于水或可用水分散的光固化树脂，分子中既含有一定数量的强亲水基团，如含有羧基、羟基、氨基、醚基、酰胺基等，又含有不饱和基团，如丙烯酰基、甲基丙烯酰基或烯丙基。水性光固化树脂可分为乳液型、水分散型和水溶型三类。主要包括三大类：水性聚氨酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯和水性聚酯丙烯酸酯。
昨天我们掌握了溶剂型光固化树脂的知识，今天就来了解下光固化树脂的另一大类——水性光固化树脂。但除了光固化树脂，光固化涂料还会用到其他的原料，别担心，今天带你一文搞定，快来和涂涂一起看下去吧！
水性光固化树脂
水性聚氨酯丙烯酸酯
合成聚氨酯丙烯酸酯时，可通过加入二羟甲基丙酸（DMPA）引入羧基，或直接通过二异氰酸酯与DMPA及丙烯酸羟基酯反应制得。DMPA加入量影响产品形态：少量时为乳化型，增多则为水分散型，经氨和有机胺中和后成为水溶型光固化树脂。
将二异氰酸酯—丙烯酸羟乙酯半加成物与部分酸酐化的环氧丙烯酸酯反应，可得兼具环氧丙烯酸酯与聚氨酯丙烯酸酯结构的低聚物，同样带有羧基。
水性聚氨酯丙烯酸酯性能优异，具有柔韧性、耐磨性、耐化学药品性，及高抗冲击和拉伸强度。其分为芳香型和脂肪型：芳香型硬度高但耐黄变性差，适合室内；脂肪型耐黄变性和柔韧性好，但价格较高。
水性环氧丙烯酸酯
水性环氧丙烯酸酯具有良好的耐热性能，有两种合成方式：
通过环氧丙烯酸酯的羟基与酸酐反应合成产物，再用有机胺中和生成羧酸铵盐，即可得到水溶性光固化树脂低聚物。酸酐用量和有机胺中和程度越高，水溶性越强。另外，丙烯酸与酚醛环氧树脂的部分环氧基反应后，产物再与琥珀酸酐反应，可合成碱溶性的环氧丙烯酸酯。该产物含有环氧基、丙烯酰氧基和羧基，兼具碱溶性、光固化特性和环氧树脂的优良特性。用氨或有机胺中和羧基，还可得到水溶性环氧丙烯酸酯。
将叔胺与酚醛环氧树脂中部分环氧基反应后，再进行丙烯酸酯化，可得到水性环氧丙烯酸酯，其具有良好的耐热性能。
水性聚酯丙烯酸酯
水性聚酯丙烯酸酯不仅价格低廉、制备简便，而且涂膜饱满、光泽度优良。
合成方法
用偏苯三甲酸酐或均苯四甲酸二酐与二元醇反应，先制得带有羧基的端羟基聚酯，随后与丙烯酸进一步反应，得到带羧基的聚酯丙烯酸酯。最后，通过氨或有机胺的中和作用，将其转化为羧酸铵盐，从而制得水溶性聚酯丙烯酸酯。
光固化涂料的原料
光固化树脂主要应用于光固化涂料领域。光固化涂料由多个关键组分构成，包括光引发剂、活性稀释剂以及各类添加剂。在前面我们已经了解了光固化树脂的内容，接下来我们将一同探讨光引发剂、活性稀释剂和各种添加剂。
光引发剂
光引发剂可分为自由基光引发剂和阳离子光引发剂两类：
自由基光引发剂
自由基光引发剂依据结构特点，主要可分为羰基化合物、染料、金属有机物、含卤素化合物、偶氮化合物及过氧化合物几类。而根据产生活性自由基的作用机理，它们又可分为裂解型和夺氢型两种自由基光引发剂。
裂解型自由基光引发剂
裂解型自由基光引发剂主要包括苯偶姻及其衍生物、苯偶酰衍生物、二烷氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、α-胺烷基苯酮以及酰基膦氧化物等几类：
苯偶姻（安息香）曾是早期广泛使用的商业化光引发剂，但其热稳定性差，易黄变，现已较少应用。
苯偶酰衍生物中，a,a'-二甲氧基-a-苯基苯乙酮（651）因其高光引发活性、优良的热稳定性和较低的价格，被广泛应用于光固化涂料和油墨中，但同样存在易黄变的问题，不适用于清漆。
作为光引发剂的最主要的为a，a—乙氧基苯乙酮（DEAP），因其高活泼性和耐黄变性，主要用于清漆，但热稳定性较差且价格较高。α-羟烷基苯酮类光引发剂热稳定性优良，耐黄变性好，是耐黄变性要求高的光固化清漆的主引发剂，但光解产物有不良气味。
α-胺烷基苯酮类光引发剂反应活性高，常与硫杂蒽酮类光引发剂配合使用，但耐黄变性差，不适用于清漆和白漆。
酰基膦氧化物光引发剂则是一类引发活性较高、综合性能较好的光引发剂，热稳定性和贮存稳定性优良，适用于厚涂层的光固化，但需注意避光。
夺氢型自由基光引发剂
夺氢型自由基光引发剂系统由夺氢型光引发剂和助引发剂（氢供体）构成。夺氢型光引发剂多为二苯酮或杂环芳酮类，如二苯甲酮及其衍生物、硫杂蒽酮类、蒽醌类等。助引发剂则主要是叔胺类化合物，包括脂肪族叔胺、乙醇胺类叔胺、叔胺型苯甲酸酯及活性胺等。
夺氢型光引发剂吸收光能后，与叔胺类氢供体发生双分子作用，经电子转移产生活性自由基，引发聚合。其中，BP虽简单易得、价格低廉，但光引发活性低且易黄变。而TZT（二苯甲酮混合物）与助引发剂配合使用效果佳，适用于光固化清漆。MK单独使用即为良好光引发剂，与BP配合时活性更高，但需注意其致癌性。
硫杂蒽酮类光引发剂需与活性胺配伍，EDAB是最适合的助引发剂，活性高且黄变不严重。ITX是硫杂蒽酮类中应用最广的，常与阳离子光引发剂配合使用。叔胺类助引发剂分子中需含至少一个α-H原子，三乙胺因挥发性大、臭味重已不再使用，而叔胺型苯甲酸酯助引发剂则活性高、溶解性好、黄变性低。
活性胺类助引发剂相容性好、气味低、效率高，不会发生迁移，主要由仲胺与丙烯酸酯反应制得，常与TX类光引发剂配合，用于高附加值油墨中。
阳离子光引发剂
阳离子光引发剂是光引发剂中的重要类别，它通过吸收光能至激发态后发生光解反应，产生超强酸（质子酸或路易斯酸），从而触发环氧树脂、乙烯基醚类树脂等低聚物及活性稀释剂的阳离子聚合。
主要分为盐类、金属有机物类和有机硅烷类，其中二芳基碘盐、三芳基硫盐和芳基茂铁盐最具代表性：
二芳基碘盐合成简便，热稳定性及光引发活性高。其阴离子种类对聚合活性有显著影响，其中SbF6-阴离子因亲核性最弱，对增长链碳正离子的阻聚作用最小，故引发活性最高；而BF4-阴离子则因易释放亲核性强的F-，导致聚合终止，引发活性最弱。此外，二芳基碘盐还能同时引发自由基聚合。
三芳基硫盐热稳定性更佳，贮存稳定性极好，光引发活性高。但结构简单的三苯基硫盐吸光波长过短，需通过苯环取代增加吸收波长。然而，三苯基硫盐在活性稀释剂中溶解性不佳，故商品化产品多为50%碳酸丙烯酯溶液。
芳基茂铁盐中，—异丙苯茂铁（Ⅱ）六氟磷酸盐（Irgacure 261）最具代表性，它在远紫外、近紫外及可见光区均有较强吸收，分解后产生异丙苯和茂铁路易斯酸，引发阳离子聚合。
活性稀释剂
活性稀释剂是光固化涂料中的关键成分，这些小分子有机物带有可聚合的反应性官能团，能参与光固化交联反应，同时溶解、稀释光固化树脂并调节其黏度。它们不仅有助于减少有机挥发分（VOC）排放，还赋予了光固化涂料的环保特性。
活性稀释剂可按反应性官能团种类分为（甲基）丙烯酸酯类、乙烯基类、乙烯基醚类和环氧类等，其中丙烯酸酯类光固化活性最高。按固化机理，它们又可分为自由基型和阳离子型两类。而根据分子中反应性官能团的数量，活性稀释剂还可分为单官能团、双官能团和多官能团三类。
单官能团活性稀释剂分子量小，挥发性、气味和毒性相对较大，使用受限。双官能团活性稀释剂则因含有两个活性基团，光固化速度更快，成膜时交联密度增加，有利于提高固化膜的物理力学性能和耐抗性。双官能团活性稀释剂在光固化涂料中应用广泛，包括HDDA、NPGDA、DPGDA和TPGDA等，其中TPGDA因柔韧性好、体积收缩小、皮肤刺激性小，成为最常用的活性稀释剂。
多官能团活性稀释剂含有三个或更多活性基团，光固化速度快，交联密度大，固化膜硬度高、耐抗性好，但稀释效果相对较差，挥发性低，收缩率大。它们主要用于调节涂料性能，如加快固化速度、增加干膜硬度和耐刮性等。TMPTA是光固化涂料中最常用的多官能团活性稀释剂之一，具有光固化速度快、交联密度大、固化膜坚硬耐抗性好等特点。
对于阳离子光固化体系，当采用黏度较高的环氧树脂时，必须加入低分子量的环氧化合物或乙烯基醚作为活性稀释剂。
各种添加剂
光固化涂料的基本组成包括光固化树脂、光引发剂、活性稀释剂以及多种添加剂。这些添加剂主要包括颜料、填料和助剂。
颜料用于为涂层提供颜色并遮盖底材，同时能改善涂层的性能，如强度、附着力、光泽和耐光耐候性。颜料种类繁多，包括白色、黑色和彩色颜料，每种颜色下又有多种具体颜料可选。
填料，又称体积颜料或惰性颜料，主要用于降低成本，同时对涂料的流变性和物理力学性能有重要影响。常用填料如碳酸钙、硫酸钡等，它们对基材无遮盖力。
助剂用于完善涂料在制造、施工和贮存过程中的性能。常见的助剂有消泡剂、流平剂、润湿分散剂、消光剂和阻聚剂。
消泡剂用于抑制或消除涂料中的气泡，常用的有有机聚合物和有机硅树脂等。流平剂用于提高涂料的流动性，使其能够流平，主要有聚丙烯酸酯、有机硅树脂等。润湿分散剂用于提高颜料在涂料中的悬浮稳定性，多为表面活性剂。消光剂用于降低涂层的光泽，常用的有SiO2和高分子蜡等。阻聚剂用于阻止涂料中的低聚物和活性稀释剂发生聚合反应，常用的有酚类等，使用时需注意保证足够的氧气存在。
写在最后
光固化树脂，是一种经特定波长光照射即可固化成形的材料。不同树脂类型需对应不同紫外波长。各类树脂对打印机波长亦有特定要求。在适宜波长光照射下，树脂会迅速发生聚合反应，实现固化。
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