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摘要：闡述了水性UV涂料在塑膠基材上的應用現狀及趨勢；分析了影響水性UV涂料性能的關鍵因素；針對現有問題提出了水性UV涂料開發和改進建議。

關鍵詞：水性UV；水性涂料；塑膠基材；3C消費電子

引 言

因環保和VOC排放管控要求以及碳排放、碳中和的全球倡議，溶劑型涂料在全世界尤其在中國大陸地區的使用限制越來越多，而水性涂料應用則越來越受歡迎，尤其是在3C消費電子涂料領域，水性化正在逐步加快。UV涂料因具有快速固化、硬度高、耐化性好等優點，在PC、ABS等塑膠基材上應用非常廣泛，但油性UV涂料仍有大量的有機溶劑在使用，因而受到諸多限制，而更具環保性的水性UV涂料則不含或者只含有少量溶劑，在塑膠基材工件上尤其3C消費電子產品上推廣應用越來越多涂料在線coatingol.com。近年來隨著水性UV涂料在塑膠基材上的大量使用，也暴露了一些問題，例如水性UV涂料會碰到儲存穩定性差，在施工中經常出現潤濕不良、咬底、發花、難上膜厚等，此類問題阻礙了水性UV涂料的進一步推廣和應用。

本文將全面分析水性UV在塑膠基材上的應用現狀、存在的問題點及其產生原因，并對行業發展提出建議。

1. 應 用 現 狀

塑膠基材應用通常出現在化妝品包裝以及傳統消費電子產品外殼及配件（手機、平板電腦、臺式機、筆記本電腦、鍵盤等）、可穿戴設備（智能手表、耳機及耳機盒等）、視聽設備（投影儀等）、家電產品和汽車內外飾中。水性UV涂料在消費電子產品和可穿戴設備應用中推廣得更早、更多，除了需要提供外殼保護作用之外，涂層外觀、手感、耐污性、耐磨、耐化學品性等也需要滿足實際應用要求。從客戶群看，國際品牌終端應用水性UV涂料的比重很大，這些公司的水性UV涂料使用量已經遠遠大于油性UV涂料；而中國本土品牌制造商推廣水性UV涂料的比重較小，這可能源于他們的代工廠設備目前大多是為油性涂料施工設計準備的，如直接替換水性涂料施工設備將會帶來較大成本壓力，加上水性UV涂料在性能上也略差于油性UV，中國本土終端制造商油轉水的動力較小，除非來自于政府法律法規的要求。從外觀看，水性帶色UV單涂漆(60°角光澤約在10~20°)和水性啞光UV清漆(60°角光澤約在4~6°)使用量較大，而水性高光UV清漆(60°角光澤>85°)使用量較小。

表1 消費電子產品和可穿戴設備用UV涂料油性和水性產品比例

表2 水性UV涂料不同外觀要求應用情況

以上數據來自于主要涂料生產商及規模較大的噴涂廠咨詢調查。數據顯示，消費電子產品和可穿戴設備對水性UV涂料的應用主集中在國際品牌終端，而且主要應用在水性帶色UV單涂漆和水性亞光UV清漆。在化妝品、家電、汽車內外飾等領域，水性UV涂料還在起步試用或者少量應用階段，暫未大量推廣，而大面積的使用有待于技術進步和市場的需求增加。

2. 問 題 點 及 產 生 原 因

水性UV涂料已經大量被用在了手機、電腦等消費電子產品上，提供了外觀、顏色、手感等眾多優良的消費者體驗，但在實際應用中也存在一些問題。對于終端品牌客戶及其代工廠來說，其一邊在量產水性UV涂料，也一邊在面臨相關問題點或者缺陷；對涂料制造商來說，他們則是一邊在提供有一定問題點的水性UV涂料，也一邊在改善上述問題，并不斷提供新的解決方案。

1） 涂料侵蝕基材

涂料行業內一般也叫做素材咬底，這是因為UV涂料本身的化學反應交聯強度大，在和基材（PC或者ABS等）結合時，除了產生附著力，也會過度侵蝕素材，從而造成外觀上的發花、光澤不均勻等現象。咬底跟涂料和基材這兩個方面有關，一是涂料本身原因，水性UV涂料中的樹脂反應活性較強，部分配方中還可能有侵蝕性很強的UV單體，在烘烤條件下，同時有紫外光能量加持下，水性UV涂料瞬間固化的同時，在基材接觸面也會產生強烈溶脹作用并伴有化學反應，結果可能造成基材嚴重被侵蝕；二是素材本身抗侵蝕性較差，尤其在注塑口區域殘留有應力，在一定溫度和化學反應作用下，會產生明暗不均的干膜外觀，也會造成素材咬底。近年來由于回收材料的應用，塑料基材的材質穩定性可能變差，這進一步帶來涂料侵蝕基材的風險。

2） 耐污性

消費電子產品和穿戴設備的使用與人體接觸密切相關，消費者對產品的耐污、抗指紋等性能有潛在的要求。水性UV涂料因樹脂結構親水性較好，容易造成耐污性差，在實際使用中，人體汗液、手指印、污漬等留在消費品外表面上不易清潔，這個問題影響了水性UV涂料的全面快速推廣。從消費者體驗的角度看，不應該留下這些指紋、污漬，起碼能夠容易擦拭干凈，這是終端對涂料的硬性要求，尤其針對啞光UV涂料體系。另外，生活中常見的口紅、芥末等物質沾染涂層后，或者筆墨涂在涂層上面，也難以清洗干凈，此種現象從側面印證出水性UV涂料的耐污性較差。

3） 手感

日常生活中，電子產品被手觸碰頻率很高，因此消費者對產品的觸感要求會較高，即要求涂層能提供完美的膚感體驗。水性UV涂料在干燥成膜后雖然可以產生絲滑、肉厚的觸感，但由于水性樹脂粒徑較大、乳化劑的使用、手感助劑兼容性略差等原因，其綜合手感與油性UV涂層相比，尚有一定差距，這影響了油轉水的進度。

4） 耐化學品性能

耐化學品測試是一項重要性能指標要求，能在很大程度上反映出該涂料體系的優劣。以下為油性和水性UV涂料的對比測試結果，其中測試條件為溫度65℃，濕度90%，測試時長為72h。

表3 耐化學品測試結果

從測試結果看，水性UV涂料需要使用官能度較高且交聯密度較高的樹脂體系，即平均官能度達到6時才有較好的涂層性能。但隨著樹脂官能度的提高，也需要調整涂料柔韌性和性能的平衡，防止出現開裂等新問題點。

5） 施工性

水性UV涂料在擁有良好施工設備并且控制好環境溫度與濕度時，施工非常順暢。不過受制于噴涂環境的變化，經常會出現潤濕不良、肥邊、難上膜厚等缺陷，給代工噴涂廠帶來極大不便，結果是良率下降，成本升高。施工性差的原因在于水性UV涂料以水為載體并且以水為稀釋劑，這讓涂料本身的表面張力很高，潤濕和消泡性能差；流變助劑選取不當也可能使得流動性差，難于長時間連續霧化，導致諸多施工問題。可見，水性UV涂料對施工設備和環境條件要求較高。由于水性涂料體系揮發速度慢，水性UV涂料的預烘烤時間一般建議在10min以上，這比油性體系所需的5min時間相比，延長了不少，迫使很多噴涂廠更改線體，這無形中造成成本上升。

表 4 不同預熱時間測試結果

由測試結果可見，水性 UV 涂料的施工線體烘烤溫度較高和烘烤時間較長時，水煮結果才較為穩定。考慮到工件變形風險，建議實際烘烤溫度 55~65℃，預烘烤時間 10~15min。

6） 其他問題點

水性UV涂料的其他性能如耐鋼絲絨摩擦、耐橡皮擦摩擦方面未能達到油性UV涂料水平，仍有提升的空間；在儲存穩定性方面，有黏度下降、PH值下降、細度變差等風險，影響涂料推廣應用。除了儲存穩定性稍差，水性UV涂料在設計顏色時，其鮮艷度、金屬質感等也比油性UV略遜一籌。隨著涂料產品的迭代更新，相信水性UV涂料技術也將在應用中不斷取得進步并得到終端客戶的信賴，最終在塑膠基材上尤其是消費電子領域全面實現UV涂料水性化。

3. 影 響 因 素 及 建 議

水性UV涂料的應用越來越廣泛，其存在的性能問題也不能忽視。總的看來，其在儲存性、干膜外觀和手感、化學性能等方面比同類型的油性UV涂料略遜一籌，而影響這些性能表現的因素有以下幾個方面。

1） 水性UV樹脂

主體樹脂的特性直接影響了水性UV涂料的關鍵性能。為了滿足性能要求，需要用不同類型的樹脂進行復配，其中官能度高的樹脂比例需要占到80%以上，而較軟的樹脂比例不能超過10%。如果需要提高水性UV色漆金屬質感，可以考慮拼用少量的熱塑型丙烯酸乳液或者分散體，以增強鋁粉定向排列。

2） 光引發劑

對水性UV清漆而言，光引發劑184或者1173足以達到大部分性能要求，如果樹脂兼容性足夠好，則可使用2959進一步提升硬度等性能；對水性UV色漆，除表面固化的184或者1173外，還需匹配TPO或者819DW等深層固化光引發劑，不過TPO在2023年已經被歐盟法規限制使用，可以考慮用價格較為合適的TPO-L等來替代。

3） 水性助劑

類型合適的基材潤濕劑、流變助劑有助于施工并得到良好的干膜外觀，有時使用少量醇醚類溶劑則不僅能提升施工性，在性能上也會略有提升。有些水性助劑在合成時使用了不恰當的乳化劑，導致該助劑的耐磨、耐化學品性極差，不能加入到水性UV涂料中。

4） 施工條件

水性UV涂料在施工時，如果擦拭基材表面干凈、有較高的施工黏度、達到20~30℃/40~60%的施工環境、有較長的預烘烤時間，將有助于提高良率和保證涂層性能，其干膜外觀和性能則會達到最優。

4. 結 語

水性UV涂料在塑膠基材上的應用越來越廣泛并將逐漸增加使用量，尤其是在消費電子產品和穿戴設備方面，國際品牌客戶大量使用了該類型涂料，不過仍然有一些問題需要重視。外觀方面，需要提升均勻度且不可侵蝕素材；觸感方面，需要提升細膩滑爽的手感；性能方面，需要改進耐污、耐化學品性能、耐磨等；施工方面，需要提升施工寬度。

長遠看來，水性UV涂料因擁有快速固化、硬度高、環保等眾多優點，加上正在創新的生物基原料配合應用，將在塑膠基材應用領域具有可持續發展優勢，也能滿足碳達峰、碳中和的工業開發要求，必將受到廣大終端品牌公司的青睞，使用量將持續擴大。