第三节　光固化的发展趋势

光固化作为一门以应用为主的技术，随着市场的发展而快速进步，从最早的木材涂装，向不同行业渗透。应用主要包括光固化涂料、油墨、胶黏剂等，应用领域涉及电子产品（如光固化PCB油墨、光刻胶等）、生物材料（如可见光固化牙科修复、骨科修复材料、手术无线缝合光固化胶黏剂等）、交通运输（如光固化复合材料、汽车配件光固化材料等）、通信产品（如手机制造、涂装等）、印刷技术（光固化印刷版材、光固化印刷油墨、光固化喷墨等）、高端制造（如光固化3D打印、高性能EB材料等）、国防军工（如EB航空复合材料、光固化军工产品快速修复等）、建筑装饰（如光固化现场施工、光固化建材涂装、光固化墙纸等）等。随着技术的不断发展及环保意识的逐步加强，光固化的发展将迎来新的发展机遇，可能的发展趋势包括以下几方面。

光固化设备的发展。早期的光固化是以汞灯为主，包括有极灯、无极灯等产品。随着《水俣公约》的签署及人们对汞危害认识的深入，大量废弃汞灯带来的汞污染受到越来越多的关注；传统汞灯由于产生大量短波，会在使用过程中生成大量的臭氧，臭氧不仅对人体有害，还会对大气产生污染；汞灯的发光效率不高，会产生大量的热量，造成能源浪费，并且使用寿命比较短。目前汞灯逐步被取代已是趋势，取而代之的是UV-LED。LED由于发光效率高、无臭氧产生、发热量低、即时开关、能耗小、波长可调节、使用寿命长等优势，越来越多的应用开始使用UV-LED灯，但目前高功率UV-LED的波长主要集中在385nm、395nm、405nm，这些波长与当前商业化的引发剂波长不匹配，因此开发新的引发剂成为UV-LED能否取代传统汞灯的关键因素之一。另外，对于长波长UV-LED，与之匹配的光引发剂也是长波长，从而会带来涂层材料的颜色问题，对清漆的应用有一定的局限性；短波长的UV-LED目前发光效率低、使用寿命短、光强不够高，能否开发出高功率、长寿命、短波长UV-LED是又一个决定性的因素。UV-LED的价格目前还相对较高，相信随着技术的进步这些问题都将得到解决。

光固化主要原料如引发剂、树脂、单体的绿色化生产。虽然光固化一直作为绿色技术在宣传，其本身应用也是绿色的，但部分原料的生产过程需要进一步高效环保。引发剂为有机小分子，其生产过程会带来一定的废水、废渣、废气，如何让引发剂生产过程绿色化是摆在企业科研机构面前的重大问题；树脂、单体由于其结构变化较大，生产工艺也各不相同，但生产过程产生废水、废渣是不可避免的，如何让树脂、单体生产工艺绿色化是另外一个重要课题。引发剂的全绿色化生产目前还有一定的困难，但单体、树脂的绿色化已经取得不少进展，比如固体催化剂、固体阻聚剂的应用；无溶剂酯化反应；微反应器的应用；新催化剂的开发等。

新原料的开发。光固化技术发展已超过半个世纪，目前应用的主要原料如引发剂、树脂、单体已经多年没有太大的更新，例如主要引发剂品种不超过10种、大量应用的丙烯酸酯单体也就十余种、树脂的结构几乎以丙烯酸酯为主等，但新的应用日新月异，这样对原料就提出新的要求，因而需要开发出新产品来满足各种应用需求。从目前的文献来看，光固化的原料发展主要有以下几种：长波长自由基引发剂、高效引发剂、低成本阳离子引发剂、高活性单体、低黏度树脂、高附着力树脂、生物基树脂基单体、水性单体及树脂、低温粉末树脂、新型低成本阳离子树脂、可降解树脂、可重复利用树脂等。

光固化技术从表面到本体材料的发展。目前，光固化主要用于表面处理如涂料、油墨、胶黏剂等，这主要是因为光的穿透能力有限，一般在微米级别，无法制备厚材料，这大大限制了光固化技术的应用。如何提高光固化材料的厚度一直是科研工作者的梦想。现在科学家利用前线光聚合技术、光引发多米诺固化技术、光加热双固化工艺、光上转化聚合技术、即时光照工艺、逐层堆积固化工艺等已经能够制备一定厚度的材料，最厚能达到几十厘米，这些技术一方面可以扩充光固化的应用领域，另一方面也会带来材料性能的革新，例如这些技术可以用于制备梯度材料、功能材料等。

光固化技术新应用与潜在应用。随着光固化技术的发展，越来越多的领域开始利用光固化技术与工艺。每项应用考虑的因素不一样，价格、成本、时间、环境、性能、功能等都可能成为优势。目前可以预期的应用包括以下几个方面。

①光固化3D打印用于工业科研模型、医学教具、人体器官组织支架、个性化义肢义齿、康复贴身器具等快速定制，这也是目前3D打印应用最热门的方向。

②玻纤/碳纤（FRP）增强UV/EB固化材料快速制造装备，用于城市下水管道、住宅化粪罐、长距离排水管、输油管、大型储罐、救生船、无人船、隐身快艇潜航器、防弹车体、新能源轻型汽车车体、空降单兵防弹铠甲、防弹衣、飞机壳体、工程无人机、战斗无人机等制造与修复。

③UV地坪涂料与涂装，用于大型室内卖场、货仓、车库、机库等的快速涂装。尤其是对于时间要求比较紧的施工，如学校需要利用短暂的假期完成装修，医院需要利用夜间休诊完成手术室的装修等。

④UV/EB固化电池材料，包括UV/EB固化锂离子电池的电解质层、阳极层、阴极层、粘接密封胶等，可大幅加快锂离子电池生产过程，并提高电池性能的一致性。

⑤UV固化印刷电子产品，包括柔性透明导电膜、OLED显示屏（含其中电子传输层、空穴传输层、发光层制作）、密封阻隔胶、柔性电容触摸屏等。印刷电子已成为目前最热门的研究之一，而光固化技术的应用又是其重点研究的方向。

⑥UV/EB固化技术与材料用于光伏电池背板密封、表面低折射涂层、导电膜等制作。

⑦汽车车体及零部件UV涂装与保护，这一应用将大大加快汽车制造业的速度，同时提高性能。

⑧UV/EB固化风力发电机叶片制造，包括叶片增强胶衣涂层、纤维增强叶片壳体等。

⑨UV固化农林水土保持应用，包括种子的UV固化水凝胶培养、沙漠治理等。这一应用如果能推广，将大大提升光固化材料的产量。

⑩UV/EB固化环保压敏胶无挥发气味，耐高温，性能优异。传统溶剂型压敏胶制备过程中有大量溶剂挥发，对环境的污染较大。

EB固化室内外装修保护用各种预制建材，包括高性能墙纸、立面墙板、外饰墙板、板条等。不仅可以提高材料性能，还能减少污染，提高人们生活健康水平。

EB交联强化工程防水卷材制造等。该技术的成功应用将大幅提升材料的防水性能及材料使用寿命，综合成本也比较低。

EB固化印铁、彩钢涂装，替代当前污染严重、低效的溶剂涂装工艺。这一应用目前在我国已经展开，主要驱动力来源于对环境污染的控制，相信不久国内会有多条生产线投产。

辐射固化技术在我国目前正处于发展的迅速提升时期，各种新材料、新应用、新技术不断出现，未来我国的辐射固化技术一定会有更好的发展。