发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一种，本发明旨在提供一种能够实现环境友好和施工者健康兼具的真正绿色安全的新型涂料和涂装装置和方法。为了实现该目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种长波长LED光固化涂料，包括：

（1）至少一种含烯键的不饱和可辐射聚合物质；和

（2）至少一种在360-780纳米长波光波波长区域有活性吸收的光引发剂物质。

其中，所述烯键是指C=C键，一种不饱和键。

在本发明中，所述光固化涂料是指光固化型涂料。所述长波长LED光固化涂料是指在长波长LED光辐照下可以进行光聚合交联固化的涂料。所述长波长为指波长为360-780纳米，优选地为360-650纳米，更优选的为360-450纳米，进一步更优选地为360-420纳米。

在本发明的一些实施方案中，所述含烯键的不饱和可辐射聚合物质是可以通过所述烯键的自由基聚合反应被交联的化合物或混合物。

在本发明的一些实施方案中，所述含烯键的不饱和可辐射聚合物质为单体、低聚物或预聚物，其混合物或共聚物，或它们的水溶性或水性分散体。优选的，所述含烯键不饱和可辐射聚合物质是大分子的，或水溶性的，或水性分散体的聚合物特征的树脂。

合适的自由基聚合的单体是例如含烯键可聚合单体，包括但不限于（甲基）丙烯酸酯，丙烯醛，烯烃，共轭双烯烃，苯乙烯，马来酸酐，富马酸酐，乙酸乙烯酯，乙烯基吡咯烷酮，乙烯基咪唑，（甲基）丙烯酸，（甲基）丙烯酸衍生物例如（甲基）丙烯酰胺，乙烯基卤化物，亚乙烯基卤化物等。

合适的含烯键预聚物和低聚物包括但不限于（甲基）丙烯酰官能基的（甲基）丙烯酸共聚物，聚氨酯甲酸酯（甲基）丙烯酸酯，聚酯（甲基）丙烯酸酯，不饱和聚酯，聚醚（甲基）丙烯酸酯，硅氧烷（甲基）丙烯酸酯，环氧树脂（甲基）丙烯酸酯等，以及上述物质的水溶性或水分散性的类似物。

合适的水性分散性或水溶性含烯不饱和树脂包括但不限于下述商售产品，例如BASF公司JONCRYL或Laromer牌号系列，DSM公司ReoRad牌号系列，ALLNEX/CYTEC公司UCECOAT或EBECRYL牌号系列，台湾长兴材料公司ETERCure DR牌号系列，Alberdingk Boley公司LUX牌号系列，Congnis公司Photomer牌号系列，以及Bayer公司BAYHYDROL牌号系列等产品。

在本发明的一些实施方案中，所述在360-780纳米长波光波波长区域有活性吸收 的光引发剂物质为具有结构式I-IX的光引发剂化合物、活性胺和染料作为实质性光敏化剂 的光引发剂物质中的任意一种，或任意两种或两种以上组成的混合物：

即羟基酮型（Hydroxyketones，结构式I），胺基酮型（Aminoketones，结构式II），膦酰型（Acylphosphine Oxides，结构式III），肟酯型（Oxime Esters，结构式IV），二苯甲酮型（Benzophenones，结构式V），苯甲酰甲酸酯型（Phenylglyoxylates，结构式VI），硫杂蒽酮型（Thioxanthones，结构式VII），酰基砜（Acylsulfones，结构式VIII），活性胺，鎓盐型阳离子光引发剂（Sulfoniums或Iodoniums或Photo-Acid Generators，结构式IX，即所谓PAGs），或染料作为实质性光敏化剂（Dye Sensitizers）的光引发剂物质中的任意一种，或任意两种或两种以上组成的混合物。

Ar₁和Ar₂彼此独立地是含C⁴-C⁶⁴的取代或未取代的芳香基或杂芳香基，其各自含有1-6个C¹-C¹²直链或支链或环状型烷基、烷氧基、烷硫基、烷胺基、C⁶-C¹²芳基或卤素取代基；

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₈、R₉、R₁₀彼此独立地是氢、C¹-C¹²直链或支链或环状型烷基，或C⁶-C¹²取代或未取代的芳基或杂芳基；

Ar₃是含有n个取代基的C⁶-C²⁴芳基，n取值1-6，取代基是C¹-C¹²直链或支链或环状型烷基、烷氧基、烷胺基、CH₂OH、CH₂SH、CH₂Cl、CH₂OAc、CH₂O-C(O)-CH=CH₂、CH₂O-C(O)-C(CH₃)=CH₂、CH₂NH-C(O)-CH=CH_2、CH₂NH-C(O)-C(CH₃)=CH₂、X-Ar₃-C(O)-P(O)R₆R₇，X是二价C²-C¹²链接基团，该基团被1-6个非连续的氧原子、氮原子、硫原子、硅原子、羰基、羟基、酯基、羧基插入；

R₆是氢、m价的C¹-C¹²直链或支链或环状型烷基、烷氧基、烷胺基、C⁶-C¹²取代或未取代的芳基或杂芳基，m取值1-24；

R₇是OR₁、SR₁、NHR₁、NR₁R₂、OM或C(O)Ar₁，M是金属阳离子或季铵盐或季鏻盐阳离子；

R₁₁，R₁₂，R₁₃，R₁₄彼此独立地是C¹-C¹²直链或支链或环状型烷基，烷氧基、烷硫基、烷胺基、卤素，或C⁶-C¹²取代或未取代的芳基或杂芳基；

R₁₅是C¹-C¹²直链或支链或环状型烷基，或C⁶-C¹²取代或未取代的芳基或杂芳基芳基；

Q^-是一个抗衡阴离子，

优选地，所述在360-780纳米长波光波波长区域有活性吸收的光引发剂物质为选自下列物质中的至少一种：Darocur 1173，Irgacure 184，APi-180（深圳有为技术控股集团有限公司，参照其商售TDS和MSDS说明材料，下同），APi-307（深圳有为技术控股集团有限公司），APi-308（深圳有为技术控股集团有限公司），APi-1206（深圳有为技术控股集团有限公司产品），APi-1207（深圳有为技术控股集团有限公司），Irgacure 2959，Irgacure MBF，Irgacure 127，Irgacure 651，Esacure KIP-150，Esacure KIP-160，Esacure KIP-1001，Esacure 01，Irgacure 907，Irgacure 500，Irgacure 2200，Irgacure 2022，Irgacure4500，Irgacure 369，Irgacure 379，Irgacure 819，Irgacure TPO，Irgacure TPO-L，Irgacure 784，二苯甲酮BP，甲基或乙基米蚩酮，Esacure TZT，Irgacure 754，IrgacureITX，Irgacure DETX，Irgacure CPTX，Irgacure OXE-01，Irgacure OXE-02，Irgacure OXE-03，Irgacure OXE-04，Tronly 304（常州强力电子新材料股份有限公司），Tronly 305（常州强力电子新材料股份有限公司），Irgacure 250，ADEKA NCI-831（日本艾迪科株式会社），ADEKA N-1414（日本艾迪科株式会社），Irgacure 290，Irgacure 270，以及香豆素型染料光敏化剂等，上述体系也可以复配相应的助引发剂（Co-initiator），例如活性胺和/或氢硅烷类活性氢给体型助引发剂。

更优选地，所述在360-780纳米长波光波波长区域有活性吸收的光引发剂物质为选自下列物质中的至少一种：

在本发明的一些实施方案中，所述长波长LED光固化涂料含有的水分质量百分比为0-90%，优选地为0-80%，更优选地为0-70%，进一步更优选地为0-60%。相应地，所述长波长LED光固化涂料含有的成膜物质质量百分比在10-100%直接，优选的在20-100%之间，更优选的在30-100%之间，进一步更优选的在40-100%之间。

进一步地，所述长波长LED光固化涂料还含有难燃或不可燃物质，所述难燃或不可燃物质主要组成成分为满足闭杯闪点值大于100摄氏度，并且符合国家标准GB/T 3536-2008，GB/T 5208-2008/ISO 3679-2004和GB 50016-2014的物质。

进一步地，所述在360-780纳米长波长光波波长区域有活性吸收的光引发剂物质的添加量质量百分比为0.01-30%，优选地为0.1-20%，更优选地为1-20%，进一步更优选地为1-15%。

在本发明的一些实施方案中，所述涂料为底漆、面漆和中涂漆中的至少一种，相应地，适用于腻子、底涂、中涂、或面涂工序中的至少一种。

本发明的第二方面提供一种利用本发明第一方面所述长波长LED光固化涂料对素材表面进行涂装的装置，包括：

（A）附带水冷或风冷式制冷的360-780纳米光波波长的LED光固化光源系统，优选地，其功率密度范围是0.01-100000mW/cm²，照度值范围是0.01-100000mJ/cm²，更优选地，所述LED光固化光源系统为手持式LED光源、滑轨式LED光源或隧道式LED光源。

（B）附带负压漆雾回收功能的人工或机器人喷涂系统，优选地，所述附带负压漆雾回收功能的人工或机器人或机械手喷涂系统为喷位立面和地面同时附带网格状负压漆雾回收装置的人工或机器人或机械手喷涂工作站。

（C）控温除湿设备，该设备是除湿机，红外线加热器，或空气能加温除湿装置三者之中任意之一或任意二者以上的联用；生产车间内温度湿度可以是均一的，或者，优选的，是利于流平和/或水分蒸发去除而具备梯度特征的，优选地，控温除湿设备的工作参数是温度为-10-60摄氏度，相对湿度为5%-95%。

（D）自动化输送线，所述自动化输送线为轨道式或吊线式自动化输送线。

（E）尾端VOCs治理设备，包括但不限于RTO沸石转轮处理装置，催化燃烧活性炭吸附装置等。该VOCs治理设备连接所述装置的出风口，该装置的进风口和出风口的相对关系，可以是左侧进风右侧出风，或前方进风后方出风，或上方进风下方出风，或反之。

所述装置至少包含上述A；优选的，所述装置至少包含上述A和B；更优选的，所述装置包含上述A，B，C，D；进一步更优选的，所述装置包含上述A，B，C，D，E；以及连带的其它辅助性设备或条件，包括但不限于在线或离线打磨工作站，砂光抛光，非回收干式喷房，除尘防尘设施。

本发明所述装备各设备之间以一定的方式耦合，用于本发明第一方面所述的长波长LED光固化涂料在上述A-B-C-D-E设备组成的生产线布局条件下进行涂装操作运行，以达到漆雾回收循环利用，LED秒级快速光固化提升效能降低成本，以及VOC源头低或零排放的此前业界从未曾实现的有益效果。

本发明第三方面提供一种利用本发明第一方面所述的长波长LED光固化涂料对素材表面进行涂装的方法，包括利用所述长波长LED光固化涂料作为腻子、底漆、修色漆和面漆中的至少一种对素材表面进行LED光固化涂装的步骤，优选地，所述素材为轨道交通工具的整车或部分或零件，进一步地，所述素材表面为素材内表面和/素材外表面，优选地，所述涂装为喷涂、刷涂、淋涂、擦涂或辊涂。

在本发明中，利用本发明第二方面所述的装置进行涂装。

在使用时，单或双组份热固化腻子、单或双组份热固化底涂、单或双组份热固化中涂和LED光固化涂装联用；优选的，单或双组份热固化腻子、LED光固化底涂、单或双组份热固化中涂和LED光固化面涂联用；更优选的，LED光固化腻子、LED光固化底涂、LED光固化中涂和LED光固化面涂联用。优选的，LED光固化腻子和LED光固化底漆的施工道数是1-3次，LED光固化修色漆和LED光固化面漆的施工道数是1-2次。

在本发明中，热固化型涂料可以是任意本领域技术人员所熟知的溶剂基或水基涂料，包括但不限于环氧或聚氨酯特征的涂料。优选的，所述热固化型材料优选的稀释剂是水，或是低VOCs或VOCs豁免型绿色溶剂碳酸二甲酯。

优选的，符合上述要求的例如厚浆型环氧底漆材料及其在本发明披露装置里的涂装应用，其特征在于，所述材料包括：（1）至少一种环氧型树脂物质；（2）至少一种含锌颜料；和（3）碳酸二甲酯为溶剂。

为此，本发明提供一种基元型生产线布局，如图1所示。

该基元生产线中A和B的距离以及相互位置均可以根据需要予以调整，并无特别限制；该基元生产线可以用作腻子漆、底漆、修色漆或面漆中的任意一种LED光固化涂装工段，也可以对同一工段进行并行或重复操作，例如，通常LED光固化底漆会需要涂装2道，该2道工序可以在同一个基元生产线上重复2次，也可以将二个基元生产线以第一条线的下件区对接第二条线的上件区的方式进行并行串联。优选的，当二个或两个以上的基元生产线以串联方式链接时，一条线的下件区与另一条线的上件区之间的对接区域，以在线或离线方式设置打磨工段。

在本发明的一些实施方案中，所述LED光固化基元生产线单独或链接成为整体涂装生产线的方案示例如下（其中工序其间相应的打磨工段略去）：

素材→防护遮蔽→打磨清理→清洁去污→重新遮蔽保护→喷涂LED光固化底色漆（光面或麻面）→LED光源照射干燥→喷涂LED光固化面漆→LED光源照射干燥→去保护→验收交车出货；

优选地基元生产线单独或链接成为整体涂装生产线的方案是长波长LED光固化基元线和常规UV光固化，或热固化型水性单或双组份涂料结合，例如采用下述示例方案：

素材→防护遮蔽→打磨清理→清洁去污→重新遮蔽保护→喷涂双组份热固化聚氨酯底漆→热风吹干→喷涂LED光固化底色漆（光面或麻面）→热风枪吹至表干→喷涂LED光固化面漆→LED光源照射干燥→去保护→验收交车出货；

优选的，LED光固化擦涂腻子和LED光固化喷涂底漆是含水量在0-30%之间的高固体含量涂料配方材料；更优选的，LED光固化擦涂腻子和LED光固化喷涂底漆是含水量在0-15%之间的高固体含量涂料配方材料。

优选的，LED光固化喷涂修色漆和LED光固化喷涂面漆是含水量在10-90%之间的低固体含量涂料配方材料；更优选的，LED光固化喷涂修色漆和LED光固化喷涂面漆是含水量在30-80%之间的低固体含量涂料配方材料。

值得强调的是，在上述基元型生产线上如果去除本发明批露的LED光源系统A，同时用热固化型水性单或双组份涂料材料代替本发明批露的长波长LED光固化单组份涂料材料，则将无法实现漆雾回收循环利用（对双组份涂料而言），以及无法达到本发明预期的降本增效效果。原因之一在于热固化型水性单或双组份涂料成膜交联密度低，显著低于本发明批露的长波长LED光固化涂料材料或传统环氧/聚氨酯油漆涂装，因此漆膜性能欠佳，市场无法接受；原因之二在于热固化型水性单或双组份涂料待干和实干时间长（数小时到一至两天），显著长于本发明批露的长波长LED光固化涂料材料（数秒级）或传统环氧/聚氨酯油漆（数小时），因此成本高企。

本发明的有益效果

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

其一，特定波长区间的长波长LED光波（360-780纳米）不会在工作时激发空气中氧气生成臭氧（O₃）危害物，无需任何特殊防护或尾端臭氧治理设施设备投入；

其二，长波长光源具备较强的穿透力以及反射和散射功能，同时LED光源的光强和辐照度灵活可调，首次实现了兼顾平面和异型工件的漆膜有效固化，喷涂和滚涂均适用，宽泛适用型显著增强，突破了传统短波长紫外光只能做相对平板规整工件光固化，且只能滚涂涂装的长期瓶颈；

其三，单组份的特点使得该材料首次实现了喷涂施工中的漆雾回收循环利用，既杜绝了浪费，节省成本（达到95%以上回收利用率），又减少或杜绝了VOC释放污染，进而减少或完全消除了VOC尾端环保治理设备的投入。对于传统溶剂型环氧和聚氨酯漆双组分材料而言，有效活化寿命期通常仅仅只有短暂的2-4小时，因此值得特别强调的是，业界在过往生产实践中既无回收利用的主观减排愿望，更无回收利用的客观技术实践可能。在此背景下，单组份长波长LED光固化材料的漆雾回收循环利用系首次实现；

其四，该材料突破了技术瓶颈，在不添加有机溶剂型稀释剂或只添加水的情况下，实现粘度的高度灵活可控调节，特别是针对喷涂施工的低粘度，同时从源头避免了VOCs的释放；

其五，该材料主要组成成分均具备闭杯闪点大于100摄氏度（已居于检测限上限）的戊级“难燃或不可燃物质”国家消防安全标准（参照国家标准GB/T 3536-2008和GB/T5208-2008/ISO 3679-2004），因而满足作业空间和盖上物业消防安全需求（参照国家标准GB 50016-2014）；

其六，该材料的大分子树脂和水吸收剂等主要组成成分均具备低气味或无异味特征，避免了不良气味处理过程，也规避了气味扰民的常见涂装施工连带问题。

综上，本发明的长波长LED光固化涂料具备高闪点、低气味、低或零VOC释放特征，属于环境友好型涂料。

本发明的特定应用场景涉及在人口稠密盖上物业特殊环境下作业，对环保和安全提出了前所未有的新要求，亟需创新性的系统解决方案，保障涂装材料及其过程必须同时满足高性能涂装，低或零VOC释放，消防安全，以及净味健康四重技术要求。本发明利用长波长LED光固化涂料与配套的LED光固化光源系统、人工或智能机器人喷涂系统、喷漆漆雾回收循环利用系统、在线打磨系统、尾端VOC二次处理系统，以及自动化吊线或地盘线输送系统等相互耦合，从而根本上提供一种针对盖上物业安全友好型，同时满足上述四重技术要求的，轨道交通整车 “一站式”涂装和翻修换新解决方案。该解决方案的特点是创造性地整合了LED光固化新材料和新装备技术，二者在行业内首次联动落地实践，并利用LED光固化秒级高效干燥固化技术首次实现了涂装流程降本增效。该技术领先于国际同行企业率先产业化成功，是轨道交通领域的我国自主知识产权重大技术突破。

另外，本发明将特定长波长LED光固化涂料新材料和特定新型涂装系列关联设备（A-B-C-D-E）以特定的方式创造性结合，出其不意地针对轨道交通整车车体涂装行业给出了综合性和“一站式”降本增效解决方案。从而提供一种一体化成套技术，具有重大的产业化应用前景和具有突出的经济和社会效益。