1.緒言
UV作爲一種新的加工技術在澳大利亞獲得商業化已經有25年以上的時間了,而且現 在行情繼續看好。該項技術正以每年接近10%的速度穩步發展,尤其是在表面塗料和相關工業方面。本文有兩個目的,第一,向有可能成爲新的最終用戶的成員介紹該技術,包括該技術的簡要原理的初步介紹。第二是向現行的最終用戶介紹該技術的最新流行形勢,特別是在澳大利亞的進展情況。因爲這種進展是同海外類似技術的發展相聯系的。在這第二部分中還將介紹在澳大利亞與該項技術有關的正在進行的基礎研究的簡要情況。
澳大利亞把UV固化技術引用到社會許多重要應用領域特別是安全設施方面。例如澳大利亞的聚合物紙幣(銀行貨幣)是世界上唯一的流通貨幣,就是運用UV塗料和UV固化技術的研究成果。該工藝投入生産已經8年了,而且在反僞造問題上非常成功。它還是一項出口賺取外彙的技術,因爲許多國家的流通幣現在采用Australian Reserve Bank(澳大利亞貯備銀行)的技術進行生産。
2.光固化技術
UV固化是通過一種單體/低聚物的混合物的快速聚合而獲得一種也可交聯的塗膜的一種技術。UV體系的這種快速聚合是用光引發劑和高性能的燈來實現的。UV固化技術所采用的樹脂體系(表1)涉及到一種基本低聚物、實質上它是一種低分子量(約2500 )的預聚物，常用的有氨基甲酸酯丙烯酸酯，環氧丙烯酸酯,聚酯丙烯酸酯或聚醚丙烯酸酯，雖然像乙烯基醚那些不含丙烯酸酯的低聚物之類，也正被逐漸彩。低聚物的粘度較高,爲便于施工和提高交聯固化速度，需要加入單體作爲活性稀釋劑來調整樹脂的流變性。活性稀釋劑的結構對最終塗膜的性能如流動性，滑爽性，潤濕性，溶脹性，收縮性，附著力以及塗膜內部的遷移性是有重要影響的。活性稀釋劑可以是單官能度的，也可以是多官能度的，後者較好，因爲它可以使固化時的交聯度提高。對活性稀釋劑的性能要求有、稀釋能力、溶解性、氣味、降低介質粘度的能力、揮發性、官能度、表面張力，聚合時的收縮性，均聚物的玻璃化溫度(Tg)，對整個固化速度的影響力和毒性。所采用的單體應該對皮膚刺激性並經Draize測定其值不超過3級的單體。用作活性稀釋劑的典型單體是三丙二醇二丙烯醚酯（TPGDA）品種(1)
三丙二醇(1)二丙烯酰酯(TPGDA)
表一-UV固化塗料的典型配方 組分 % 低聚物 40-50 單體 40-50 光引發劑/光敏劑 1-10 表面活性劑,助劑 0.5-1.0 顔料(如果需要,其用量控制在以得到滿意的遮蓋爲准)
在UV固化的化學機理方面快速聚合反應用實際上是在合適的光引發劑和/或光敏劑以及高性能的燈光條件下産生遊離基反應而實現的。能産生遊離基的和産生陽離子中間體的光引發劑都是可以使用的。但在現今工業上經常彩前一種(即能夠産生遊離基的光引發劑)。遊離基的光生作用可以由兩種方法獲得。第一種方法是通過光激分子的裂解而産生一遊離基對(方程式),這是一種分子內部的過程。方程式1中的樣品是Ciba Geigy的Irgacure 651,化學名稱是2,2-二甲氧基-2苯基苯乙酮。
産生遊離基的第二種方法是發生在激發的光敏劑和氫給予分子之間的奪氫反應。用于此法的典型體系是胺類和二苯甲酮的混合物，其中三乙胺、二苯甲酮是最經濟實用的一種。胺二苯甲酮系統是非常經濟和最常用的，其副作用如發黃不是問題。不足之處是該法所用的光引發劑是過量的，這是達到快速固化所需要的，在固化完成之牾沒有反應的光引發劑就殘留在固化膜中。
在UV體系的引發技術方面，最近研究的是陽離子光引發劑的使用。三芳基硫鹽是這類光引發劑的典型例子，如方程式2，3和4所示。在這個陽離子系統中，活化過程類似于遊離基聚合過程，即：光吸收，增感作用，引發，傳遞和最後的鏈終止。陽離子體系的一個優點是反應不會受到氧的抑制，而傳統的遊離基引發劑卻會受到氧的抑制作用。但是，陽離子引發劑卻對親核性的雜質諸如水很敏感，這類雜質會中和陽離子使鏈增長發生終上。陽離子引發劑在價格上相對較貴，因此目前也不常用。 3.大力推行UV技術
目前在塗料工業中尤其是在刻蝕藝術方面采用新技術的舉正在增加。高質量的刻蝕藝術要求和健全起來的環保法規要求導致工業界支考查像UV這一類技術的廣泛用途。塗料工業采用UV技術現已顯示的主要影響是有利生態環境，因此這對環境態勢已引起人們關心的當今世界是很重要的。
如果同常規的溶劑型體系相比較，采用UV技術的一般優點列于表2中。從有益于環境角度考慮，UV塗料無揮發性是關鍵。在UV體系中，最終用戶意識到可用單體代替溶劑來降低塗料的粘度。它們不會揮發汙染工作環境並發生溫室效應。表2所列的UV固化技術的優點是自使用該技術以來25年的經驗總結。除了有利于環境保護以外，UV材料還具有快幹性，對各種底材附著力好（化學上），而且在加工程度上很容易控制，其施工設備停歇通宵後第二天啓動無需作准備。該技術的另一優點是廢料少。在遠離熱源和UV光的適宜條件下塗料可長時間貯存，而且可以重複使用。與世界上其它國家相比，溶劑以及相關的溫室效應的影響對于澳大亞來講又特別重要，因此，采用UV技術在環境保護方面的優點成爲其最重要的性能之一。最後，使用UV技術其它的優點包括：可以制得用其它技術不能獲得的性能的産品；還因爲其設備的緊湊性從而可以節省工廠的空間；還有加工方法的多樣性及適應性好使有可能快速更換花色品種。
表2-UV技術優于常規體系之處 1.沒有溶劑-溫室效應 2.有利于環境保護 3.工作埸地無汙染 4.快速生産 5.室溫固化 6.産品有獨特性能 7.節省能源 8.易洗滌 9.節約空間 10.高光澤 11.廢料少 12.方法多樣性、適應性、産品更換快 4.UV技術當前的局限性
由于塗料的UV固化還是一種出現時間不長的技術，存在著有待解決的一系列問題，因此UV在塗料中的應用還能繼續擴大。該技術的局限性列于表3中，最重要的問題之一是經濟因素，即用于該技術的基本原料價格較高。這些原料包括低聚物和單體，它們比起相應的溶劑型塗料來要昂貴得多。然而，我們應記住，該項技術是采用100%固體物料的工藝，與其競爭對手溶劑型塗料相比，它可以因節省溶劑而得到補償。采用UV固化的一個主要問題，也是目前正在逐漸解決的問題就是著色體系問題。用UV穿透顔料體系特別是白色顔料是有困難的，然而，最近的研究工作采用新型光引發劑以及設備設計上的改進已正在解決這個重要問題。因UV塗料是100%的固體，在某些埸合其施工也是較困難的，另外，要降低塗料的粘度以得到好的流變性也是困難的。爲了克服這些特殊性的困難，正在開發新的技術，特別是在噴塗施工方面的技術。UV是一種視線性的固化技術，這限制了可以塗裝與固化的底材類型。在某些施工中，由于快速固化導致塗層的快速收縮，使塗層對底材的附著力出現問題；于是，在固化時塗料與底材之間的協調性降低了，因而也降低了附著力。丙烯酸酯類低聚物和單體的毒性直到最近還是個問題，主要是對皮膚的刺激性。然而，我們憑著經驗，已經將與該問題相關的某些單體和低聚物作出鑒別並使該問題基本上得到控制。最後，推廣該項技術的主要限制因素之一是目前采用的UV固化的化學問題。這實質上是隨著現在乙烯醚被越來越多的而産生的丙烯酸酯的化學問題。因而，爲了能使該項技術推廣到至今還沒有獲得滿意效果的領域中去，一個範圍很寬的化學領域是需要的。
表3-用UV代替傳統體系時的一般問題；1.經濟性-基本材料價格高；2.著色系統的困難；3.因100%固體份導致的施工困難；4.視線性固化的問題；5.附著力的問題,塗料與底材匹配問題；6.需要廣泛範圍的化學；7.毒性(對皮膚的刺激性)
5、應用
在這部分中除了介紹塗料，也介紹了油墨，因爲對于許多應用，這兩方面的研究是相聯系的。許多最終用戶在印刷之後以罩面漆來完成整個加工。UV應用的主要領域在澳大利亞的情況如表4所示，塗料用于刻蝕藝術工業有著最大的與最多樣化的市埸。UV塗料最大的應用是包裝紙及包裝板材料在印刷之後的罩面清漆以及刻蝕工業方面。
表4-澳大利亞UV應用的主要領域國；1.印刷品罩面清漆；2.石印油墨；3.絲網印刷油墨；4.木器漆；5.塑料品塗裝與印刷；6.現行銀行紙幣；7.光導纖維
然而，還有許多較小的適用市埸可用這種塗料，而且從理論上講，任何底材都可能彩UV固化清漆塗裝。從規模上，油墨構成第二大應用領域，特別是在石印及絲網印刷方面。在後面領域（即絲網印刷）澳大利亞已有50%以上的生産線轉到UV技術上。木材塗裝國內也已積極采用該技術，這是一個有趣的複蘇現象，特別是在地板和門的塗裝方面，它仍然是該技術的主要應用領域。在第二大應用領域中，塑料塗料是其中的一個。在這一方面，銀行紙幣的生産有著特別重要的意義，因它涉及到聚丙烯底材用UV固化塗料。當銀行紙幣是紙質的時候，該紙幣始産量爲5.5億張。然而，采用了UV聚合物體系，由于使用壽命延長了，紙幣生産量下降到2億張。在世界上，特別是在澳大利亞，這種銀行紙幣有著主要的意義，因此在本文中銀行紙幣將單獨予以介紹。光導纖維方面也是使用該技術的主要領域之一，並繼續在更多的設置于國內的光纜線上推廣應用。
UV技術應用的第二個常用範圍是那些雖然不是很在但已經確立並具有最在發展潛力的領域。這一方面已到表5中，其中混合印刷體系是最有發展前途的，即該體系的印刷與塗裝是在一條生産線上進行的。它得以發展的原因之一是設備的利用率高例如石印的雙塗布機。用這種設備能完成的加工型式早幾年前就已經知道，但那時這種設備卻不能利用。選擇這種技術的主要原因之一是經濟方面，因爲這可使比較有效的UV加工發揮最大的利用率。
表5-具有很大發展潛力的UV應用領域 ：1.聯合實施印刷與塗裝：傳統法、水法、UV法 ；2.金屬裝飾及塗裝; 3.彩色紙塗料；4.層壓和粘合；5.矽脫模劑；6.膠印油墨；7.電子産品 | 
