第三節　光固化的發展趨勢

光固化作為一門以應用為主的技術，隨著市場的發展而快速進步，從最早的木材涂裝，向不同行業滲透。應用主要包括光固化涂料、油墨、膠黏劑等，應用領域涉及電子產品（如光固化PCB油墨、光刻膠等）、生物材料（如可見光固化牙科修復、骨科修復材料、手術無線縫合光固化膠黏劑等）、交通運輸（如光固化復合材料、汽車配件光固化材料等）、通信產品（如手機制造、涂裝等）、印刷技術（光固化印刷版材、光固化印刷油墨、光固化噴墨等）、高端制造（如光固化3D打印、高性能EB材料等）、國防軍工（如EB航空復合材料、光固化軍工產品快速修復等）、建筑裝飾（如光固化現場施工、光固化建材涂裝、光固化墻紙等）等。隨著技術的不斷發展及環保意識的逐步加強，光固化的發展將迎來新的發展機遇，可能的發展趨勢包括以下幾方面。

光固化設備的發展。早期的光固化是以汞燈為主，包括有極燈、無極燈等產品。隨著《水俁公約》的簽署及人們對汞危害認識的深入，大量廢棄汞燈帶來的汞污染受到越來越多的關注；傳統汞燈由于產生大量短波，會在使用過程中生成大量的臭氧，臭氧不僅對人體有害，還會對大氣產生污染；汞燈的發光效率不高，會產生大量的熱量，造成能源浪費，并且使用壽命比較短。目前汞燈逐步被取代已是趨勢，取而代之的是UV-LED。LED由于發光效率高、無臭氧產生、發熱量低、即時開關、能耗小、波長可調節、使用壽命長等優勢，越來越多的應用開始使用UV-LED燈，但目前高功率UV-LED的波長主要集中在385nm、395nm、405nm，這些波長與當前商業化的引發劑波長不匹配，因此開發新的引發劑成為UV-LED能否取代傳統汞燈的關鍵因素之一。另外，對于長波長UV-LED，與之匹配的光引發劑也是長波長，從而會帶來涂層材料的顏色問題，對清漆的應用有一定的局限性；短波長的UV-LED目前發光效率低、使用壽命短、光強不夠高，能否開發出高功率、長壽命、短波長UV-LED是又一個決定性的因素。UV-LED的價格目前還相對較高，相信隨著技術的進步這些問題都將得到解決。

光固化主要原料如引發劑、樹脂、單體的綠色化生產。雖然光固化一直作為綠色技術在宣傳，其本身應用也是綠色的，但部分原料的生產過程需要進一步高效環保。引發劑為有機小分子，其生產過程會帶來一定的廢水、廢渣、廢氣，如何讓引發劑生產過程綠色化是擺在企業科研機構面前的重大問題；樹脂、單體由于其結構變化較大，生產工藝也各不相同，但生產過程產生廢水、廢渣是不可避免的，如何讓樹脂、單體生產工藝綠色化是另外一個重要課題。引發劑的全綠色化生產目前還有一定的困難，但單體、樹脂的綠色化已經取得不少進展，比如固體催化劑、固體阻聚劑的應用；無溶劑酯化反應；微反應器的應用；新催化劑的開發等。

新原料的開發。光固化技術發展已超過半個世紀，目前應用的主要原料如引發劑、樹脂、單體已經多年沒有太大的更新，例如主要引發劑品種不超過10種、大量應用的丙烯酸酯單體也就十余種、樹脂的結構幾乎以丙烯酸酯為主等，但新的應用日新月異，這樣對原料就提出新的要求，因而需要開發出新產品來滿足各種應用需求。從目前的文獻來看，光固化的原料發展主要有以下幾種：長波長自由基引發劑、高效引發劑、低成本陽離子引發劑、高活性單體、低黏度樹脂、高附著力樹脂、生物基樹脂基單體、水性單體及樹脂、低溫粉末樹脂、新型低成本陽離子樹脂、可降解樹脂、可重復利用樹脂等。

光固化技術從表面到本體材料的發展。目前，光固化主要用于表面處理如涂料、油墨、膠黏劑等，這主要是因為光的穿透能力有限，一般在微米級別，無法制備厚材料，這大大限制了光固化技術的應用。如何提高光固化材料的厚度一直是科研工作者的夢想。現在科學家利用前線光聚合技術、光引發多米諾固化技術、光加熱雙固化工藝、光上轉化聚合技術、即時光照工藝、逐層堆積固化工藝等已經能夠制備一定厚度的材料，最厚能達到幾十厘米，這些技術一方面可以擴充光固化的應用領域，另一方面也會帶來材料性能的革新，例如這些技術可以用于制備梯度材料、功能材料等。

光固化技術新應用與潛在應用。隨著光固化技術的發展，越來越多的領域開始利用光固化技術與工藝。每項應用考慮的因素不一樣，價格、成本、時間、環境、性能、功能等都可能成為優勢。目前可以預期的應用包括以下幾個方面。

①光固化3D打印用于工業科研模型、醫學教具、人體器官組織支架、個性化義肢義齒、康復貼身器具等快速定制，這也是目前3D打印應用最熱門的方向。

②玻纖/碳纖（FRP）增強UV/EB固化材料快速制造裝備，用于城市下水管道、住宅化糞罐、長距離排水管、輸油管、大型儲罐、救生船、無人船、隱身快艇潛航器、防彈車體、新能源輕型汽車車體、空降單兵防彈鎧甲、防彈衣、飛機殼體、工程無人機、戰斗無人機等制造與修復。

③UV地坪涂料與涂裝，用于大型室內賣場、貨倉、車庫、機庫等的快速涂裝。尤其是對于時間要求比較緊的施工，如學校需要利用短暫的假期完成裝修，醫院需要利用夜間休診完成手術室的裝修等。

④UV/EB固化電池材料，包括UV/EB固化鋰離子電池的電解質層、陽極層、陰極層、粘接密封膠等，可大幅加快鋰離子電池生產過程，并提高電池性能的一致性。

⑤UV固化印刷電子產品，包括柔性透明導電膜、OLED顯示屏（含其中電子傳輸層、空穴傳輸層、發光層制作）、密封阻隔膠、柔性電容觸摸屏等。印刷電子已成為目前最熱門的研究之一，而光固化技術的應用又是其重點研究的方向。

⑥UV/EB固化技術與材料用于光伏電池背板密封、表面低折射涂層、導電膜等制作。

⑦汽車車體及零部件UV涂裝與保護，這一應用將大大加快汽車制造業的速度，同時提高性能。

⑧UV/EB固化風力發電機葉片制造，包括葉片增強膠衣涂層、纖維增強葉片殼體等。

⑨UV固化農林水土保持應用，包括種子的UV固化水凝膠培養、沙漠治理等。這一應用如果能推廣，將大大提升光固化材料的產量。

⑩UV/EB固化環保壓敏膠無揮發氣味，耐高溫，性能優異。傳統溶劑型壓敏膠制備過程中有大量溶劑揮發，對環境的污染較大。

EB固化室內外裝修保護用各種預制建材，包括高性能墻紙、立面墻板、外飾墻板、板條等。不僅可以提高材料性能，還能減少污染，提高人們生活健康水平。

EB交聯強化工程防水卷材制造等。該技術的成功應用將大幅提升材料的防水性能及材料使用壽命，綜合成本也比較低。

EB固化印鐵、彩鋼涂裝，替代當前污染嚴重、低效的溶劑涂裝工藝。這一應用目前在我國已經展開，主要驅動力來源于對環境污染的控制，相信不久國內會有多條生產線投產。

輻射固化技術在我國目前正處于發展的迅速提升時期，各種新材料、新應用、新技術不斷出現，未來我國的輻射固化技術一定會有更好的發展。