摘要：結(jié)合石材的特點(diǎn)介紹了紫外光固化的原理，（UV）固化防護(hù)膠的配方組成及其原材料選擇和使用中應(yīng)了解的類(lèi)型及品種的主要性質(zhì)、特點(diǎn)和應(yīng)用的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：（UV）固化、低聚物、單體、光發(fā)引發(fā)劑從礦特學(xué)角度看待建筑石材時(shí)，天然石材是由各種礦物組成的一種巖石。石材之所以呈現(xiàn)出五顏六色，主要是石材中含有色礦特所導(dǎo)至誠(chéng)的。成品石材中某些活性礦物經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)吹雨打和日曬，開(kāi)始風(fēng)化，某些成分和顏色開(kāi)始有所改變。這就是我們通常所見(jiàn)到的石材銹蝕和褪色現(xiàn)象，使石材失去了原有的美麗容顏，產(chǎn)生蝕變等缺陷。然而，在自然界中經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化而不改變其成分和色彩的所謂優(yōu)質(zhì)石材畢竟是很少的。由于上述原因往往出現(xiàn)同期在建項(xiàng)目中，使用的國(guó)產(chǎn)石材，經(jīng)過(guò)數(shù)年后，在風(fēng)吹雨打日曬、空氣污染等作用下，裝飾板材的光潔度，防水、防污、抗風(fēng)化能力，板面的完整狀態(tài)及色澤等方面與進(jìn)口石材相比，遜色了許多。為什么會(huì)出現(xiàn)如此大的差異呢？往往會(huì)有人說(shuō)進(jìn)口石材的產(chǎn)品質(zhì)量就是比國(guó)產(chǎn)的石材好。其實(shí)這種評(píng)價(jià)存在偏頗。中國(guó)有句俗話(huà)說(shuō)：“人飾衣裳馬飾鞍”，形容人需要打扮才會(huì)漂亮，石材產(chǎn)品也是一樣。國(guó)外石材所以好，是因?yàn)槭拇┝?ldquo;美麗的衣裳”，進(jìn)行了產(chǎn)品包裝。而國(guó)產(chǎn)石材還在“赤身露體”，自然沒(méi)有人家美麗漂亮。幾乎所有進(jìn)口大理石板材和大部分花崗巖板材在其工廠生產(chǎn)出廠前都做了表面化學(xué)處理。而國(guó)產(chǎn)板材絕大多數(shù)企業(yè)對(duì)此尚缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，在生產(chǎn)程序中根本就沒(méi)做這項(xiàng)工序。這導(dǎo)致進(jìn)口石材優(yōu)于國(guó)產(chǎn)石材的一個(gè)必然原因之一。目前國(guó)外進(jìn)行這項(xiàng)工序時(shí)，均采用熱固化技術(shù)，有些是以多臺(tái)大鍋爐供熱的加熱方式，其存在能耗高、生產(chǎn)效率低、對(duì)環(huán)境有污染、占地面積大等不足。本文介紹的（UV）固化技術(shù)，僅用幾支紫外光燈管就可代替上述的大鍋爐設(shè)備了。所以，光固化技術(shù)是一項(xiàng)節(jié)能和清潔環(huán)保型技術(shù)，它節(jié)約能源，能耗僅為熱固化的五分之一，不含溶劑對(duì)生態(tài)環(huán)境有保護(hù)作用，不會(huì)向大氣排放毒氣和二氧化碳，故此（UV）固化被譽(yù)為“綠色技術(shù)”。下邊介紹一下（UV）固化技術(shù)：

一、什么是（UV）固化技術(shù)

它是指通過(guò)一定波長(zhǎng)的紫外光照射，使液態(tài)的樹(shù)脂高速聚合而成固態(tài)的一種光加工工藝。光固化反應(yīng)本質(zhì)上是光引發(fā)的聚合、交聯(lián)反應(yīng)。

光固化涂料是光固化技術(shù)在工業(yè)上大規(guī)模成功應(yīng)用的最早范例，也是目前光固化產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)銷(xiāo)量最大的產(chǎn)品，規(guī)模遠(yuǎn)大于光固化油墨和光固化膠粘劑。早期的光固化涂料主要應(yīng)用于木器涂裝，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)的開(kāi)拓，光固化涂料所適用于的基材已由單一的木材擴(kuò)展至紙張、各類(lèi)塑料、金屬、水泥制品、織物、皮革、石材（防護(hù)膠）等，外觀也由最初的高光型，發(fā)展為亞光型、磨砂型（仿金屬蝕刻）、金屬閃光型、珠光型、燙金型、紋理型等等。適宜涂裝方式包括淋涂、輥涂、噴涂、浸涂等。美國(guó)最大的光源生產(chǎn)商FusionUVsytem公司總裁Harbourne曾以“無(wú)處不在的輻射固化技術(shù)”為題，列舉了輻射固化技術(shù)在經(jīng)濟(jì)和生活各方面的廣泛應(yīng)用。（UV）技術(shù)已一步一步的滲透到傳統(tǒng)商品的方方面面，使商品變得更美，使廠家更能獲益。

二、（UV）固化配方的構(gòu)成及材料的選擇

任何一人光固化配方都包括以下三種主要組分：

1。聚物（或稱(chēng)預(yù)聚物、齊聚物、樹(shù)脂），賦予防護(hù)劑以基本的物理化學(xué)性能。

2。單體，又稱(chēng)為活性稀釋劑，主要用于調(diào)節(jié)防護(hù)膠體系的粘度，但對(duì)固化速率和材料性能也有影響。

3。光引發(fā)劑，用于產(chǎn)生可引發(fā)聚合的自由基或離子。

下面結(jié)合石材行業(yè)特點(diǎn)，對(duì)上述光固化材料在實(shí)際應(yīng)用中如何選擇及所考慮的一些因素介紹如下：

低聚物：是光固化產(chǎn)品中比例最大的組分之一，它和活性稀釋劑一起往往占到整個(gè)配方質(zhì)量的90%以上，是光固化配方的基體樹(shù)脂，構(gòu)成光固化產(chǎn)品的基能。當(dāng)然這些性能與光聚合反應(yīng)程度有關(guān)。所以，通過(guò)稀釋劑及其某些添加劑也可以對(duì)產(chǎn)品最終性能進(jìn)行一些調(diào)整。因此，低聚物的合成或選擇是否恰當(dāng)無(wú)疑是（UV）固化材料配方設(shè)計(jì)時(shí)的重要一環(huán)。目前市場(chǎng)分額最大的是自由基聚合機(jī)理的光固化產(chǎn)品，可供選擇的低聚物比較豐富，主要包括不飽和聚酯、環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯丙烯酸樹(shù)脂、聚脂丙烯酸樹(shù)脂、聚醚丙烯酸樹(shù)脂、丙烯酸酯官能化的聚丙烯酸樹(shù)脂等?？筛鶕?jù)石材的用途要求來(lái)選擇作為主要成膜物并決定其涂膜性能的低聚物，石材防護(hù)劑的通用要求自然是防水、防污、耐老化、表面強(qiáng)度高、滲透性好、防護(hù)持久、用量少、易操作的產(chǎn)品。還要結(jié)合石材特點(diǎn)，加以利用，如石材裝飾材料中，云石、大理石都容易獲得很好的表面拋光效果，而廉價(jià)易得的石灰石等石材較難于拋光，在加工打磨過(guò)程中，表面容易粉化又缺乏其光澤，且有較多的微孔結(jié)構(gòu)，因此容易被污物滲透侵蝕。如果能涂履一層（UV）保護(hù)膠，既可達(dá)到較美觀的裝飾保護(hù)效果，又可因其活性的碳酸鈣質(zhì)成分和其多微孔巖石結(jié)構(gòu)，有利于（UV）光固化膠的附著力問(wèn)題的解決（滲透性能好）。另外，石材裝飾材料對(duì)固化涂層的抗沖、耐磨、抗刮性能也都有較高的要求，基本配方可從環(huán)氧丙烯酸酸樹(shù)脂入手，必要時(shí)添加碳酸鈣、滑石粉等無(wú)機(jī)填料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。據(jù)此可以選擇環(huán)氧丙烯酸酯中的雙酚A型環(huán)氧丙烯酸酯樹(shù)脂，它的特點(diǎn)是：光固化反應(yīng)速率很快，固化后硬度和拉伸強(qiáng)度大、膜層光澤度高、耐化學(xué)品腐蝕性能優(yōu)異，為此作為基本選擇樹(shù)脂。

單體：活性稀釋劑的選擇要把單體的特性和應(yīng)用要求結(jié)合起來(lái)考慮，一些材料供應(yīng)商一般都會(huì)提供這方面的技術(shù)報(bào)務(wù)，供應(yīng)商會(huì)根據(jù)用戶(hù)所需要原材料的使用場(chǎng)合、條件、要求等一系列因素提出他們的使用建議，用戶(hù)可從廠商的建議中借鑒。但是生產(chǎn)中實(shí)際試用效果往往還很難一下子滿(mǎn)足用戶(hù)的要求或者一下子就能獲得一個(gè)恰如其分的良好配方。主要原因是活性稀釋劑各種因素之間是互相制約的。例如當(dāng)選用三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（TNPTA）之類(lèi)時(shí)為多官能團(tuán)單體，一般來(lái)說(shuō)它的固化速度時(shí)，將會(huì)影響所得固化層膜變脆或者粘附性能變差。如果為了減緩固化時(shí)收縮率而以增強(qiáng)防護(hù)劑的粘附力而采用單官能團(tuán)單體（如a-苯氧基乙基丙烯酸酯PHEA），固化速度卻又變慢了。也有可能廠商向用戶(hù)介紹一種單體既能滿(mǎn)足這方面要求，又能滿(mǎn)足另一方面要求時(shí)，用戶(hù)就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種單體雖好，價(jià)格接受不了，又不得不放棄使用?？傮w來(lái)講，合理選擇活性稀釋劑要綜合考慮，要求盡可能兼顧各方利弊，平衡各種影響因素，比較巧妙的配伍使用各種類(lèi)型單體，從而可以取得比較理想的效果。大多數(shù)光固化材料配方使用兩種或兩種以上的活性稀釋劑，以平衡和兼顧各種因素，以達(dá)到興利除弊之功效。例如使用TMPTA時(shí)常用TPGDA并用。

為此，首先必須對(duì)各種單體的特性及其影響因素要有較充分的了解，才能在實(shí)際應(yīng)用中作出良好的選擇。

1。稀釋性：這是單體選擇時(shí)首要考慮的因素之一，好的稀釋性說(shuō)明在配方中使用較少的單體就可以有效地降低（UV）固化膠的粘度，大體上是單官能團(tuán)的單體粘度較低，稀釋性較強(qiáng)。而多官司能團(tuán)的單體粘度較高，稀釋性較差。

2。反應(yīng)活性：活性稀釋劑的加入在降低體系粘度的同時(shí)還會(huì)增加固化反應(yīng)速度。單體的固化速度隨官能度的增加而加快，一般情況下不同官能度的稀釋劑，其光固化速度為：三官司能度大于二官能度，二官能度大于單官能度。

3。收縮性：自由基輻身固化體系在固化時(shí)通常都伴隨著體積的收縮，多數(shù)使用的場(chǎng)合下，收縮都是一個(gè)不利的因素，在金屬、玻璃、塑料、石材等基材上涂布固化時(shí)，收縮都會(huì)導(dǎo)致粘附性能變差。而對(duì)軟基材上誚用，如紙品、塑料薄膜等涂布時(shí)，固化時(shí)收縮會(huì)導(dǎo)致基材出現(xiàn)卷皺。為此，提高涂膜的粘附力，必須選擇具有低收縮率的單體作為稀釋劑。通常，官能度越高，參與固化反應(yīng)的雙鍵就越多，收縮也就越大。所以，在防護(hù)膠配方中往往采用一些單官團(tuán)單體作稀釋劑，以調(diào)節(jié)其粘度。

4。表面張力：是影響光固化膠體性能的一個(gè)重要指標(biāo)，活性稀釋劑的表面張力的大小是影響與各種基材的相互作用的因素。如潤(rùn)濕性、粘附性、滲透性和流平性都受表面張力的影響，低表面張力的膠液可以在石材表面潤(rùn)濕及鋪展，相反，則不能有效的潤(rùn)濕和鋪展，就會(huì)像水珠落在石蠟表面上樣，將形成獨(dú)立的水珠而不會(huì)散開(kāi)。雖然潤(rùn)濕性取決于保護(hù)膠的整體系的表面張力，即包括單體、低聚物、光引發(fā)劑、添加劑等有關(guān)，所以，在制作配方中加入流平劑作為添加劑，其目的是降低整個(gè)體系的表面張力。因?yàn)榕浞街谢钚韵♂寗┑挠昧枯^大些，而且各種單體表面張力相差又較大，所以，選擇合適的表面張力的單體作為稀釋劑也是一種調(diào)節(jié)體表張力的有效手段。

5。毒性、刺激性及氣味：一般來(lái)說(shuō)，單體都具一定毒性，但因化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其毒性、刺激性及氣味也存在差異，原則上講應(yīng)化先考慮選項(xiàng)用低毒性、低刺激性、無(wú)不良?xì)馕兜膯误w作活性稀釋劑。上述單體的三性是通過(guò)蒸氣產(chǎn)生作用的，為此減少按國(guó)性可降低其毒性、刺激性及氣味性。例如乙氧基改性的TMP-TA后，即為T(mén)NP（EO）TA，引入乙氧基后揮發(fā)性能下降，而刺激性地隨之減小。

光引發(fā)劑：光引發(fā)劑是光固化體系的關(guān)鍵組分，因?yàn)樗P(guān)系到防護(hù)膠體系配方在光輻照時(shí)，低聚物和稀釋劑能否迅速由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)—交聯(lián)固化。目前紫外光（UV）固化技術(shù)，按光引發(fā)劑產(chǎn)生活性自由基的作用機(jī)理不同，主要可分為兩大類(lèi)型：裂鮮型光引發(fā)劑和奪氫型光引發(fā)劑。裂鮮型光引發(fā)劑中2—羥烷基苯酮總體具有很高的光引發(fā)活性，是應(yīng)用開(kāi)發(fā)最為成功的一類(lèi)光引發(fā)劑。2—羥烷基苯酮結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的是2—羥基—2—甲基—1—苯基丙酮—1（HMPP），商品名叫作Darocur1173（Ciba公司），是目前國(guó)內(nèi)光固化行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的光引發(fā)劑之一，另一個(gè)為1—羥基—環(huán)已基苯酮（HCPK），商品名為Irgacure184，是相當(dāng)高的光引發(fā)活性，也同樣是受?chē)?guó)內(nèi)行業(yè)廣泛采用的引發(fā)劑之一。這兩個(gè)光引發(fā)劑以卓越的光引發(fā)性能和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及其綜合平衡性能深受用戶(hù)歡迎。作為奪氫型光引發(fā)劑，首先，成本低是被部分客戶(hù)樂(lè)于接受的原因，可用于一些附加值較低、品質(zhì)要求不太高的配方之中。光引發(fā)劑在（UV）固化材料中是不可缺少的組成部分，一般使用光引發(fā)劑都會(huì)產(chǎn)生過(guò)量，光照后剩余的引發(fā)劑會(huì)留在固化膜之中，在戶(hù)外會(huì)分解生成自由基，由此會(huì)進(jìn)一步引發(fā)聚合交聯(lián)，使涂層變黃又發(fā)脆，影響制品的物理機(jī)械machine/性能和使用壽命。因此，研究和開(kāi)發(fā)新型的光引發(fā)劑成為人們一直關(guān)心的課題。近年，國(guó)內(nèi)外又開(kāi)發(fā)出了乙酰磷氧型光引發(fā)劑，這類(lèi)光引發(fā)劑有BASF公司和清華紫光英力化工公司開(kāi)發(fā)的TPO型和汽巴精化的ＢＡＰＯ型光引發(fā)劑，它們的紫外吸收峰比常規(guī)的上邊提到的光引發(fā)劑如ＢＰ、1173、184、651、907等偏長(zhǎng)波，這類(lèi)光引發(fā)劑不僅適用于有顏料的固化體系，還具有分解速度快，產(chǎn)生白由基效率高，光照后光引發(fā)劑剩余量幾乎為零等優(yōu)點(diǎn)。

在實(shí)際應(yīng)用中，除了上述組分以外，還往往需要加入各種助劑，其目的是為了達(dá)到使用時(shí)的要求。為了達(dá)到良好的流動(dòng)平整性，需要加入流平劑，為了抑制體系中氣泡，需要加入消泡劑等等。一般傳統(tǒng)涂料中廣泛使用的各種助劑，都可直接應(yīng)用于（UV）固化體系中，但采用時(shí)應(yīng)考慮到（UV）固化體第的特點(diǎn)，它是從液體到形成固化膜的時(shí)間很短（幾秒），在這期間沒(méi)有溶劑大量揮發(fā)，為此助劑選用應(yīng)從這一特點(diǎn)出發(fā)，才能獲得滿(mǎn)意的效果。

當(dāng)前在90%以上副射固化中都使用紫外光源，但很多（UV）固化從業(yè)人員主要精力還是集中在光引發(fā)劑、單體、低聚物及配方的研究上，往往忽略了紫外光源的作用和影響上，有關(guān)此項(xiàng)問(wèn)題將另作探討。