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（来源：买化塑）
廖 凇，黄宗武，付大器，梁子明
（北新嘉宝莉涂料集团股份有限公司，广东省环境友好涂料重点实验室，广东江门 529085）
摘要>
［目的］针对传统UV亚光涂料消光粉添加量大、涂层力学性能下降、触感粗糙的行业痛点，研发一种适配254nmUV肤感固化工艺的254nm紫外光固化起褶皱涂料，并分析各组成对形成褶皱的影响。［方法］采用单因素变量控制实验、采用产业化的UV涂装设备进行涂装以及专业检测仪器开展测试，分析树脂、活性稀释剂、光引发剂和粉体对UV涂料形成褶皱的影响，从而总结出一个254nm紫外光固化起褶皱涂料配方体系。［结果］实验结果表明，影响紫外光固化涂料形成褶皱的核心因素为树脂、光引发剂和粉体。其中，树脂应选用在254nm紫外光固化活性优异、柔韧性好的特殊改性聚氨酯丙烯酸酯；光引发剂需选用苯甲酰甲酸酯类光引发剂搭配深层光引发剂；粉体需添加适当体积，以调节UV涂料的收缩应力，使褶皱细腻。［结论］本研究制备的254nm紫外光固化起褶皱涂料在254nmUV肤感固化工艺下实现全亚光肤感效果，性能优于传统UV亚光涂料。
关键词 >
光固化涂料；254nm紫外光；褶皱；肤感涂料；亚光涂料
前言
254nm紫外光固化起褶皱涂料在短波长紫外光照射下产生均匀的微观褶皱结构，该微观褶皱结构赋予涂层丝滑亲肤的触感，光线在该褶皱纹理中漫反射呈现亚光效果，实现无消光材料也可获得极低光泽效果［1-2］。254nm紫外光固化起褶皱涂料凭借微观褶皱结构带来的60°光泽5GU以下的超亚光视觉效果与丝滑亲肤触感，在高端定制家具、3C消费电子外壳、汽车内饰等领域具有广阔的应用前景。
254nmUV肤感固化工艺采用的起褶皱光源主波长有172nm和254nm两种。172nm光源设备贵、灯的使用寿命比254nm的短，需要配置高纯氮气保护系统［3］，一次性投资与运营成本高；254nm光源设备，无需配置高纯氮气保护系统，灯的使用寿命比172nm的长，一次性投资与运营成本相对较低，是最具市场潜力UV肤感固化工艺。
目前国内针对254nm紫外光固化起褶皱涂料的研究较少，罗锦荣［4］等研究了面漆涂布量、LED灯预固化能量、254nm准分子灯辐射能量对254nm准分子固化涂料表面粗糙度、光泽度影响；陈珍［5-6］等研究了LED灯预固化能量、254nm准分子灯辐射能量、无极灯辐射能量、涂布量、有机硅树脂含量、活性单体TMPTA含量和氧化铝含量对254nm准分子固化涂料褶皱、光泽度和硬度的影响。为加快254nm紫外光固化起褶皱涂料在涂装行业的普及进度，本文针对254nmUV肤感固化工艺特性，设计了适配该工艺的254nm紫外光固化起褶皱涂料参考配方，系统性研究树脂、光引发剂、活性稀释剂和粉体对紫外光固化涂料形成褶皱的影响，并建立了一套适用于254nmUV肤感固化工艺的254nm紫外光固化起褶皱涂料配方体系，为同行研发254nm紫外光固化起褶皱涂料配方体系提供数据参考，推动254nm紫外光固化起褶皱涂料在装饰领域的广泛应用。
1、实验部分
1.1 主要原材料
树脂：标准环氧丙烯酸酯（EA），6105-80，江苏三木集团有限公司；聚酯丙烯酸酯（PEA），UVRA3209，广东拓普合成科技股份有限公司；聚氨酯丙烯酸酯（PUA），B-301，广东博兴新材料科技股份有限公司；特殊改性聚氨酯丙烯酸酯（MPUA），CR94049，广东昊辉新材料有限公司；耐磨型PUA，HU261，北新嘉宝莉涂料集团股份有限公司；有机硅改性PUA，HU333，北新嘉宝莉涂料集团股份有限公司；柔韧型PUA，HU252，北新嘉宝莉涂料集团股份有限公司。
活性稀释剂：丙烯酸异冰片酯（IBOA），MR1106，广东昊辉新材料有限公司；甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA），MR2101，广东昊辉新材料有限公司；二丙二醇二丙烯酸酯（DPGDA），SM627；1,6–己二醇二丙烯酸酯（HDDA），SM626，江苏三木集团有限公司；丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯（PO2-NPGDA），SM625P，江苏三木集团有限公司；三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA），SM631，江苏三木集团有限公司；乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（EO3-TMPTA），SM631E，江苏三木集团有限公司。
光引发剂：α–羟基酮（1173），JRCure1103；α–羟基酮（184），JRCure1104；苯甲酰甲酸酯类（MBF），JRCure1055；二苯甲酮衍生物（CBP），JRCure1046；氨增效剂（EDB），JRCure1101；酰基磷化物（TPO），JRCure1108；酰基磷化物（TPO-L），JRCure1110；酰基磷化物（819），JRCure1819；α–氨基酮（369），JRCure1112；均为天津久日新材料股份有限公司。
分散剂：EFKAPU4010AN，德国巴斯夫公司。
消泡剂：AIREX920，赢创特种化学（上海）有限公司。
流平剂：BYK-358N，毕克助剂（上海）有限公司。
防沉剂：BYK405，毕克助剂（上海）有限公司。
填料：滑石粉，TH056；透明粉，TT019；三氧化二铝，TZ1169；消光粉，SM027；均为北新嘉宝莉涂料集团股份有限公司。
1.2 仪器及设备
高速分散机，BGD740/1，广州标格达实验仪器用品有限公司；小车式铅笔硬度计，BGD506/2，广州标格达实验仪器用品有限公司；光泽仪，BGD513/1，广州标格达实验仪器用品有限公司；金相显微镜，MJ31，广州市明美光电技术有限公司；四灯UV固化机、砂光机、双辊涂布机，广东瀚秋智能装备股份有限公司；准分子及LED一体固化机，佛山市蓝钻科技有限公司；UV能量计，UVPowerPuck®Ⅱ，美国EIT公司。
1.3 褶皱形成机理
UV涂料薄膜通过394nmLED灯照射，涂膜发生交联固化，涂膜底部固化成固态，涂膜表面由于氧阻聚原因，轻度交联呈液态。轻度交联有释放收缩应力的作用，避免后续在254nmUV光源照射下涂膜收缩过于激烈，导致表面褶皱过大，涂膜呈现麻面而非肤感效果。然后经过254nmUV光源，薄膜表面发生剧烈的光聚合交联反应，产生适量的收缩应力，涂膜收缩，产生微米级的褶皱纹理。再经过高功率的汞灯照射，提高涂膜的光聚合交联反应程度。
1.4 基础参考配方及制备方法
本实验设计的254nm紫外光固化起褶皱涂料参考配方如表1所示。将表1的树脂、1/2量活性稀释剂投入分散罐中，以800r/min的转速分散5min；然后依次投入分散剂、消泡剂、防沉剂、深层光引发剂、表干光引发剂，保持800r/min转速分散5min；再投入粉体，把转速提高至1500r/min分散20min；最后把转速调至800r/min，投入流平剂和剩余的活性稀释剂，分散5min即可。
1.5 样板制备及涂装工艺
以200mm×300mm的三聚氰胺板为基材，按表2涂装工艺进行涂装，所得涂装板即为测试板。
1.6 主要性能测试方法及表征
测试板按相关国标、行标进行检测，254nm紫外光固化起褶皱涂料性能要求如表3所示。
其中，肤感效果：由5个本技术领域的专业人员通过指腹平贴涂膜，轻压匀速横向抚摸进行盲测并评价。其肤感效果用无肤感、肤感一般、肤感良好描述。
指研干性：测试板通过254nmUV光源固化后取出，用食指轻轻压在涂膜上，顺指针研磨5圈，若涂膜完好则为“干”，若损坏则为“不干”。
2、结果与讨论
2.1 树脂对UV涂料形成褶皱的影响
树脂是UV涂料的核心成膜物质，其结构与官能度直接决定涂层的交联密度、硬度、柔韧性、光泽度，以及在254nmUV光源照射下的固化响应特性。本实验选取UV涂料常用的标准环氧树脂（EA）、聚酯丙烯酸树脂（PEA）、聚氨酯丙烯酸树脂（PUA）以及特殊改性聚氨酯丙烯酸树脂（MPUA）进行测试。按表1的254nm紫外光固化起褶皱涂料参考配方配制试样，除树脂外，其他组分保持不变，开展单因素变量控制实验，测试结果如表4所示，涂膜外观微观图如图1所示。
从表4的数据和图1可以看出，只有特殊改性聚氨酯丙烯酸酯制备的UV涂料形成微观褶皱，有良好的肤感效果，环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、普通聚氨酯丙烯酸酯制备的UV涂料没有形成微观褶皱，无肤感效果。特殊改性的聚氨酯丙烯酸酯和普通UV树脂相比，其既能兼顾反应速度快，也能保持良好柔韧性，使其在照射254nm紫外光下发生剧烈的自由基光引发
聚合反应，在较小的收缩应力作用下能收缩形成微观褶皱。因此，经过特殊改性的聚氨酯丙烯酸酯是制备254nm紫外光固化起褶皱涂料的重要树脂。
不同的应用场景对UV涂料有不同的性能要求，UV涂料配方常添加功能性树脂，用于提高某项性能。接下来开展不同功能性树脂搭配特殊改性PUA的实验。按表1的254nm紫外光固化起褶皱涂料参考配方配制试样，特殊改性PUA和功能性树脂按质量比2︰1添加，其他组分保持不变，开展单因素变量控制实验，测试结果如表5所示。
从表5的数据可以看出，特殊改性PUA和功能性树脂按2∶1添加时，漆样依旧能产生全亚肤感效果，说明搭配少量功能性树脂并不会影响特殊改性的聚氨酯丙烯酸酯在254nm紫外光照射下发生自由基光引发聚合反应，然后在收缩应力下发生形变，形成微观褶皱。在指研干性测试中3个样品均为全干，说明在254nmUV光源照射下，该配方体系自由基光引发聚合反应非常充分，可适当减少引发剂用量或降低紫外光强度。
2.2 活性稀释剂对UV涂料形成褶皱的影响
活性稀释剂又称为单体，在UV涂料配方中既有作为稀释剂降低体系黏度的功能，也有作为成膜物质参与反应形成涂膜的作用，是UV涂料中不可或缺的成分。接下来添加不同种类的单体开展实验。按表1的254nm紫外光固化起褶皱涂料参考配方配制试样，除单体外，其他组分保持不变，开展单因素变量控制实验，测试结果如表6所示。
从表6的数据可以看出，除了反应活性最低的单官能度单体HEMA无全亚肤感效果，其他单体均有全亚肤感效果。在254nm紫外光照射下能否形成微观褶皱，取决于特殊改性聚氨酯丙烯酸酯。在此光源照射下多官能度单体所具有的刚性未表现出来，不会阻碍特殊改性聚氨酯丙烯酸酯收缩形变产生微观褶皱；而添加活性极低HEMA，会使涂膜整体的活性过低，特殊改性聚氨酯丙烯酸酯自由基引发聚合程度过低，收缩应力太小，无法发生形变产生微观褶皱。因此，254nm紫外光固化起褶皱涂料对单体种类无特别要求，但添加单体后，它的254nm紫外光固化活性不能过低。
2.3 引发剂对UV涂料形成褶皱的影响
针对UV肤感固化工艺采用394nmLED灯预固化、254nmUV光源起褶皱固化、汞灯全固化的特点，254nm紫外光固化起褶皱涂料需要使用394nm紫外光引发效率高的深层光引发剂和254nm紫外光引发效率高的表干光引发剂搭配使用的引发体系。
2.3.1表干光引发剂对UV涂料形成褶皱的影响
表干光引发剂采用UV涂料常用的引发剂品种（184、1173、CBP和MBF）开展实验。按表1的254nm紫外光固化起褶皱涂料参考配方配制试样，除光引发剂外，其他组分保持不变，开展单因素变量控制实验，测试方案及结果如表7、表8所示。
从表8的数据可以看出，表干光引发剂采用苯甲酰甲酸酯类效果最好，其次是二苯甲酮类；而α–羟基酮无全亚肤感效果。在254nm紫外光照射下能否产生微观褶皱，与表干光引发剂在该光源下的产生的活性自由基浓度有关。根据实验数据可看出，在254nm为主的紫外光源下，MBF活性最好，其次是二苯甲酮类，而α–羟基酮活性差。所以，254nm紫外光固化起褶皱涂料所需的表干光引发剂最优选择为苯甲酰甲酸酯类，其次是二苯甲酮类。
2.3.2 深层光引发剂对UV涂料形成褶皱的影响
深层光引发剂采用UV涂料常用的品种（TPO、TPO-L、819、369）开展实验。按表1的254nm紫外光固化起褶皱涂料参考配方配制试样，除引发剂外，其他组分保持不变，开展单因素变量控制实验。引发剂采用6.5%（质量分数，后同）MBF搭配0.5%深层光引发剂，测试结果如表9所示。
从表9可以看出，不管是酰基膦氧化物还是α–氨基酮，在254nmUV肤感固化工艺下均可实现全亚肤感效果。深层引发剂主要作用为固化涂层底部漆液，UV涂料固化形成微观褶皱是发生在涂膜表面，涂膜底部的固化对其影响小。所以，深层光引发剂对254nm紫外光固化起褶皱涂料形成微观褶皱无明显影响。
2.4 粉体对UV涂料形成褶皱的影响
UV涂料经常需要添加粉体，不同的粉体在UV涂料中的作用不同，254nm紫外光固化起褶皱涂料添加粉体可以降低UV涂料配方成本，增强涂层手感、耐磨、硬度等。本实验采用UV涂料常用的粉体种类（消光粉、滑石粉、耐磨粉和阻燃粉）开展实验。按表1的254nm紫外光固化起褶皱涂料参考配方配制试样，其他组分保持不变，开展单因素变量控制实验测试，结果如表10所示，涂膜微观图如图2所示。
由表10的数据和图2可以看出，添加耐磨粉、透明粉和滑石粉涂膜均异常，不能形成微观褶皱，只有消光粉涂膜正常，具有肤感效果。结合松堆密度数据分析，添加相同质量的粉体，粉体的松堆密度越小，添加的粉体体积越大，光泽越亚光，涂膜外观越好。进一步测试，以消光粉的松堆体积为标准，等松堆体积添加粉体，其他组分保持不变，开展单因素变量控制实验测试，结果如表11所示。
由表11的数据可知，添加相同松堆体积的粉体，涂膜均能实现全亚肤感。在254nm紫外光照射下能否形成微观褶皱，与涂膜固化时的收缩应力有关，添加一定体积的粉体可减小涂膜固化产生的收缩应力，从而使涂层表面形成微米级甚至是纳米级的外观褶皱。如果没有粉体降低固化时产生的收缩应力，将会形成较大的褶皱纹理，甚至是宏观可看到的网纹纹理。综上所述，粉体通过降低涂膜的收缩应力，从而促使UV涂料形成微米级甚至是纳米级的褶皱。
3、254nm紫外光固化起褶皱涂料的配方与测试结果
由表5的测试数据可知，在特殊改性聚氨酯丙烯酸酯与功能性树脂按质量比2∶1复配的体系中，表1的254nm紫外光固化起褶皱涂料参考配方的表干光引发剂用量过大，可适当降低至4.5%，结合本文2.1～2.4的实验数据，可得出如表12所示的254nm紫外光固化起褶皱涂料配方。按表12的配方体系，具体物料选用HU261、DPGDA、TPO-L，粉体选用消光粉和耐磨粉搭配，制备254nm紫外光固化起褶皱涂料，测试结果如表13所示，涂膜微观图如图3所示。普通全亚光面漆通过添加大量消光粉实现涂膜的全亚光效果，但其凹凸不平的不规则表面决定其很难实现肤感效果；而254nm紫外光固化起褶皱涂料在固化过程中形成微米级的褶皱纹理，实现了全亚光及肤感效果，254nm紫外光固化起褶皱涂料在全亚光肤感涂料领域扮演着关键角色。
4、结语
由本文的测试数据可得出，影响254nm紫外光固化起褶皱涂料形成褶皱的核心原材料为树脂、光引发剂和粉体，其中树脂提供涂膜在254nm紫外光照射下起褶皱所需的收缩应力及柔韧性；光引发剂在254nm紫外光照射下给表层涂料提供充足的自由基浓度；粉体调整涂膜的收缩应力，使其收缩应力能产生微米级甚至是纳米级褶皱。具体原材料类型为：树脂为特殊改性聚氨酯丙烯酸酯，该树脂需具有反应速度快、柔韧性好的特点；光引发剂为表干性能优异的苯甲酰甲酸酯类表干光引发剂搭配深层光引发剂；粉体种类不限，但需要添加适量的体积，以调节涂料的收缩应力，便于涂层形成微米级甚至是纳米级褶皱。
通过对影响紫外光固化涂料形成褶皱的因素分析，了解了各组分对紫外光固化涂料形成褶皱的影响规律，开发了一个254nm紫外光固化起褶皱涂料配方体系，配方的组成及最佳配方为：特殊改性聚氨酯丙烯酸酯质量分数为40%、功能性树脂20%、单体20%～29%、深层光引发剂0.5%、MBF6.5%，粉体5%～14%，辅以适量助剂。该配方体系在工业化应用中无需经过红外流平线升温，对254nm紫外光能量要求低、使用范围广。
本文聚焦于原材料的应用研究，缺乏对原材料的合成以及结构分析研究，后续研究可聚焦于树脂的改性研究，分析不同改性方式对树脂在254nm紫外光照射下的固化敏感度，探究更具性价比的改性技术路线，降低254nm紫外光固化起褶皱涂料成本，提高254nm紫外光固化起褶皱涂料的市场竞争力，加快254nm紫外光固化涂料在家具、3C消费电子外壳、汽车内饰等领域的推广。
来源：《中国涂料》2026年6月第41卷第6期
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