光固化技术与应用

光聚合技术，也称为光固化技术，作为一种绿色环保技术，经过短短50余年的发展，已经用于诸多领域，如涂料、油墨、胶黏剂等。一些新的应用也不断被开发出来，例如3D打印、生物材料、电子材料、复合材料等。我国的光聚合技术起步相对较晚，*个商业化的光固化产品——PCB油墨出现在20世纪80年代末，比国外整整晚了20多年。但随着我国改革开放的不断发展，光固化在我国的应用逐渐展开，近年呈现快速增长的势头，尤其是受环保政策的影响，光固化技术的应用得到了空前的重视。在过去的一段时间内，我国出版了多部光固化的书籍，推动了光固化技术的发展。近年来，光固化技术的应用比以往任何时候都发展快速，虽然基础方面没有过多的新理论出现，但应用方面却是日新月异。为让我国的光固化研究人员及相关从业者了解*技术，我们组织国内从事光固化的教授、专家，对光固化技术与应用进行了较全面的介绍，希望能让更多的技术工作者了解光固化的新知识、新应用，为行业的发展贡献一份力量。

光是具有一定能量的光子在介质的传播，具有不同的波长。狭义光固化主要以发射紫外光谱区的光为光源；随着技术的发展或一些新的应用的出现，又发展了以长波长为光源如近红外光光固化、短波高能量的电子束为光源的电子束固化。因此，广义的光固化就包括了上述各种固化方式，也可统称为辐射固化。根据固化机理，光固化又包括自由基固化和阳离子固化机理。

本书*章对我国光固化的发展历程进行了回顾，由北京化工大学聂俊、朱晓群完成；第二章对光引发剂的发展进行了全面的总结，由北京师范大学庞玉莲、邹应全完成；第三章对光固化涂料的应用进行了总结，由北京化工大学楼鹏飞、何勇完成；第四章对水性光固化涂料进行了详细的总结，由广东工业大学罗青宏、尹敬峰、陈颖茵、张婷、刘晓暄完成；第五章详细总结了光固化油墨的发展，由北京印刷学院杨晓、黄蓓青完成；第六章总结了光固化技术在印制电路板方面的应用，由江南大学王浩东、刘仁完成；第七章对目前快速发展的3D打印技术与应用进行了全面总结，由南昌大学黄笔武完成；第八章对近年迅速发展的光固化喷墨打印技术的应用与发展进行了总结，由中科院理化技术研究所张雪琴、赵榆霞完成；第九章介绍了光固化技术在光学功能膜中的应用，由广州申威新材料科技有限公司袁慧雅完成；第十章全面介绍了光固化技术在防伪方面的应用，由中钞特种防伪技术有限公司蹇钰、朱军完成；第十一章对光固化技术在汽车配件及涂装方面的应用进行了介绍，由中山大学杨建文完成；第十二章总结了光固化技术在生物材料中的应用状况，由华东理工大学包春燕、朱麟勇完成；第十三章全面介绍了光刻胶的现状与发展，由北京师范大学王力元完成；第十四章介绍了光固化技术在复合材料制备中的应用，由暨南大学杨奇志、邢飞跃、肖浦完成；这些章节的内容是目前发展比较成熟的技术领域。从第十五章开始，我们特别安排了四章的篇幅来介绍目前国内起步较晚，正处于发展初期的新领域。第十五章介绍了近红外光诱导光聚合技术，由江南大学李治全完成；第十六章综述了阳离子光固化技术的发展，由同济大学武星宇、金明完成；第十七章总结了光固化技术在航空方面的应用，由南昌航空大学杨海涛、梁红波完成；第十八章介绍了电子束固化技术及其应用，由北京化工大学朱晓群、郭雨舒、林海、万雨卓、贾凯航、陈淳之完成。

全书由聂俊和朱晓群统稿和校正。

本书的读者对象是从事光固化产品研发的工程技术人员，大专院校、研究机构从事相关研究的科研人员，材料专业在校研究生，对光固化感兴趣的读者等。

由于光固化是一门快速发展的技术，基础研究与产品开发处于不断更新之中，一些相关理论还没有完全形成，加上其应用领域涉及的基础知识面广，限于作者的水平及阅历，书中疏漏之处在所难免，恳请读者和同仁提出宝贵意见。

编著者

2020年8月于北京化工大学

本书组织众多国内从事光固化技术的各领域教授、专家，对光固化技术与应用进行了较全面的介绍，尤其是光固化的新技术、新应用。突出介绍了光引发剂、光固化涂料、水性光固化涂料、光固化油墨等产品的生产与应用，并重点介绍了光固化技术在印制线路板、3D打印技术、光固化喷墨、光学膜、防伪、汽车配件及涂装、生物材料、光刻胶、复合材料制备中的应用；*后，对红外光引发的光聚合技术、阳离子光固化技术、辐射固化技术、电子束固化进行了充分的介绍。本书内容全面，内容深入，适合从事光固化产品研发的工程技术人员，大专院校、研究机构从事相关研究的科研人员学习参考。

从事光聚合基础与应用研究，基础研究主要包括新型光引发剂合成及性能表征；迁移性光引发剂的合成及表面聚合性能研究；基于天然产物的光聚合单体及树脂的合成；超临界光聚合；低温及结晶光聚合；光聚合温度效应、无机有机材料制备、杂化聚合等。应用研究方面包括光固化涂料、光交联保护涂层、光固化电子工业用材料、喷墨打印油墨、 光固化3D打印材料，超低粘度树脂及单体产业化等。发表科技论文300余篇，申请专利超过200项，授权100余项，PCT 2项；《新型肟酯系列高感度光引发剂及清洁生产技术》获2012年石化协会技术发明二等奖、《新型平板显示光阻用高感度光引发剂》获2012年江苏省科学技术二等奖、《含氧光敏引发聚合》获1994年中科院自然科学奖三等奖、著有《分子细胞生物学》《光聚合技术》。享受国务院特殊津贴专家（2018年）作为项目总负责人承担2017国家重点专项“微电子加工用高端超纯化学品”。 先后承担多项国家863、973项目，5项国家自然科学基金项目。

*章光固化技术原理及在我国的发展001

*节光固化技术原理002

一、光固化物质组成002

二、光固化种类003

第二节光固化在中国的发展004

一、发展历程004

二、中国感光学会辐射固化专业委员会对我国光固化的贡献008

第三节光固化的发展趋势009

第二章光引发剂研究现状及发展趋势013

*节自由基光引发剂014

一、Ⅰ型自由基光引发剂——裂解型自由基光引发剂014

二、Ⅱ型自由基光引发剂——夺氢型自由基光引发剂036

第二节阳离子光引发剂048

一、芳香重氮盐048

二、碘盐048

三、硫盐052

四、芳茂铁盐化合物052

五、茂钛类光引发剂054

六、非离子型产酸剂055

第三节光产碱剂062

参考文献067

第三章光固化技术在涂料中的应用069

*节UV固化木器涂料069

第二节UV固化塑料涂料074

第三节UV固化金属涂料078

第四节智能涂料080

一、UV固化防雾涂料081

二、UV固化自愈合涂料084

参考文献089

第四章水性光固化涂料091

*节水性光固化涂料的发展历史、机遇与挑战091

一、水性光固化涂料的发展历史091

二、水性光固化涂料的机遇与挑战093

第二节水性光固化涂料的构成094

一、水性光敏树脂（或低聚物）095

二、水性光引发剂103

三、助剂106

第三节水性光固化涂料的涂装技术与应用108

第四节水性光固化涂料的市场现状与发展方向111

参考文献114

第五章光固化技术在印刷油墨中的应用116

*节光固化油墨简介116

一、UV油墨的优势与特点116

二、UV油墨的组成117

三、UV油墨的固化及其墨膜性能125

第二节光固化技术在平版印刷油墨中的应用129

一、UV胶印油墨129

二、UV无水胶印油墨133

第三节光固化技术在凸版印刷油墨中的应用134

一、UV柔印油墨134

二、UV凸印油墨136

第四节光固化技术在丝网印刷油墨中的应用137

第五节光固化技术在凹版印刷油墨中的应用146

第六节光固化技术在其他印刷油墨中的应用148

一、UV移印油墨148

二、UV转印油墨150

三、UV-IMD油墨150

四、UV模内标签油墨151

五、UV导光板油墨152

六、UV导电油墨153

七、UV导电油墨在RFID中的应用153

八、光固化技术在烫金中的应用155

九、UV油墨展望156

参考文献157

第六章光固化技术在印制电路板中的应用159

*节PCB简介159

第二节印制电路板光致抗蚀剂161

第三节印制电路阻焊油墨165

第四节印制电路保形涂料172

参考文献177

第七章光固化技术在3D打印中的应用179

*节UV激光固化3D打印技术简介179

第二节UV激光固化3D打印光敏树脂介绍183

一、UV激光固化3D打印自由基型光敏树脂184

二、阳离子-自由基混杂型UV激光固化3D打印光敏树脂189

三、已商品化UV激光固化3D打印光敏树脂的简介及其发展趋势195

参考文献198

第八章光固化技术在喷墨打印中的应用200

*节喷墨打印技术200

一、连续喷墨打印200

二、按需喷墨打印201

第二节UV喷墨打印202

一、UV喷墨打印喷头203

二、UV喷墨打印光源205

三、UV喷墨打印机210

四、UV喷墨油墨211

第三节UV喷墨打印的应用232

一、标记和编码232

二、产品印刷233

三、包装与标签打印234

四、室内装饰237

参考文献237

第九章光固化技术在光学功能膜中的应用239

*节光固化在偏光片制备中的应用241

第二节光固化在背光源组合膜制备中的应用245

一、背光源组合膜245

二、光固化在背光源组合膜制备中的应用249

第三节光固化在其他光学膜制备中的应用252

一、光固化在光学补偿膜制造中的应用252

二、光固化在硬化膜中的应用254

三、紫外线固化技术在透明导电膜中的应用256

四、紫外线固化技术在液晶薄膜中的应用258

五、光固化技术在透明电磁屏蔽膜中的应用259

参考文献260

第十章光固化技术在防伪方面的应用262

*节光固化在微纳光学防伪技术中的应用263

一、微透镜阵列成像原理264

二、制作微纳光学元件的光固化技术266

第二节光固化在体全息中的应用267

一、体全息原理267

二、制备体全息的光固化材料269

第三节光固化在液晶防伪中的应用271

一、液晶防伪原理271

二、胆甾型液晶的光固化274

三、液晶的偏振光固化定向技术275

第四节光固化在防伪油墨中的应用277

参考文献280

第十一章光固化技术在汽车制造产业中应用282

*节车灯系统制造UV/EB固化283

第二节汽车轮毂、差速器及其他金属零部件的UV涂装保护296

一、轮毂296

二、差速器299

三、其他金属零部件300

第三节塑料与高分子复合材料汽车部件301

第四节车架与车身涂装保护307

第五节光固化在汽车内饰及其他方面的应用315

参考文献320

第十二章光固化技术在生物材料中的应用322

*节光聚合在生物材料领域的应用322

一、光聚合技术在牙科修复材料中的应用323

二、光聚合技术在骨科修复材料中的应用324

三、光聚合技术在组织工程的应用325

第二节光剪切在生物材料领域的应用326

一、光剪切在生物成像体系中的应用328

二、光剪切在光控药物释放领域的应用328

三、光剪切在水凝胶生物材料领域的应用332

四、光剪切反应调控水凝胶微环境334

第三节光偶联在生物材料领域的应用338

参考文献339

第十三章光固化技术在光刻胶中的应用341

*节光交联型负性光刻胶342

一、双叠氮体系负胶342

二、肉桂酸体系负胶343

三、重氮树脂感光胶343

四、PVA-重铬酸钾体系负胶344

第二节光聚合型负性光刻胶345

一、（甲基）丙烯酸光引发自由基聚合体系345

二、环氧化合物阳离子催化开环聚合体系SU-8光刻胶346

第三节正性光刻胶-集成电路加工用高分辨率光刻胶348

一、化学增幅型光致抗蚀剂348

二、i线光致抗蚀剂350

三、248-nm光致抗蚀剂体系352

四、193-nm光致抗蚀剂体系353

五、EUVL光致抗蚀剂354

第四节纳米压印光刻胶357

一、紫外纳米压印技术成像原理358

二、紫外压印抗蚀剂材料的性能要求358

三、用于紫外压印的抗蚀剂材料359

参考文献361

第十四章光聚合复合材料363

*节光聚合技术在制备不同形态的复合材料中的应用363

一、复合膜材料364

二、表面修饰的复合材料366

三、多孔光聚合物修饰366

第二节光聚合复合材料的制备及应用实例367

第三节光聚合技术在制备复合材料中的展望376

参考文献378

第十五章近红外诱导光聚合380

*节NIR直接诱导光聚合380

一、引发机理381

二、引发体系382

三、应用387

第二节NIR激发上转换纳米粒子原位发光诱导光聚合388

一、上转换纳米粒子（UCNPs）388

二、上转换纳米粒子原位发光诱导光聚合390

三、应用393

第三节双光子诱导光聚合397

一、双光子聚合原理397

二、双光子引发剂398

三、双光子聚合应用406

参考文献410

第十六章阳离子光固化技术的应用413

*节阳离子光聚合413

第二节阳离子光固化417

一、单体和树脂417

二、光固化涂料421

三、光固化胶黏剂422

四、光固化油墨425

第三节阳离子光刻427

第四节新型领域的应用432

参考文献437

第十七章光固化在航空领域中的应用439

*节光固化在航空涂层中的应用440

一、光固化技术在飞机蒙皮涂料中的应用442

二、光固化技术在飞机透明件上的应用450

三、光固化技术在航空功能涂层上的应用451

第二节光固化在航空复合材料中的应用455

一、光固化在复合材料成型中的应用456

二、电子束固化在复合材料成型中的应用461

参考文献465

第十八章电子束固化技术及应用467

*节电子束辐射概述467

第二节电子束设备469

一、电子加速器469

二、屏蔽装置473

第三节电子束辐射固化技术474

一、电子束辐射化学原理474

二、电子束辐射固化技术的特点475

三、电子束辐射固化材料的组成478

第四节电子束固化涂料478

第五节电子束固化油墨481

第六节电子束固化胶黏剂487

参考文献488

本书是由众多国内光固化领域的专家共同创作完成，不但总结了国内外光固化技术在各个领域的应用现状与发展趋势，也结合自己的研究成果，为读者提供了实用的技术指导。