一、基本概念

　　光固化（UV固化）是指在紫外光的照射下，光引发剂吸收紫外光的辐射能量后分裂成自由基，引发预聚物发生聚合、交联等反应，在很短的时间内固化成网状高分子聚合物。由此使得涂料、油墨、黏合剂等在数秒内由液态转化为固态。UV固化过程一般可分为以下五个阶段：

　　（1）光引发剂吸收紫外光，成为激发态的光引发剂。

　　（2）激发态的光引发剂不稳定，易分解形成自由基。

　　（3）自由基与预聚物中的不饱和基团相互作用引发加成、交联或聚合反应，形成自由基中间体。

　　（4）自由基中间体通过链增长反应，得到长链或网状的高分子聚合物自由基中间体。

　　（5）长链或网状的高分子聚合物自由基中间体产生链终止反应，原来的液态组分转变为固体聚合物。

　　二、产业链

　　光固化产业链可以划分为上游基础化工原材料以及相关辅料，中游为固化材料配方生产商和相关的辐照设备制造商，下游为家居建材、家电、汽车、消费电子、油墨印刷、光纤等行业的终端客户。

　　（1）原材料生产供应商：光固化原料产品主要包括单体、低聚物、光引发剂和助剂。低聚物为光固化材料的基本骨架，性质决定了固化后基材涂层的主要性能；单体是用于溶解和稀释低聚物，会影响光固化的反应速率和最终涂膜的性能；光引发剂在光固化产品中用量虽然不大，但是由于其对固化速度和固化程度起决定性作用，并且价格昂贵，是光固化原料产品中最关键的组分。

　　（2）化学配方产品生产供应商：化学配方产品（涂料、油墨、胶黏剂）为终端用户的辐射固化应用提供物质基础。

　　（3）装置设备制造供应商：这是为固化过程提供加工手段和装置设备的环节，包括紫外光源等制造供应商。

　　（4）下游用户：光固化材料作为节能环保型新材料与新科技紧密联系，光固化材料不仅可以替代传统的涂料、油墨和胶黏剂，还可以广泛应用于3D打印、电子信息、医疗健康等新兴领域。

　　三、产业发展现状

　　（一）光固化设备

　　UV固化设备由UV光源、反光镜、电源/转换器和外罩组成。材料经过UV光源，部分光直接照射到材料上，另一部分光通过反光罩反射到材料上，材料通过吸收紫外光能量，使材料迅速交联固化。

　　目前市场上的UV光源分高压汞灯、金属卤素灯、LED灯。2013年10月10日，我国签署了《水俣公约》，明确了相应添汞产品应于2020年完成其生产和进出口的淘汰。

　　UV-LED比传统的汞灯的优势表现在：

　　a)超长寿命：使用寿命是传统汞灯式固化机的10倍以上，约25000~30000小时。

　　b)冷光源、无热辐射，被照品表面温升低，解决光通讯、液晶生产中长期存在的热伤害问题。特别适合液晶封边、薄膜印刷等要求温升小的场合适用。

　　c)发热量小，可解决汞灯喷绘设备发热量大、工作人员难以忍受的问题。

　　d)瞬间点亮，不需要预热即刻达到100%功率紫外输出。

　　e)使用寿命不受开闭次数影响。

　　f)能量高，光输出稳定，照射均匀效果好，提高生产效率。

　　g)可定制有效照射区域，长度从20mm到1000mm。

　　h)不含汞，也不会产生臭氧，是替代传统光源技术的一种更安全、更环保的选择。

　　i)能耗低，耗电量仅为传统汞灯式固化机的10%，能节约90%电量。

　　j)维护成本几乎为零，采用UVLED固化设备每年至少节约10000元/台的耗材费。

　　（二）光固化涂料

　　光固化涂料是光固化固化中紫外光主要接触的物质，属于涂料领域中的一个细分产品。

　　2017年中国溶剂型涂料占比达到52%，环保型涂料占比48%，其中水性和粉末环保涂料占比分别约35%和10%，UV涂料占比约0.5%，其他环保涂料占比约2.5%。

　　UV涂料2018年的总产值约在60亿元左右，其中占比最大的领域是木器UV涂料。

　　1. 光固化木器涂料

　　2018年，中国木器漆产量为140万吨，占涂料总产量的28.5%；实现产值200亿元，占涂料总产值的6%，其中UV木器涂料约为30~40亿之间。

　　UV木器涂料是我国UV技术的起源，也是当前UV涂料发展最成熟的领域。德国Bayer公司1968年所开发了第一代UV光固化木器涂料，我国在20世纪70年代就开始研发光固化木器涂料，但在90年代才开始步入产业化的发展阶段。当前，木器涂料主要应用在家装方面，其三大消费大户分别为木门、橱柜、地板。

　　目前我国木器涂料行业格局比较分散，企业数量众，80%以上市场份额仍由本土品牌占据；总的来说分为共分为三个梯队，分别为10亿元以上规模（第一梯队）；3亿元~10亿元规模（第二梯队）和3亿元以下规模（第三梯队）。

　　第一梯队：展辰、嘉宝莉、大宝、宣伟华润、君子兰、巴德士（花王）。

　　第二梯队：立邦长润发、漆宝、百川、紫荆花、汇龙、迪邦、名仕达、千叶松、树熊。

　　第三梯队：长颈鹿、三棵树、阿克苏诺贝尔、美涂士、欧文、伯丁克、涂芭、雷巴、首邦、华轩、华隆、优耐、明邦、鸿昌化工、晨阳、邦弗特、鸿昌涂料等。

　　2. 光固化光纤涂料

　　光固化光纤涂料是80年代发展起来并迅速在光纤生产中得到广泛应用的光纤涂料。制作光纤的材料主要以玻璃纤维为主，在光纤的生产过程中，由于从光纤炉内拉制出来的光纤直径小、质脆易断，接触空气后容易氧化和吸附灰尘、水分从而影响光纤的使用效果。因此，在光纤拉制成形后要立刻涂上涂料来进行保护，不仅如此，光纤涂料还能增强光纤的机械强度和提高光纤的传输性能。因此光纤涂料在光纤的应用上至关重要，是光纤的重要组成部分。紫外光固化涂料因其无大量溶剂挥发、固化速度快、涂膜性能优异等优良性能使其成为了光纤涂料的首选。

　　3. 光固化真空镀膜涂料

　　20世纪80年代中期，光固化在汽车照明(聚光透镜之后的反射灯罩)市场首先取得突破，成功实现了光固化与真空镀膜的结合，即在真空镀膜过程中引入UV光固化涂料作为“三明治”结构的底漆和面漆的加工方法，由于其性价比高，这类材料近年来在3c（手机、电脑、电视机）、汽车车灯反射罩与装饰零部件、化妆品包装、烟酒及牙膏盒等日用品包装等行业获得了广泛应用。

　　真空镀膜涂料主要是底涂与面涂2种。底涂处于基材与真空镀膜之间，一般起封闭底材、改善底层平整度以增加镀膜镜面效果、改善底材与镀膜结合力等作用，从而使底材和镀膜有良好的附着力、流平性、耐热性；对于柔性基材还要求涂膜具有良好的柔韧性。面涂除了对镀膜起保护作用外，更重要的是提供优良的耐磨性、耐刮伤性等表面防护性能，有的还要求具有良好的耐候性(耐黄变性)。

　　根据2019年4月发改委发布的《产业结构调整指导目录》，目前主要鼓励水性木器、工业、船舶涂料、高固体分、无溶剂、辐射固化、功能性外墙外保温涂料中低VOCs含量的环境友好、资源节约型涂料，用于大飞机、高铁等重点领域的高性能防腐涂料生产以及单线产能3万吨/年及以上氯化法钛白粉生产。低VOC含量的环境友好型涂料得到认可，涂料行业产业结构调整，向水性涂料、辐射固化涂料等环保化、多功能化产品方向转变，实现新旧产能替代。

　　（三）光固化油墨

　　2018年7月环保部正式发布《环境标志产品技术要求凹印油墨和柔印油墨》，对凹印油墨和柔性油墨原材料、生产过程及产品中有毒有害物质提出了环保要求，其中明确要求将凹印油墨和柔性油墨的VOCs排放限定在5%以内，并于2018年10月1日起正式实施，未达标企业将依法关停整治。

　　2017年共统计了27家UV油墨生产企业，其总产量为5.6万吨，比2016年增长了11.24%；总产值为29.1亿元，比2016年增长了20.64%。

　　UV油墨品种产量大的有阻焊油墨（14,793吨，占比26.4%，增长15.38%）、光成像助焊剂油墨（10,724吨，占比19.1%，增长28.54%）、胶印油墨（9,588吨，占比17.1%，增长72.04%）和丝印油墨（5,999吨，占比10.7%，增长36.56%）、其它（5,412吨，占比9.6%）及凹印油墨（3,508吨，占比6.3%，增长3.79%）。

　　（四）光固化粘合剂

　　胶粘剂是指通过界面的黏附和内聚等作用，能使两种或两种以上的制件或材料连接在一起的物质。

　　胶粘剂下游应用非常广泛，包括医疗、电子信息、高铁、城市轨道交通、航空航天、新能源、工业装配自动化、智能终端设备等战略性新兴市场。

　　2017年全球胶粘剂市场达428亿美元，中国占全球市场约1/3，2018年我国光固化胶粘剂在胶粘剂中占比极小，胶产量约为2000吨，产值约为2.5亿元。

　　四、光固化材料发展建议

　　（一）在紫外光固化设备方面

　　随着我国签署《水俣公约》，明确相应添汞产品应于2020年完成其生产和进出口的淘汰，UV-LED代替汞灯的趋势在愈加明确。但UV-LED设备存在一些应用中的难点，需要加大研发力度来解决当前存在的问题。比如：

　　表面固化的问题，照射强度较弱，若印刷速度过快，易导致油墨固化不彻底；

　　只能发出长波紫外光，不能发出短波紫外光，因此不利于UV光油的固化；

　　UV-LED有效照射距离较短（10mm~50mm），距离在8~10cmUVLED能量是无法满足现今固化市场的需求，唯有突破才能使固化市场运用更加广泛。UVLED只适合一些平面固化的产品。对于一些不规则的产品和异形产品是无法固化的。

　　配套引发剂的问题：对UV-LED光源发出的紫外光发生反应的光引发剂较少（现在与UV-LED光源比较匹配的光引发剂有TPO、TEPO、819、ITX、DETX等），因此需要精选出反应性能优异的光引发剂。

　　（二）在紫外光固化涂料方面

　　木器是当前UV涂料产值最大的领域，而木器环保涂装升级是大趋势，以“水性、UV、粉末涂料”为代表的环保涂料成为未来家具涂装方向，市场份额将不断飙升。木器领域是服务与市场为主导的领域，在强调环保技术的同时要注重产品质量、服务水平以及销售渠道的有效构建。相比之下，综合性的大型涂料企业更具发展优势。

　　以3C电子产品、汽车内饰件以及化妆品领域应用的真空镀UV涂料在产品工艺上复杂程度更高，同时产品更新换代的频率更快，尤其在3C领域，需要不断满足电子产品更新迭代的速度，因此需要较高的研发投入，并保持高效的产品产出。

　　（三）在紫外光固化油墨方面

　　环保治理和行业的规范经营将使油墨的成本有所上升，但也是油墨企业生存的必要保证，大型的油墨企业应该会得到更快、更多的发展机会。

　　当前，印刷企业针对VOCs的处理主要采用的是末端环保处理的方式，但是从政策导向上来看，加强源头控制是大势所趋。

　　2017年9月环保部发布《“十三五”挥发性有机物防治工作方案》，明确要求深入推进包装印刷行业VOCs综合治理，大力推广使用低（无）VOCs油墨、涂料、胶黏剂、润版液等，到2019年底替代60%。油墨行业将继续沿着绿色环保型油墨为主线的发展思路前进，水性油墨、UV（UV-LED）/EB油墨和柔版等环保油墨将成为油墨行业的主要增长点。

　　（四）在紫外光固化粘合剂方面

　　由于保护环境、珍惜资源的理念日益深入人心，胶粘剂的高固含量、无溶剂、水性、光固化等环境友好特性将越来越受到重视，高性能环保型胶粘剂将成为市场新宠，环保节能型产品(无溶剂、高固含量、水性、光固化、低温固化、热熔型及热熔压敏胶等)将成为主流。当前光固化粘合剂占比较低，需要光固化材料企业在市场应用发掘与推广上不断创新。

　　（作者单位：中国同辐股份有限公司）