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曾国屏，等：UV LED 固化水性 UV 涂料的研究进展




           化涂料使用大量活性单体作为稀释剂降低黏度，大部                                 （3） 节能、安全、环保：相同光强度下，功率更低，
           分活性单体对人体产生刺激，威胁涂装施工人员的健                             耗电量更低。 不需要预热，即用即开，节约能源，提高
           康；易燃，有安全隐患；造成涂膜体积收缩率大，影响                            生产效率；有效照射区域和辐射能量可控制；不含汞，
           在基材的附着；单体气味大；传统 UV 涂料使用汞灯作                          不会产生臭氧影响工作场所污染大气， 安全环保；不
                                                  [2]
           为固化光源，产生臭氧，污染环境，损耗能源 。                              需要处理臭氧的设备，减少资金和能量的损耗，减少
               UV LED 紫外光固化水性 UV 涂料的研究正是基                      二氧化碳排放；使用寿命长，维护成本低，减少废旧设
           于当前 UV 涂料技术， 即以紫外发光二极管为辐射光                          备对环境的污染，节约成本；
           源、水为稀释剂的 UV 固化涂料，使之兼具 UV 涂料固                             （4） 由于 UV LED 装置与相关配套装置非常紧
           化速度快、漆膜性能好和水性涂料黏度易于调节便于施                            凑， 无需以往那种较大的机械安装空间以及管道施
           工、安全环保等优点，以高效、节能、环保的紫外发光二                           工，设置简单，占地小。
                               [3]
           极管作为辐射固化光源 ，促进 UV 涂料技术的发展。                              水性 UV 涂料由水性光固化树脂、 光引发剂、水
                                                               （必要时加少量溶剂）、助剂、颜填料（罩光清漆不加）
           1 UV LED 固化水性 UV 涂料                                 经过一定工艺制得。 选择的水性光引发剂吸收波长与
                                                               UV LED 固化光源辐射波长相匹配。
               紫外光源是 UV 涂料的设备基础， 紫外光源设备                            水性 UV 涂料与传统 UV 涂料体系从原料选择到
           的发展对 UV 涂料的发展有重要影响， 不同光源发出                          涂装施工有十分明显的差异，但两者的交联固化机理
           的紫外光谱存在很大的差异， 而且不同光引发剂对光                            是一样的。 相比传统 UV 涂料，水性 UV 涂料固化过程
           子波长的响应范围也不同， 因此在设计 UV 涂料配方                          有明显的水性涂料的干燥特征， 固化过程是不连续
           及工艺方案时，必须确保紫外光源与光引发剂的匹配。                            的，先是水分蒸发、树脂聚结，再是光引发剂在紫外光
               UV LED（Ultraviolet light-emitting diode）是一种辐    照射下产生自由基引发不饱和键聚合，交联固化。
           射波长在 400 nm 以下的 LED        [4-5] ，在使用时，UV 涂料            相比传统 UV 涂料，水性 UV 涂料具有诸多优点：
           中的光引发剂吸收紫外光产生的自由基，引发不饱和                                 （1） 以水作为稀释剂：避免了活性单体的使用对
           基团聚合交联，分子链形成三维立体网状结构，使液                             涂装施工人员的伤害；避免了涂层存在单体残留带来
           态的涂料变成硬质的涂层，所以，作为紫外光源的 UV                           的气味、对使用人员身体的刺激、对涂层性能的不利
           LED 是 UV 固化技术的重要组成部分。                               影响；
                相 比 传 统 的 汞 灯 为 光 源 的 辐 射 固 化 技 术 ，UV              （2） 安全、环保：水性 UV 涂料不燃， 生产、涂装、
           LED 光源固化技术具有诸多优点：                                   存放设备及容器可直接用水清洗，减少了有机溶剂的
                （1） 能量利用率高：UV LED 的辐射主波长通常                     使用；
           为 365 nm、395 nm、405nm，汞灯的光包括 200~450nm                  （3） 使用方便：水性 UV 树脂在水中分散，黏度用
           整 个紫 外 光谱 ，UVC、UVB、UVA 和 UVV 区 域 辐 射 量              水和增稠剂配合调节， 可以适应更多种的涂装方式；
           非常显著，真正起有效固化作用的紫外光谱段只占其                             水廉价易得，废水更易处理；
           中的一部分能量； 光引发剂有特定的吸收波长，UV                                （4） 扩展应用：体积收缩率小，增强了对基材或底
           LED 固化涂料体系的吸收波长大部分是 395 nm（部分                       涂的附着，可以在更多种的基材如塑胶件上使用。

           是 365 nm）；UV LED 的光线能量高度集中在具有有                          相比于一般水性涂料，水性 UV 涂料具有诸多优点：
           效固化作用的紫外光某谱段，实际使用效果与更高光                                 （1） 漆膜性能更好：涂层的硬度、耐磨抗刮等物理
           强功率的传统高压汞灯 UV 光源相当， 从而使固化时                          机械性能极佳；耐水、耐化 学试 剂等 耐 受性 好；耐 候
           间缩短，提高生产效率；                                         性、耐黄变等耐久性能好；
                （2） 冷光源：UV LED 光源发出的是高纯度单波                         （2） 节能、环保：不像一般水性涂料需要成膜助剂
           段紫外光，几乎没有红外线的输出，被照物品表面温                             调节最低成膜温度，VOC 明显更低甚至可以为零；烘
           升低，加工件不会因受热而变形，适合塑膜等耐热性                             烤时间、光照时间短，消耗电能少；
           差或热敏感材质的使用要求；                                           （3） 干燥速度快：一般烘烤时间在几十秒，光照时


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