1、引言
光固化漆在1968年由德国拜耳公司首先颜值成功，并在木器漆装上得到初步应用，至今已经有40多年的历史，由于他快干、节能、无溶剂挥发、绿色环保，性能优异，深受大家的欢迎。随着世界各国对生态环保的重视，对大气报房屋进行了严格的立法限制，光固化漆的优异性能也越来越突出。美国、欧洲、日本等国为了降低VOC的排放量，光固化涂料被优先采用。在我国，随着经济规模的迅速扩大以及对环境的保护的日益重视，作为绿色环保光固化涂料的研究、开发及其应用也降日益深入和普及。目前已经由木材涂料发展到纸张、塑料、金属等涂料，光固化漆已经被广泛的用于各个领域。 2、光固化漆的性能特点
目前木材涂装均采用紫外线固化的光固化涂料，简称UV涂料。这种涂料的特点就是采用“光”化学反应使涂膜固化。光能越强，光化学反应越快，波长越短光能越大。
光固化漆之所以发展迅速，是由于他有许多特殊的性能，这是特殊性能是其他的木器清漆以及水性涂料、高固体分涂料和粉末涂料都无法比拟的。光固化涂料的主要特点是：
（1）、干燥速度快，干燥时间是按照分、秒来计算，比一般的涂料快上成百上千倍，可以大大的缩短施工的周期和节省施工场地。
（2）、不含有挥发性溶剂，零VOC排放，是一种无溶剂涂料，几乎100%成膜，可以说是一种无污染的涂料。
（3）、涂膜可厚可薄，对于需厚涂层的共建涂2~3道即可，减少施工道数。 （4）、由于没有溶剂挥发、漆膜固化后不发生体积收缩，所以漆膜光亮、丰满、坚硬、装饰性能优异。
光固化涂料由于是采用“光”来固化，所以在给这种涂料带来许多优点的同时也带来一点不足，例如：
（1）、由于光只能直线传播，所以只适宜涂装平面板材。能让几何形状复杂、凹凸不平的工件各个平面都能均匀的照射从而使漆膜均匀固化的光源，这还是国际上正在研究的难题。
（2）、制造和使用含有着色颜料的光固化漆比较困难。因为大多数着色颜料对紫外线有反射、折射和吸收的作用，紫外线对绝大多数颜料的透射率也很低。所以，虽然可以采用特殊的光引发剂和电子束辐射来解决，但是成本太高，在木材涂装上仍不能推广应用。
（3）、光固化漆中的光引发剂固化后仍残留在漆膜中，受到日光中的紫外线的作用会加速漆膜老化，影响漆膜的耐久性，如果在其中添加紫外线吸收剂和光安定剂等助剂，只能在一定程度上得到改善，不能从根本上解决问题。
目前，我们国家正在向“板型组装式家具”方向发展，光固化漆正好相适
应，从而使涂料工艺大为简化。即板片用传送带送到淋漆机或者辊涂机涂装完成后，到紫外灯区照射即成。整个涂漆施工过程只需要几分钟就完成。所以，光固化漆的出现是木器家具的涂装由繁重的手工劳动走向了机械化生产，大大提高了劳动生产率。因此，光固化漆无论从漆膜性能上，还是从节省能源、节省资源、节省时间、保护环境来说，均是一种大有发展前途的好产品。 3、光固化漆的组成和固化机理
（1）、UV漆的组成 UV漆是由光固化（UV）树脂（反应性低聚物）。活性稀释剂（活性单体）、光引发剂（光敏剂）、光引发促进剂和各种辅助剂等组成。
（2）、UV漆的固化机理 UV漆的固化机理和一般的涂料不一样，一般涂料的固化可分为两大类。第一大类是靠溶剂挥发而固化的，比如硝基漆，另一类是靠化学反应来固化的，比如双组份PU漆。而UV漆却是采用光能来促使化学反应让漆膜固化的。如果不用光照射，它会长期不干。光固化漆是按连锁反应的机理进行加聚反应而固化形成漆膜的。
连锁聚合反应可以分三个主要阶段：链引发、链增长、链终止。根据链增长活性中心不用，连锁聚合反应又可以分成离子型聚合和自由基聚合、配合络合聚合等。目前UV漆有两大类：一类是离子型、一类是自由基型。
离子型光固化漆由于：a.不受氧的阻聚；b.当漆层经光引发后，离开光源仍然能继续反应，所以已经受到大家的重视。缺点是：a.储存稳定性差；b.因为释放氮气会使漆层产生气泡；c.释放出来的路易斯酸有可能造成腐蚀等；d.许多重氮盐的颜色较深，因而限制了其的使用范围。
目前国内玩所研制成功的UV涂料大都是自由基聚合型，即由光引发剂吸收特定的波长的光，分裂成两个初级游离自由基，然后引发UV树脂和活性稀释剂分子中的双键，使他们发生连锁聚合而是涂膜交联固化。
游离基聚合反应的反应速度主要取决于初级游离自由基的生成。在光固化漆中，由于光引发剂在光能的作用下，分解十分迅速，所以光固化漆的固化速度要比一般涂料快得多。目前木材所使用的UV涂料主要都是游离自由基聚合型光固化漆，所以本文注重讨论游离自由基聚合型光固化漆，尤其是注重讲解UV树脂的分类以及作用。 4、木材UV涂料所用树脂
光固化树脂又称为光敏树脂，它是UV涂料的主要组成部分，决定这涂料的性能。根据UV涂料的反应机理，理论上一切能提供大量聚合C=C双键的反应性低聚物树脂都可以作为光固化树脂。但是采用不同的光固化树脂，可以得到不一样的光固化涂料。目前木器用的光固化树脂主要是不饱和聚酯（UPE或者PE）、环氧丙烯酸酯（EA）、聚氨酯丙烯酸酯（PUA）、聚酯丙烯酸酯（PEA）、聚醚丙烯酸酯、纯丙烯酸酯等。由于丙烯酸类光固化树脂因为光固化基团丙烯基C=C双键，所以具有性能好、固化快、储存稳定等优点，所以被国内外广泛采用。 （1）、不饱和聚酯（简称UPE或者PE） 不饱和聚酯是由二元醇和二元酸加热缩聚而成，利用苯乙烯作为活性稀释剂。这是一种非常古老的光固化材料的
低聚物，1968年德国拜耳公司首先开发的第一代的光固化材料。
这种材料来源方便、简单，合成工艺也很简单，与苯乙烯配合，价格也比较便宜，得到的漆膜丰满、光亮、硬度高，耐溶剂、耐热性好。所以一些国外的老的木材加工厂依旧在使用。不过由于它的光固化基团是乙烯基C=C双键，这种双键反应活性低，所以固化速度比较慢，而且储存稳定性比不上丙烯酸光固化树脂，并且苯乙烯毒性大、气味大，又是挥发性的易燃易爆液体，所以使用受限。如果采用乙烯基醚或者烯丙基醚代替苯乙烯，确实能减少毒性、气味，不过乙烯基醚的价格成本太高，在光固化漆中并没有大规模使用。所以UV不饱和聚酯树脂在我国使用并不普遍。有时为了降低丙烯酸固化漆的成本，仅仅与丙烯酸光固化漆混拼使用。
（2）、环氧丙烯酸酯酯（简称EA） 环氧丙烯酸酯是目前应用最广、用量最大的光固化低聚物，我国最早在1980年由天津灯塔涂料股份有限公司研制成功的光固化木器涂料就是属于这一类。他是由环氧树脂的环氧基和丙烯酸的羧基酯化反应而制成的反应性低聚物，在反应过程中必须加入阻聚剂来保护好丙烯酸单体中的双键。环氧树脂通常采用低分子量的双酚A型，为了获得分子量更低的环氧丙烯酸酯，有时还可以采用环氧化大豆油，为了提高树脂的柔韧性，还可以采用己二酸来代替一部分丙烯酸。
双酚A型环氧丙烯酸酯在低聚物中是光固化速度最快的一种，漆膜硬度大、高泽高、附着力强、耐化学药品性能优异、耐热性、耐水性好。由于双酚A型环氧丙烯酸酯合成工艺简单、价格便宜，他不仅广泛适用于木器涂料，而且也广泛用于纸张、塑料、金属涂料的主体树脂，同时也是目前木器涂料中应用最多的光固化树脂。该树脂的缺点就是漆膜的柔韧性差、脆，同时耐光和耐黄变差，不合适户外使用。
环氧大豆油丙烯酸酯价格便宜，分子链长，交联密度小，柔韧性好，附着力强，可以明显改善涂层的韧性和附着力。对皮肤的刺激性小，对颜料的润湿性好，特别适合颜料的分散，可以制成含有颜料的有色UV漆。但是光固化的速度慢，漆膜比较软，力学性能差，所以不推荐单独使用，而是和其他的活性高的低聚物配合使用，以改善漆膜的柔韧性和对颜料的润湿分散性。目前国内外对环氧大豆油丙烯酸酯涂料的研究很活跃，部分公司已经开始商业化，我国目前尚在研究阶段。
（3）、聚氨酯丙烯酸酯（简称PUA） 聚氨酯丙烯酸酯是今年来新兴的一种光固化低聚物，这两年在市面上广受欢迎，大有超过环氧丙烯酸酯的趋势。聚氨酯丙烯酸酯的合成是利用多异氰酸酯的两个NCO基团，其中一个和饱和聚酯多元醇里面的OH基反应（也是可以单体的多元醇），另外一端NCO基团和还有OH基团的丙烯酸酯（如丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯等）反应，经过两步反应合成。其中和饱和聚酯多元醇反应部分主要是调节树脂的性能，而和丙烯酸酯反应部分主要是引入广活性基团——“双键”。在合成的中最大的难点就是在于保护丙烯酸酯里面是双键。不过由于可以通过对饱和聚酯多元醇进行设计，从而达到调节树脂性能的目的，所以聚氨酯丙烯酸酯具有相当强的灵活性，所以聚氨酯丙烯酸树脂是目前产品最多的光固化低聚物，同时成本也相对较高。
木材所用的聚氨酯丙烯酸酯多数都是有TDI作为异氰酸酯的NCO部分，由于TDI价格低、反应活性高、合成的树脂硬度高、耐化学品优良，耐磨性好，但是漆膜耐黄变性差、耐候性也差。如果要提高漆膜的弹性也可以采用MDI，但是MDI的耐黄变性更差。当然也可以采用HDI、IPDI作为原材料，这样可以完美的
解决耐黄变和耐候性的问题。不过HDI毒性大，反应活性低，对于生产来讲无形中提高了合成的难度，IPDI也存在同样的问题。
目前采用脂肪族异氰酸酯光固化涂料是我国今年新兴的一种涂料品种，被广泛的应用于竹木制品、塑料制品、印刷等领域的涂装。采用IPDI制备的聚氨酯光固化漆能让漆膜有更好的弹性、抗冲击、耐磨性，使得这类涂料不仅仅适用于室内家具、地板和户外环境使用的摩托车等涂料，而且还使用于具有更高力学性能更高的要求的领域，如光钎、光盘等高科技产品的涂装，解决了TDI广固化涂料性能不足的问题，具有非常广阔的市场应用前景。
值得一提的时候再聚氨酯丙烯酸酯合成过程中，因为配方设计过程中的NCO基团全部都会反应完毕，所以在聚氨酯丙烯酸酯光固化树脂中是不会含有游离的多异氰酸酯，和氨脂油一样，是不存在游离的TDI毒性问题的。
现在又发展了一种一双组分的聚氨酯丙烯酸酯光固化涂料，该涂料的主剂树脂既含有能与NCO基团反应的羟基（-OH）,有含量光活性基团——双键，固化剂则是常规含有NCO基团的树脂，当他们配合在一起的时候，固化剂中的NCO基团和主剂里面的OH基团反应，主剂里面的光活性基团——双键部分也会和里面的活性稀释剂发生反应，这样即让具有光固化漆的特点，又具有双组份PU漆的性能。
（4）、聚酯丙烯酸酯（简称PEA） 聚酯丙烯酸酯是由低分子的聚酯二元醇与丙烯酸的羧基酯化反应而制成的、含量光活性基团“双键”的树脂。
这类树脂的特点是价格低、粘度低，一般是用于活性稀释剂使用。由于它气味低、刺激性低，具有较好的柔韧性和对颜料的润湿性，所以也适用于制造色漆和油墨。
（5）、聚醚丙烯酸酯（polyether acrylate） 光固化聚醚丙烯酸酯主要是指聚乙二醇和丙二醇结构的丙烯酸酯。这种树脂一般不作为主体树脂使用，由于粘度低，稀释效果好，反应活性高，所以常常用活性稀释剂使用。
（6）、纯丙烯酸酯 纯丙烯酸酯主要是指测位含量丙烯酸基团的丙烯酸共聚物。该类树脂一般也不用于主体树脂使用，一般是为了高山广固化涂料的某些性能和其他树脂拼用。 5、聚氨酯丙烯酸酯的合成研究
通过上面的UV树脂介绍，再结合我们公司的实际生产情况，笔者觉得我们公司最大的研究方向应该是聚氨酯丙烯酸酯的合成研究。笔者整理大量资料，归纳总结。
（1）、实验所用原材料
异氰酸酯类：TDI、IPDI、MDI、HDI（工业级）；
丙烯酸酯类：丙烯酸羟乙酯（HEA）、丙烯酸羟丙酯（HPA）、季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）；
聚酯多元醇类或者多元醇单体：TMP、MPD（工业级） 催化剂：二月桂酸二丁基锡（T-12）
阻聚剂：对甲氧基苯酚（保护C=C双键）、磷酸；
活性稀释剂类溶剂：二缩三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）等
（2）、试验工艺探讨（本文的工艺探讨都以TDI作为异氰酸酯部分探讨） 根据反应原理可以得出聚氨酯丙烯酸酯是通过两步法来合成的。异氰酸酯
两端NCO其中一端连上聚酯多元醇或者多元醇单体（如TMP、MPD），另一端连上含有-OH基团的丙烯酸酯。那么这两步反应究竟哪步先进行，笔者认为应该先和带有-OH基团的丙烯酸酯反应，因为这样可以在第一步就加入活性稀释剂类溶剂，达到粘度低，反应平和的目的。温度控制在50℃左右。当量数比例为了2:1；通过二正丁胺滴定法来检测NCO值，当NCO值达到一定值的时候再加入含羟基的聚酯多元醇。
聚酯多元醇的反应温度不易过高最好在55℃左右反应，因为过高温度有可能导致C=C双键进行热聚合导致整个体系粘度增大。同时稍加点催化剂，因为聚酯多元醇在低温下反应速度太慢。但是必须加上对甲氧基苯酚阻聚剂保护C=C双键。整个和聚酯多元醇反应的过程除了需要检测NCO值以外，还必须随时通过检测碘值来判定体系里面的C=C反应程度。必须尽量降低对C=C双键的破坏。当NCO值全部反应完毕的时候加入磷酸等阻聚剂终止出锅避光保存。 （3）、产品的分析检测
产品的常规检测包括粘度、NCO、碘值。粘度通过涂四杯或者旋转粘度计检测，
NCO值通过二正丁胺滴定法检测，碘值通过醋酸酐滴定法检测；
产品的性能检测则需要买光引发剂，通过紫外灯管照射实际检测其干速、硬度、光泽、流平等等；
以上一切数据分析都是来源于各种资料以及笔者的分析归纳，如果真要开发这类产品还需要多做实验，具体问题具体分析。
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