光固化技术与产品进展
中国感光学会辐射固化专业委员会
紫外光固化技术作为一种新型、先进的材料表面处理技术，自上
世纪60年代实现产业化以来，取得了快速的发展，特别是它的高效、
优质、环保、节能等特性，使光固化产品应用日益广泛。但是光固化
技术也存在一些缺点，主要表现为：对形状复杂的物体固化困难；对
厚涂层和有色涂层的固化比较困难；部分原材料对皮肤和粘膜有刺激
性，有一定毒性；固化时体积收缩较大，对金属基材附着力较差；原
材料价格较高等。为了克服这些弊病，近年来，人们采用了不少新技
术，研发了多种新产品，使光固化技术和产品取得了很大的进展。
1 活性稀释剂
活性稀释剂是光固化材料的重要组分，它不仅溶解和稀释低聚物，
调节体系的粘度，而且参与光固化过程，影响材料的光固化速度和固
化膜的各种性能。自由基光固化活性稀释剂主要为丙烯酸类单体，阳
离子光固化活性稀释剂主要为乙烯基醚类单体。目前常用的第一代丙
烯酸酯活性稀释剂存在对皮肤刺激性、毒性偏大和体积收缩率大等弊
病；第二代丙烯酸酯活性稀释剂是乙氧基化或丙氧基化丙烯酸酯，它
们对皮肤刺激性和体积收缩都有降低，有的粘度还减小；第三代丙烯
酸酯活性稀释剂是含甲氧端基的丙烯酸酯活性稀释剂，它们具有高转
化率，低体积收缩和高反应活性，美国沙多玛公司和德国科宁公司已
有商品出售。目前北京化工大学等单位正在研究开发具有特殊性能的
活性稀释剂，利用无机颗粒（包括纳米材料）通过溶胶-凝胶法、表面
接枝、偶联或其他手段，接上丙烯酸酯，成为无机-有机材料。由于它
既含有丙烯酸基团，可参与光聚合，又有无机颗粒，可提高耐磨性、
硬度、强度等，因而成为具有特殊性能的活性稀释剂。
2 低聚物
低聚物是光固化材料的主体，它的性能基本上决定了固化后材料
的主要性能。自由基光固化材料用的低聚物主要是各种类型的丙烯酸
树脂，如环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚
醚丙烯酸树脂和丙烯酸酯化丙烯酸树脂等；阳离子光固化材料用的低
聚物为含有环氧基或乙烯基醚的树脂，如环氧树脂、乙烯基醚树脂。
低聚物的发展方向是低粘度、高活性、多功能以及水性化：粘度低可
以减少活性稀释剂用量，也适应uv喷涂材料低粘度的要求；活性高可
以缩短固化时间，有利于提高生产效率；功能多可使一种树脂有不同
功能，减少小分子添加剂用量，改善固化材料的物理机械性能。目前
正在展开研究超支化低聚物。超支化聚合物有球状分子结构，分子之
间不易形成链段缠绕，粘度比相同分子量的线型聚合物低；又因超支
化聚合物终端官能度非常大，端基又是具有反应活性的基团，因此反
应活性极高，可以引入丙烯酸基团，成为光固化低聚物；还可引入亲
水基团，成为水性光固化树脂；引入光引发基团，成为大分子光引发
剂。中国科技大学和四川大学等高校正在开展此项研究，四川大学将
多功能性的超支化低聚物用作光致光蚀剂已经实现了商品化。
3 光引发剂
光引发剂是光固化材料的关键组分，对材料的光固化速度起决定
性作用。自由基光引发剂从结构上看为芳基烷基酮类有机物，在光固
化材料涂层固化后，残留的光引发剂或光解产物会向涂层表面迁移，
影响涂层表观和性能，也会引起黄变。有的光引发剂易挥发，大多数
光引发刘的光解产物有不同程度的异味，影响其在食品和卫生包装材
料上的使用。为了克服小分子光引发剂的上述弊病，人们设计了大分
子光引发剂或可聚合的光引发剂，目前已商品化的大分子光引发剂为
意大利宁柏迪以kip150为主的kip系列和kt系列；北京英力科技发
展公司也在开发大分子和可聚合型光引发剂。近期在研究电子给体单
体和电子受体单体结合时，经uv光照可直接光引发共聚完成光固化过
程，这种无光引发剂的光固化体系已成为光固化领域中又一个热门的
研究课题，目前已经开发了一系列以乙烯基醚单体为电子给体、马来
酰亚胺衍生物为电子受体的光固化体系。此外，还有uv自固化树脂已
开发成功，在uv光照下不用光引发剂可直接光固化，目前四川大学正
在研究此类无光引发剂光固化体系。
4 水性光固化材料
水性光固化材料继承和发展了传统的光固化技术和水性涂料、水
性油墨的许多优点，成为上世纪末以来，世界各国光固化产业特别关
注的热点。水是最廉价易得的原料，不燃不爆，又安全，对环境无污
染，因此用水来替代丙烯酸酯作活性稀释剂，是光固化技术的一个重
大进展，也是发展方向之一。为此，大量的水性光固化低聚物得到开
发，主要为水乳型、水分散型和水溶型聚氨酯丙烯酸树脂、环氧丙烯
酸树脂和聚酯丙烯酸树脂，美国氰特表面技术公司（原比利时ucb特
种表面技术公司）、德国拜耳、巴斯夫、意大利盖斯塔夫等公司都有商
品。水性光引发剂开发也引起重视，部分产品实现商品化，如瑞士汽
巴精化公司的819dw，意大利宁柏迪公司的kipem和英国大湖公司的
qtx等。水性光固化材料为水性光固化涂料、水性光固化油墨等，在
欧美日等发达国家发展较快，都有商品问世，如电沉积光致抗蚀剂、
水性uv纸张上光油、水性uv丝印油墨等；中山大学、北京化工大学
也在研发之中；北京英力科技发展公司的水性uv丝印油墨、福建洪泽
集团的水性uv上光油等都已完成商品化。
5 uv固化粉末涂料
uv固化粉末涂料综合了常规粉末涂料和uv固化技术的优点，成
为光固化技术发展的又一个新领域。由于其属于无溶剂环保型涂料，
故不存在活性稀释剂对皮肤刺激性的危害；一次涂装厚涂层，散落粉
末可回收循环使用；低温（100～140℃）流动性好，可用于热敏基材
涂装；先红外熔融流平，再uv固化，固化速度快，涂膜质量好；固化
空间小，能耗低；粉体热稳定性好，可用常规的挤出设备加工制备。
uv固化粉末涂料是一项新技术，其工业化程度取决于光固化低聚物粉
末的制造；它要求低聚物树脂有较低的熔融温度（≤-140℃）和加工
稳定性，在100～120℃低熔融温度时，有很好的流平性，涂层表面不
产生橘皮，同时在加入颜料（特别是tio2和炭黑）后，经uv光照后
成功固化。uv固化粉末涂料可用于木制品、塑料制品、合金、钢材的
涂装，甚至可应用于纸类基材。目前中密度纤维板是首选的应用对象，
而最大的潜在用途是汽车钢板和电器用彩涂钢板的涂装。从2001年
起，在连续三届欧洲和美洲辐射固化国际会议展览会上，都展出了由
各种uv涂料涂装的汽车，其中就包含有uv固化粉末涂料。美国氰特
表面技术公司一直致力于uv固化粉末涂料的研究，同时实现 uv固化
粉末涂料用树脂商品化。中国科技大学、北京化工大学和中国乐凯胶
片集团公司研究院也都在从事uv固化粉末涂料的应用开发研究工作。
6 uv油墨
uv油墨早就应用在胶印、凹印、凸印、柔印、丝印和移印等印刷
过程中。到上世纪末，由于喷墨技术进步，精度提高，喷绘机配上合
适的uv光源，设计制造出uv喷绘机，加上制备uv油墨的新原料不断
开发，终于使uv油墨进入喷墨印刷领域。uv喷墨油墨作为喷墨打印
用墨水，必须具有低粘度、良好的颜料分散稳定性，以及克服氧阻聚
能力。目前美国沙多玛公司和氰特表面技术公司都可提供用于uv喷墨
油墨的低聚物和活性稀释剂。uv喷墨油墨的另一选择就是采用水性uv
固化体系，它更环保和安全，目前正在研究开发之中。uv喷墨油墨主
要用于户外大型广告和标牌。进入本世纪后，加拿大克里奥公司、英
国色丽可公司、美国威特公司和3m公司等多家公司先后开发和生产了
uv平台式喷绘机；深圳润天智、上海泰威和沈阳飞行船等喷绘设备制
造公司也在研制生产uv平台式喷绘机。英国色丽可公司、日本dic
公司和toyo公司、美国3m公司等相继开发出uv喷绘油墨；北京化工
大学等单位也正在研制开发中。uv喷墨技术不仅用于uv喷墨印刷上，
还可用于胶印、柔印、丝印等计算机直接制版，数字化制作印制电路
板，进一步发展，还可用于制作无源元件和电子材料，前景无限好。
7 双重固化体系
光固化材料适合用于平面涂装固化，对形状复杂的物体固化比较
困难，一些厚涂层固化也比较困难。为了克服光固化材料这些缺点，
双重固化体系应运而生。双重固化体系是指光固化与其他固化体系相
结合的体系，利用光固化快速固化，再加上其他固化体系的协同作用，
使光照不到或光照较弱的部分也能固化。目前常用的双重固化体系有
自由基光固化/阳离子光固化、自由基光固化/热固化、自由基光固化/
厌氧固化、自由基光固化/湿固化、自由基光固化/氧化还原固化等，
不少体系已经应用于生产中，如印刷电路板制造中使用的光成像抗蚀
油墨和阻焊油墨就是光固化/热固化双重固化体系、通讯器材主机板用
的电子保护涂料是光固化/湿固化或光固化/氧化还原双重固化体系。
德国拜耳公司已有用于双重固化体系的低聚物商品供应。总之，双重
固化体系材料的研究开发，使光固化材料应用领域得到了进一步发展，
不限于平面涂装，可实现三维立体涂装；不限于薄涂层固化，可实现
厚涂层固化；也有利于较难固化的有色涂层的固化。