摘要：結合石材的特點介紹了紫外光固化的原理，（UV）固化防護膠的配方組成及其原材料選擇和使用中應了解的類型及品種的主要性質、特點和應用的注意事項。

關鍵詞：（UV）固化、低聚物、單體、光發(fā)引發(fā)劑從礦特學角度看待建筑石材時，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至誠的。成品石材中某些活性礦物經(jīng)長期風吹雨打和日曬，開始風化，某些成分和顏色開始有所改變。這就是我們通常所見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)長期風化而不改變其成分和色彩的所謂優(yōu)質石材畢竟是很少的。由于上述原因往往出現(xiàn)同期在建項目中，使用的國產(chǎn)石材，經(jīng)過數(shù)年后，在風吹雨打日曬、空氣污染等作用下，裝飾板材的光潔度，防水、防污、抗風化能力，板面的完整狀態(tài)及色澤等方面與進口石材相比，遜色了許多。為什么會出現(xiàn)如此大的差異呢？往往會有人說進口石材的產(chǎn)品質量就是比國產(chǎn)的石材好。其實這種評價存在偏頗。中國有句俗話說：“人飾衣裳馬飾鞍”，形容人需要打扮才會漂亮，石材產(chǎn)品也是一樣。國外石材所以好，是因為石材穿了“美麗的衣裳”，進行了產(chǎn)品包裝。而國產(chǎn)石材還在“赤身露體”，自然沒有人家美麗漂亮。幾乎所有進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處理。而國產(chǎn)板材絕大多數(shù)企業(yè)對此尚缺乏足夠的認識，在生產(chǎn)程序中根本就沒做這項工序。這導致進口石材優(yōu)于國產(chǎn)石材的一個必然原因之一。目前國外進行這項工序時，均采用熱固化技術，有些是以多臺大鍋爐供熱的加熱方式，其存在能耗高、生產(chǎn)效率低、對環(huán)境有污染、占地面積大等不足。本文介紹的（UV）固化技術，僅用幾支紫外光燈管就可代替上述的大鍋爐設備了。所以，光固化技術是一項節(jié)能和清潔環(huán)保型技術，它節(jié)約能源，能耗僅為熱固化的五分之一，不含溶劑對生態(tài)環(huán)境有保護作用，不會向大氣排放毒氣和二氧化碳，故此（UV）固化被譽為“綠色技術”。下邊介紹一下（UV）固化技術：

一、什么是（UV）固化技術

它是指通過一定波長的紫外光照射，使液態(tài)的樹脂高速聚合而成固態(tài)的一種光加工工藝。光固化反應本質上是光引發(fā)的聚合、交聯(lián)反應。

光固化涂料是光固化技術在工業(yè)上大規(guī)模成功應用的最早范例，也是目前光固化產(chǎn)業(yè)領域產(chǎn)銷量最大的產(chǎn)品，規(guī)模遠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用于木器涂裝，隨著技術的不斷發(fā)展和市場的開拓，光固化涂料所適用于的基材已由單一的木材擴展至紙張、各類塑料、金屬、水泥制品、織物、皮革、石材（防護膠）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。美國最大的光源生產(chǎn)商FusionUVsytem公司總裁Harbourne曾以“無處不在的輻射固化技術”為題，列舉了輻射固化技術在經(jīng)濟和生活各方面的廣泛應用。（UV）技術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（或稱預聚物、齊聚物、樹脂），賦予防護劑以基本的物理化學性能。

2。單體，又稱為活性稀釋劑，主要用于調節(jié)防護膠體系的粘度，但對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。

下面結合石材行業(yè)特點，對上述光固化材料在實際應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配方質量的90%以上，是光固化配方的基體樹脂，構成光固化產(chǎn)品的基能。當然這些性能與光聚合反應程度有關。所以，通過稀釋劑及其某些添加劑也可以對產(chǎn)品最終性能進行一些調整。因此，低聚物的合成或選擇是否恰當無疑是（UV）固化材料配方設計時的重要一環(huán)。目前市場分額最大的是自由基聚合機理的光固化產(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)氧丙烯酸樹脂、聚氨酯丙烯酸樹脂、聚脂丙烯酸樹脂、聚醚丙烯酸樹脂、丙烯酸酯官能化的聚丙烯酸樹脂等。可根據(jù)石材的用途要求來選擇作為主要成膜物并決定其涂膜性能的低聚物，石材防護劑的通用要求自然是防水、防污、耐老化、表面強度高、滲透性好、防護持久、用量少、易操作的產(chǎn)品。還要結合石材特點，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，而廉價易得的石灰石等石材較難于拋光，在加工打磨過程中，表面容易粉化又缺乏其光澤，且有較多的微孔結構，因此容易被污物滲透侵蝕。如果能涂履一層（UV）保護膠，既可達到較美觀的裝飾保護效果，又可因其活性的碳酸鈣質成分和其多微孔巖石結構，有利于（UV）光固化膠的附著力問題的解決（滲透性能好）。另外，石材裝飾材料對固化涂層的抗沖、耐磨、抗刮性能也都有較高的要求，基本配方可從環(huán)氧丙烯酸酸樹脂入手，必要時添加碳酸鈣、滑石粉等無機填料進行補強。據(jù)此可以選擇環(huán)氧丙烯酸酯中的雙酚A型環(huán)氧丙烯酸酯樹脂，它的特點是：光固化反應速率很快，固化后硬度和拉伸強度大、膜層光澤度高、耐化學品腐蝕性能優(yōu)異，為此作為基本選擇樹脂。

單體：活性稀釋劑的選擇要把單體的特性和應用要求結合起來考慮，一些材料供應商一般都會提供這方面的技術報務，供應商會根據(jù)用戶所需要原材料的使用場合、條件、要求等一系列因素提出他們的使用建議，用戶可從廠商的建議中借鑒。但是生產(chǎn)中實際試用效果往往還很難一下子滿足用戶的要求或者一下子就能獲得一個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。例如當選用三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（TNPTA）之類時為多官能團單體，一般來說它的固化速度時，將會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收縮率而以增強防護劑的粘附力而采用單官能團單體（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介紹一種單體既能滿足這方面要求，又能滿足另一方面要求時，用戶就會發(fā)現(xiàn)這種單體雖好，價格接受不了，又不得不放棄使用。總體來講，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，以達到興利除弊之功效。例如使用TMPTA時常用TPGDA并用。

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

1。稀釋性：這是單體選擇時首要考慮的因素之一，好的稀釋性說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，大體上是單官能團的單體粘度較低，稀釋性較強。而多官司能團的單體粘度較高，稀釋性較差。

2。反應活性：活性稀釋劑的加入在降低體系粘度的同時還會增加固化反應速度。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通常都伴隨著體積的收縮，多數(shù)使用的場合下，收縮都是一個不利的因素，在金屬、玻璃、塑料、石材等基材上涂布固化時，收縮都會導致粘附性能變差。而對軟基材上誚用，如紙品、塑料薄膜等涂布時，固化時收縮會導致基材出現(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，參與固化反應的雙鍵就越多，收縮也就越大。所以，在防護膠配方中往往采用一些單官團單體作稀釋劑，以調節(jié)其粘度。

4。表面張力：是影響光固化膠體性能的一個重要指標，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濕及鋪展，相反，則不能有效的潤濕和鋪展，就會像水珠落在石蠟表面上樣，將形成獨立的水珠而不會散開。雖然潤濕性取決于保護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，所以，在制作配方中加入流平劑作為添加劑，其目的是降低整個體系的表面張力。因為配方中活性稀釋劑的用量較大些，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節(jié)體表張力的有效手段。

5。毒性、刺激性及氣味：一般來說，單體都具一定毒性，但因化學結構不同，其毒性、刺激性及氣味也存在差異，原則上講應化先考慮選項用低毒性、低刺激性、無不良氣味的單體作活性稀釋劑。上述單體的三性是通過蒸氣產(chǎn)生作用的，為此減少按國性可降低其毒性、刺激性及氣味性。例如乙氧基改性的TMP-TA后，即為TNP（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鍵組分，因為它關系到防護膠體系配方在光輻照時，低聚物和稀釋劑能否迅速由液態(tài)轉變成固態(tài)—交聯(lián)固化。目前紫外光（UV）固化技術，按光引發(fā)劑產(chǎn)生活性自由基的作用機理不同，主要可分為兩大類型：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，是應用開發(fā)最為成功的一類光引發(fā)劑。2—羥烷基苯酮結構最為簡單的是2—羥基—2—甲基—1—苯基丙酮—1（HMPP），商品名叫作Darocur1173（Ciba公司），是目前國內光固化行業(yè)應用最為廣泛的光引發(fā)劑之一，另一個為1—羥基—環(huán)已基苯酮（HCPK），商品名為Irgacure184，是相當高的光引發(fā)活性，也同樣是受國內行業(yè)廣泛采用的引發(fā)劑之一。這兩個光引發(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歡迎。作為奪氫型光引發(fā)劑，首先，成本低是被部分客戶樂于接受的原因，可用于一些附加值較低、品質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)劑都會產(chǎn)生過量，光照后剩余的引發(fā)劑會留在固化膜之中，在戶外會分解生成自由基，由此會進一步引發(fā)聚合交聯(lián)，使涂層變黃又發(fā)脆，影響制品的物理機械machine/性能和使用壽命。因此，研究和開發(fā)新型的光引發(fā)劑成為人們一直關心的課題。近年，國內外又開發(fā)出了乙酰磷氧型光引發(fā)劑，這類光引發(fā)劑有BASF公司和清華紫光英力化工公司開發(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等偏長波，這類光引發(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。

在實際應用中，除了上述組分以外，還往往需要加入各種助劑，其目的是為了達到使用時的要求。為了達到良好的流動平整性，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，都可直接應用于（UV）固化體系中，但采用時應考慮到（UV）固化體第的特點，它是從液體到形成固化膜的時間很短（幾秒），在這期間沒有溶劑大量揮發(fā)，為此助劑選用應從這一特點出發(fā)，才能獲得滿意的效果。

當前在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，有關此項問題將另作探討。