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3.1光固化树脂

光固化树脂是含有亲水性基团和不饱和官能团的预聚物，决定了整个涂料的基本性能，官能团的种类影响涂料的固化速度。亲水基团可是羧基、磺酸基、氨基、醚基或酰胺基等，目前用得最多的亲水基团是羧基，不饱和基团通常采用丙烯酰基、甲基丙烯酰基、烯丙基或乙烯基醚等。亲水基团使得水性UV固化树脂的分子结构更加复杂。通过与带不饱和双键或亲水基团的单体反应，使之获得UV固化能力和亲水性是目前水性UV固化树脂的主要合成思路。水性UV不饱合聚酯通过传统的多元醇和多元酸缩聚反应得到，为了使其获得亲水性，向其中引入亲水性组分，主要有聚乙二醇、偏苯三酸酐等。不饱和聚酯在UV固化过程中最大的缺点是聚合过程的氧阻聚现象特别严重。向偏苯三酸酐引入羧基，然后中和成盐使树脂获得自乳化能力，另外采用三羟甲基丙烷二烯丙基醚经酯化反应在分子链末端引入醚键和双键，增加抗氧阻聚性能[51]。水性UV超支化低聚物是一种新型的低聚物，也是最近研究的热点，它具有球形或树枝状结构，表现出与线型聚合物不同的特性，如低熔点、低黏度、易溶解和高反应性等。Shi等[52]报道了由多羟基功能性脂肪族聚酯为核心所组成的水性超支化聚酯(WBHP)，由于其具有良好的水溶性、低黏度，故可以减少稀释用水，显示了良好的降黏效果。与高浓度的甲基丙烯酸酯在紫外光照射下，其反应速率呈上升趋势。双酚A环氧丙烯酸树脂的结构中含芳环和侧位羟基，有利于提高附着力。芳环结构还赋予树脂较高的刚性，涂膜较高的硬度、光泽、拉伸强度以及很好的热稳定性和耐化学品性，缺点是固化膜柔性不足、脆性高，光固化后膜层中残余的丙烯酸酯基团较多，在环氧丙烯酸酯预聚物中引入乙烯基可以显著提高它的附着力、耐黄变性和耐腐蚀性等[53]。聚氨酯丙烯酸酯预聚物是目前研究和开发最活跃的体系。聚氨酯丙烯酸酯预聚物分子中的氨酯键使得高聚物分子链间能形成多种氢键，使涂膜具有耐冲击性、耐磨性和耐化学品性等。结合聚氨酯的综合性能优势和聚丙烯酸酯的价格较低的优势，采用接枝的办法解决了在简单共混时可能出现的相分离问题[54]。Chen等[55]合成了一种新型水性UV固化聚氨酯丙烯酸酯，通过双羟基丙烯酸酯(PE-DA)和单羟基的HEA引入双键，此种方法制得的PUA分散体一些性能甚至比溶剂型的产品要好。此外还可以用多官能团单体对聚氨酯丙烯酸酯进行改性获得UV固化能力和亲水性。目前沙多玛、拜耳、巴斯夫等公司已有商品化UV固化PUA水分散体，PUA水性涂料已在纸张上光油、木器清漆、丝印油墨、电沉积光致抗蚀剂等领域应用。

3.2光引发剂

作为光固化材料的重要组成部分，光引发剂的作用是吸收一定波长的光能后产生活泼自由基或阳离子，引发或催化相应的单体或预聚物的聚合。水性光固化涂料一般只能用自由基型光引发剂。自由基聚合光引发剂有裂解型和夺氢型。前者在受光激发后，分子内分解自由基，是单分子光引发剂，以芳基烷基酮衍生物为主。夺氢型光引发剂吸收光能，在激发态与助引发剂发生双分子作用，产生活性自由基。这类引发剂主要有二苯甲酮叔胺光引发体系、硫杂蒽酮叔胺光引发体系。苯乙酮类光引发剂为了提高水溶性和易水分散性，主要引进一个侧链基到α，α2二甲基-2-羟苯乙酮的苯基上，增加它的亲水性或表面活性剂的特性，分子中引进十二烷基侧链，既能起分散作用，又能降低挥发性。多官能化的α-羟基酮，在引发过程中不会释放挥发性的光降解产物，而且不易从固化产物中迁移出来[56]。硫杂蒽酮类水性光引发剂的水溶性好，具有很强的吸光能力和较高的活性[57]。硫杂蒽酮以叔胺(如三乙醇胺)作为活性供氢体，具有很高的固化速度。

3.3助剂

外乳化型光固化水性涂料须使用表面活性剂，尤其是长链脂肪酸与长链烃磺酸的铵盐常用作水性涂料的表面活性剂。表面活性剂因其与固化膜的相容性问题，如易富集于固化膜表层，并有易透性和易萃取性，而有损固化涂层的性能，也容易引起卫生安全问题。较好的解决办法是采用可聚合表面活性剂，使之参与光交联过程而固定在固化膜中，因此可聚合表面活性剂应具有适当的活性和亲水性，同时也可采用大分子表面活性剂以克服小分子表面活性剂易迁移、易起泡的缺点。如一些嵌段共聚物、接枝共聚物等。采用可聚合表面活性剂和大分子表面活性剂可制得固体含量40%～50%涂料[54]。此外，其他涂料中用的分散剂、流平剂、消泡剂等助剂以及制备色漆的颜料等也必不可少。水性UV固化涂料对这些助剂及颜料具有更高要求，必须考虑它们对紫外光固化体系、聚合成膜过程及涂膜性能的影响。光固化水性涂料由于其独特的优点，可广泛用作塑料清漆、罩印清漆、光聚合物印刷版等，同时在木器、塑料涂饰方面有较高应用价值。我国的水性光固化涂料近10年来得到了迅速发展，但与发达国家相比，在品种、质量、市场规模、研发方面还有差距，需对引发效率高、可聚合、可乳化以及高相对分子质量的水性光引发剂进行深入的研究。

4水性环氧树脂涂料

环氧树脂具有优异的金属附着性和防腐蚀性，同时还有很好的化学稳定性和粘接性能，故水性环氧涂料成为各国研究水性涂料的重点之一。是目前用于金属防腐蚀最为广泛、最为重要的树脂之一。水性环氧涂料是由双组分组成：(1)疏水性环氧树脂分散体(乳液)；(2)亲水性的胺类固化剂。其中关键在于疏水性环氧树脂的乳化，环氧树酯的水性化主要有环氧树脂乳化以及固化剂乳化法两种方法。

4.1环氧树脂乳化法

环氧树脂水性化技术的研究重点和热点是化学改性。化学改性即通过对环氧树脂分子或固化剂进行改性，引入亲水基团，使环氧树脂和固化剂本身具有乳化剂的特性，不用外加乳化剂就能分散于水中。常用的化学改性方法有自由基接枝改性法，功能性单体扩链法，即通过适当的方法在环氧树脂分子中引入羧酸、磺酸等功能性基团，再中和成盐。自由基接枝改性法是利用双酚A环氧树脂分子链中的亚甲基活性较大，在过氧化物作用下易于形成自由基，能与乙烯基单体共聚，可将丙烯酸、马来酸酐等单体接枝到环氧树脂分子链中，再中和成盐，得到不易水解的环氧树脂。由于这种接枝与通过酯键接枝于环氧骨架上的乳液相比比较稳定，这种乳液可用苯酚或苯甲酸将环氧官能基封端。有报道使用丙烯酸类单体与环氧树脂接枝共聚反应，在环氧树脂中引入强亲水性基团—COOH使树脂水性化[58]。美国瓦尔斯巴(Valspar)有限公司[59]将环氧树脂与水分散性丙烯酸类树脂进行自由基反应，制得一种能有效防止铁和非金属底材腐蚀、具有低VOC的水性涂料组合物。功能单体扩链法是利用环氧基与一些低分子扩链剂如氨基酸、氨基苯甲酸、氨基苯磺酸等化合物上的基团反应在环氧树脂分子链中引入羧酸、磺酸基团，再中和成盐，可制备分散性稳定且涂膜性能优良的水性涂料[60]。