光（UV）固化技術是一種高效、環保、節能、優質的面向21世紀的新技術，廣泛應用于涂料、膠黏劑、油墨、光電子等領域。自1946年美國Inmont公司取得**個UV固化油墨專利、1968年德國Bayer公司開發了**代UV固化木器涂料以來，光固化涂料在全球獲得迅速發展。近幾十年來，一大批新型、高效的光引發劑、樹脂、單體和先進的UV光源被應用于UV固化，促進了UV固化涂料工業的發展。
光固化技術不斷進步
光固化技術是指以光為能源，通過光照使光引發劑分解產生自由基或離子等活性種，這些活性種引發單體聚合，使之由液體快速轉化為固體聚合物的技術，由于其能耗低（為熱聚合的1/5到1/10）、速度快（幾秒至幾十秒完成聚合過程）、無污染（沒有溶劑揮發）等優點而被稱為綠色技術。
目前中國已成為光聚合材料的**應用國之一，在該領域的發展備受國際關注。在環境污染越來越嚴重的今天，發展無污染環保光聚合技術顯得十分重要。據統計，全球每年向大氣釋放的碳氫化合物約為2000萬噸，大部分是涂料中的有機溶劑。在涂料制造過程中排放到大氣中的有機溶劑為涂料生產量的2%，在涂料的使用過程中揮發的有機溶劑為涂料量的50%~80%。為了降低污染排放，UV固化涂料正在逐漸取代傳統的熱固化涂料和溶劑型涂料。
隨著光固化技術的不斷進步，其應用領域也將逐步拓寬。早期光固化技術主要是在涂料方面，因為當時還無法解決光在有色體系中的滲透和吸收問題。但隨著光引發劑的發展以及光源功率的提高，光固化技術逐漸可以適應不同油墨體系的需求，光固化油墨獲得了迅速發展。近年來光固化技術的不斷進步，使其可以向其他領域滲透。由于基礎研究的進步，對光固化基礎機理的理解更為深入，而社會環境的變遷也會對光固化技術提出新的要求，光固化技術得以創新發展。
光固化涂料應用越來越廣泛
2019年，全球UV涂料的產值在150億美元，UV油墨的產值在50億美元左右，UV粘合劑的產值在2億美元以上；在我國，UV涂料的產值約為90億元，UV油墨產值約為60億元，UV粘合劑的產值在12 億元以上；按原料計算，光固化樹脂的產值為70億元，光固化單體產值為71億元，光引發劑的產值約為60億元。UV固化涂料包括：
光固化竹木涂料：作為我國的一個特色產品，竹家具和竹地板等制品目前多采用UV固化涂料。國內各種地板UV涂裝的比例非常高，是UV涂料的重要用途之一。
光固化紙張涂料：作為最早使用的UV涂料品種之一，UV紙張上光涂料在各種印刷品中都有應用，尤其是廣告及刊物封面，目前仍然是較大的UV涂料品種。
光固化塑料涂料：塑料制品為了美觀及耐性要求，都需進行涂裝，UV塑料涂料的種類很多，要求差異大，但多以裝飾為主，最為常見的UV塑料涂料是各種家電、手機等的外殼。
光固化真空鍍膜涂料：為增加包裝的質感，目前最常見的方法是將塑料通過真空蒸鍍進行金屬化處理，這一過程中需要用到UV底漆、面漆等產品，其主要用途是化妝品包裝。
光固化金屬涂料：金屬的UV涂料包括UV防銹底漆、UV固化金屬臨時保護涂料、金屬UV裝飾涂料、金屬UV表面保護涂料等。
光固化光纖涂料：光纖的生產從底到面需要經過4~5次涂裝，目前幾乎全部用光固化的方式完成，UV光纖涂料也是光固化應用最為成功的例子，其光固化速度可到3000米/分鐘。
光固化保形涂料：對于戶外產品，尤其是電子產品，需要經受風吹雨淋等自然環境變化的考驗，為了保證產品的長期正常使用，需要對電器等進行保護，UV保形涂料就是針對這一應用開發的，旨在延長電器的使用壽命和使用穩定性。
光固化玻璃涂料：玻璃自身的裝飾性很差，如果需要玻璃產生彩色效果，就需要進行涂裝，UV玻璃涂料應運而生，該類產品對耐老化、耐酸堿的要求高，是一款高端UV產品。
光固化陶瓷涂料：陶瓷為了增加其美觀性，需要進行表面涂裝，目前應用于陶瓷的UV涂料主要有陶瓷噴墨涂料、陶瓷花紙涂料等。
光固化石材涂料：天然石材會有各種缺陷，為了提高其美觀度，需對石材進行修飾，光固化石材涂料的主要目的就是修復天然石材的缺陷，對強度、色澤、耐磨、耐老化的要求高。
光固化皮革涂料：UV皮革涂料有兩大類，一是UV皮革離型涂料，用于人造皮革花紋紙的制備，其用量非常大；另一類是皮革的裝飾涂料，改變天然或人造皮革的外觀，增強其裝飾性。
光固化汽車涂料：車燈從內到外都會用到光固化技術，燈碗、燈罩都需要通過光固化技術來進行涂裝；汽車的內外飾中有大量部件用到光固化技術如儀表盤、后視鏡、方向盤、檔把手、輪轂、內飾條等；汽車的保險桿通過光固化技術制備，而表面涂裝也是光聚合來完成；汽車的大量電子部件如車載顯示器、中控板等等的制備也需要用到光固化材料；而現在流行的車衣，其表面的耐老化涂層也是通過光固化技術來完成的；而汽車車身涂料已經實現了光固化；汽車的漆膜修復、玻璃破損修復等也會用到光固化技術。
光固化水性涂料：為解決UV涂料噴涂需要添加溶劑而造成污染的問題，目前一個重要的方向是UV涂料的水性化，以水為溶劑來提高UV涂料的施工性能，目前國內外水性涂料都處于起步階段。
光固化粉末涂料：將普通粉末涂料與光固化技術結合，開發的光固化粉末涂料具有固化溫度低、產品質量優異、應用面廣的特點。該涂料在我國處于研發階段，但國外已經產業化。
光固化抗靜電涂料：光固化抗靜電涂料是在UV涂料中添加抗靜電組分，來增加涂層抗靜電能力的一種特殊涂料，雖然應用量不大，但有其特殊性。
光固化阻燃涂料：光固化涂料有時需要阻燃的效果，因而可以通過添加特殊阻燃劑的方法來解決涂料的阻燃問題。雖然一些通用的阻燃劑可以應用到UV涂料中賦予其阻燃效果，但由于UV涂料的特殊性，比如透光要求等，UV阻燃涂料的阻燃劑還有其特殊結構要求。
光固化氟碳涂料：氟碳涂料由于其良好的耐候性能被廣泛應用，目前光固化氟碳涂料的應用也越來越普遍，關鍵是解決不同組分的互溶性問題，需從材料的結構設計開始，制備出符合使用要求的UV氟碳涂料原料。
從原料和技術等方面提升光固化技術
就光固化技術本身而言，為了保持其固有的優勢，增強其競爭力，也需要不斷對自身技術進行更新，從原材料、新技術等方面來不斷進步，主要有以下幾個方面：
1.光固化表面改性 光固化技術由于光線傳播的限制，不能滲透到材料內部，因而其應用主要是材料表面的化學反應。在通用材料表面應用方面，從普通的印刷上光到家裝、建材、汽車內飾、戶外保護，光固化技術也都在發揮其優勢。對于一些特殊環境和對時間要求較高的應用，光固化技術有不可替代的地位，例如對學校、醫院、室內賣場、車庫等場地的裝修。由于時間的限制，如學校需要利用短暫的假期完成返修、醫院需要利用夜間休診完成手術室的裝修等等，需要一種既快速又安全的技術來完成，光固化技術是**的選擇。另一方面由于光固化涂料沒有溶劑排放，使得其安全性大大提高。
2.光固化圖案化 光固化由于其時空可控性，可用于圖形的制備及轉移。光刻技術就是利用光固化技術時空可控的性質來實現的。通過光聚合技術，可以實現芯片、LCD顯示、線路板制造的不同級別的光刻應用，將不同尺寸的圖形轉移到不同基材上，實現精密圖形制作。當前，微電子部件體積越來越小，性能越來越高，一個重要的原因就是光刻技術越來越高，所得到的線條越來越小，使得微電子器件的小型化成為可能，而且能耗也越來越低。另外，光固化技術還可以用于微流道加工、三維圖像制備、復雜結構加工等方面，這些精密的加工技術對光固化材料的要求非常高，他們的純度完全不同于普通的油墨、涂料。
3.光固化3D打印 光固化由于其快速固化的特性，特別適用于快速加工成型，如3D打印等，可以實現復雜物件的快速成型。目前3D打印技術中，光固化3D 打印的應用最為廣泛，例如以激光為光源的立體光刻技術是3D打印的基礎，是**代3D打印技術，利用激光作為光源進行快速掃面，實現三維圖形的固定。目前光固化3D打印技術已經拓展出眾多產品，光源也從最早的紫外光逐漸向可見光發展。
4.光固化生物材料 光固化技術在生物醫藥中的應用主要有口腔修復材料、骨修復、快速組織無線縫合、手術臨床模擬模型、心臟手術固定、組織缺損修復、軟組織水凝膠制備等。最早開發的光固化生物材料是光固化牙齒修復材料，目前正畸模型的光固化3D打印已廣泛應用；光固化骨科材料主要是用于取代傳統骨修復的不銹鋼材料，既可以實現快速修復，又減少二次手術取出固定部件的痛苦；光固化心臟手術固定、組織缺損修復與光固化骨修復比較類似，只是部位不同，所用材料要求不同，比如心臟由于需要跳動，所以材料需要有彈性，而不像骨頭那樣是剛性的，而不同人體組織具有不同功能及結構，就需要修復的材料同樣具有這種結構及功能，否則修復后的組織無法正常工作。無線縫合技術是利用光固化的技術，使病人的傷口快速修復，不需要進行縫合，而且這些光固化粘合劑還可以降解，不需要取出，因而可以減少病人的拆線過程，這對于在體內的手術十分重要，但是在臨床上，光固化無線縫合面臨眾多的挑戰。
5.光固化本體材料 隨著光固化技術的進步，光聚合與其他技術結合的工藝已經開始應用，如光-熱、光-潮氣技術、前線光聚合、陽離子光聚合等。光固化已經開始從表面改性逐漸向本體材料轉移，用于制備各種本體材料如光固化復合材料、光固化塊體材料、光固化的汽車、飛機、航天器部件等。例如以光為動力驅動，首先實現材料表面的聚合，由于材料聚合時會放出大量的熱量，當聚合釋放的熱量足夠引發傳統熱聚合的時候，就不再需要光照，熱聚合同樣會產生熱量進一步引發后續聚合。同樣，利用光聚合實現材料表面聚合后，如果后續能夠發生潮氣聚合，空氣中的水可以源源不斷地滲透到材料中去，使潮氣固化能夠持續發生，直到所有材料聚合而停止，這樣就可以用來制備厚度很大的材料。而對于光陽離子聚合，陽離子一旦產生，就將長期存活，這樣就可以利用光先引發陽離子聚合，而對于光不能穿透到的部位，可以利用已經存在的陽離子，通過加熱實現陽離子的繼續固化。這些技術已經在汽車保險杠、汽車內飾件、航空部件、飛機部件的制作上得到應用，尤其是汽車輕量化提上日程后，碳纖維復合材料在汽車上的應用逐漸實現量產，光固化技術的應用也越來越多。
6.光固化的其他潛在應用 太陽能電池板在制備過程中會用到光固化技術如EVA隔膜的交聯、太陽能表面的耐污涂裝、有機太陽能電池的卷對卷光固化涂裝等等；風力發電葉片的制備已經可以實現光固化，而風力葉片的破損修復時，光固化是最簡便、最有效、最經濟的方法之一。除前面提到的汽車、飛機等光固化的應用外，光固化技術在高鐵的內飾件、高鐵復合材料、輪船的內飾材料方面也有大量的應用，如光固化防火內飾板用于高鐵及郵輪、高鐵整體衛生間的涂裝等。光固化技術對破損道路進行維修，其性能與混凝土類似，能夠實現30分鐘快速完成，這樣不會造成大面積交通堵塞。對于公路指示牌，由于長期暴露在復雜的環境中，既有高溫、又有高濕，還有極低溫度、風吹日曬，而且不宜經常更換，因此要求極高，國外已經用電子束（EB）固化技術對高速公路指示牌進行表面涂裝，來達到耐老化、耐高溫高濕、耐雨雪等目的。近年來，隨著微電子制備技術的發展，光固化技術在光學膜方面的應用日趨成熟，從普通的硬化膜到增亮膜，從偏光膜到擴散膜的制備都有光固化的身影，而芯片制造的光刻膠更是十分關鍵。
未來光固化技術趨勢
光固化的發展與其原料、設備、技術的進步密不可分，未來光固化的發展包括以下幾方面：
1.功能化樹脂的開發 將含有低表面能官能團的樹脂用于耐污涂層，這些包括含硅、含氟結構單元，其硅氟結構能有效降低體系的表面能，從而起到耐污、自清潔的作用。光固化水性化樹脂主要是含有陽離子、陰離子或非離子基團的樹脂，其在水中可以溶解或分散，這樣可以用水作為稀釋劑，減少有機溶劑的應用，從而減少VOCs排放。目前水性UV樹脂**的問題是制備的涂層最終性能如抗水性、耐酸堿、耐溶劑、耐劃傷性能不能滿足需求。無機-有機雜化樹脂用于高性能表面涂層的制備，可提高硬度及耐劃傷能力，這些樹脂主要是通過溶膠-凝膠法制備納米無機粒子，使其均勻分散于有機相中，有機相提供聚合性能，無機粒子提供其他功能化。近年由于3D打印、噴墨打印、無溶劑噴涂等光固化產品的發展，對低粘度樹脂的需求逐年增加，超低黏度樹脂的開發勢在必行。由于現代光固化材料對固化涂層的性能要求越來越高，為提高材料性能，需要用高官能度的樹脂來提高聚合物性能以提高材料性能，比較有優勢的方案是用超支化聚酯等進行改性，合成可聚合樹脂。以可再生資源為基礎的樹脂開發是目前發展的熱點，如以天然油脂、天然糖類化合物、天然高分子、動植物提取物為基礎的樹脂的制備已經在進行大量的基礎研究，一些產品如大豆油改性丙烯酸酯、糠醛樹脂丙烯酸酯等已經產業化。
2.光源的發展 傳統光固化以高壓汞燈為光源，使用過程中會產生臭氧而污染環境、大量放熱而導致能源浪費，且汞本身是有毒物質等，使得汞燈的應用受到限制，開發新型光源是當前的重大任務，節能、安全、高效的LED光源是有效的替代品。開發不同波長，尤其是波長處于300nm到365nm之間的LED光源是光固化技術的重大需求，光源的高效發光是節能的關鍵。對于長波長LED如385~405nm波長的產品，目前已很成熟，但問題是與這些波長相匹配的引發劑目前還很少，使得其應用受到限制；另一方面，長波長LED光源還不能很好地解決材料表面固化的問題，因而需要開發短波長LED光源。但是，波長越短，光的能量越高，高能量會破壞有機分子使之分解，因而短波長LED的封裝材料是目前的**困難，如果能最終解決短波長LED的封裝及其高能量，那將使得光固化技術的應用得到更大的發展，因為LED光源壽命長、成本低、能耗小，這些將十分有利于光固化技術的推廣。
3.光固化新技術 EB固化技術本質上講也是光聚合技術，其差別是EB技術的波長更短，能量更高。目前EB已經在印刷油墨、表面涂裝、不干膠、復合材料、離型膜、卷鋼涂層等方面進行應用，其速度可達300 米/分鐘，既節能又環保，具有良好的發展前景。EB固化技術在我國還處于起步階段，但隨著國產EB設備的成熟，該技術的應用將會得到推廣。近幾年EB固化在印刷方面的應用已經起步，因為EB固化印刷更節能、速度更高、產品質量更好。香煙的過濾嘴是一個直接與人體口腔接觸的材料，因而其要求極高，既不能溶解于水，又不能有任何的化合物遷移出來，還不能有氣味。但是，過濾嘴是一種紙，完全不耐水，需要在這種紙上涂裝一層涂層，來實現耐水性、生物安全等性能，而EB固化涂層就是**的選擇之一。
EB固化離型膜在我國也開始應用，主要是利用EB的高能量，使得材料能夠高度交聯，這樣離型層中就不會有任何的小分子釋放出來，保證離型膜的離型穩定性，尤其對于像光學膜這種高性能的膜材料，離型層中的任何污染都會使光學膜的性能降低而無法使用，因而EB離型膜主要用于高端產品。
EB在卷鋼涂層中的應用已經在國外實現量產，但在我國還處于起步階段，其**的優勢是固化速度快，能大大提高生產效率，降低能耗，另外其產品的性能也非常優異，尤其是戶外耐老化性能遠遠高于光固化涂層和傳統的熱固化涂層。無溶劑噴涂技術主要是為解決噴涂需要添加一定量的溶劑來進行稀釋而造成溶劑污染這一問題而發展起來的。
4.陽離子光聚合技術 目前快速發展的自由基體系由于其自身的缺點，無法滿足一些應用領域的要求，因而發展陽離子光聚合是有效的補充。如對高柔順涂層，一般自由基光聚合由于材料自身的特性而無法實現，而光陽離子聚合以環氧為主體，可以較容易獲得高柔性涂層。另外對金屬基材的涂裝，自由基光聚合體系由于其快速聚合及體積收縮的原因，涂層附著力較差，而采用陽離子光聚合，環氧在聚合過程中開環而引起體積的膨脹，可以大大提高涂層的附著力。
光聚合技術的發展既與自身的技術進步相關，也與國家政策、其他領域的要求、其他行業的技術突破有關聯，在我國嚴格的環保政策之下，溶劑排放受到限制，無污染的光聚合技術必將受到青睞。
