世紀(jì)80年代，樹狀聚合物突然闖進科學(xué)的鏡頭，一時間在聚合物科學(xué)領(lǐng)域引起了人們的廣泛關(guān)注。這種奇特的分子有著美麗和令人矚目的結(jié)構(gòu)，使人聯(lián)想到幾何分形和海里的珊瑚，這暗示出化學(xué)領(lǐng)域還有許多待開發(fā)的處女地。多年來，樹狀聚合物潛在的應(yīng)用價值和理論意義已經(jīng)超出了化學(xué)家的研究范疇，并邁入了油墨涂料行業(yè)的大門。

樹狀聚合物概況 　　

        顧名思義，樹狀聚合物就是具有樹枝狀結(jié)構(gòu)的大分子。樹狀結(jié)構(gòu)有兩種情況，一類是完美的樹枝形生長，一類是具有缺陷的樹枝形生長，具有完美樹枝形結(jié)構(gòu)的大分子就是通常所說的樹枝形聚合物，而具有缺陷的樹枝形聚合物則賦予其另外的名稱—超支化聚合物。 　　

        早在1952年，就有人提出了可以由多官能團單體制備高度支化的聚合物。但在過去的幾十年中，高度支化的聚合物并沒有引起人們的注意。直到1987年，DuPont公司有目的地合成了一種超支化聚合物，申請了第一項關(guān)于這方面的專利，并且于1988年在美國洛杉磯召開的全美化學(xué)會議上公布了這一科研成果。到了20世紀(jì)90年代早期，樹枝形聚合物的命名體系已經(jīng)建立起來，主要是依據(jù)聚合物的形狀，如星形（star-burst）、喬木枝形（arborol）、階式（cascade）樹枝形聚合物等，而且此時已經(jīng)將其與高度支化度的線形聚合物嚴(yán)格地區(qū)分開來了。 　　

        樹狀聚合物與普通線形聚合物的不同之處在于這類化合物的特殊結(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)呈高度球形對稱，分子表面的官能團密度極高。以“發(fā)散式”和“收斂式”為典型代表的合成方法，可以合成許多結(jié)構(gòu)特殊的樹狀聚合物，因而很多化學(xué)家預(yù)言其可被應(yīng)用于很多領(lǐng)域。 　　

        1982年，化學(xué)家們已經(jīng)開始考慮樹狀聚合物的應(yīng)用。1987年，Hall等人研究了聚苯胺樹枝形聚合物的導(dǎo)電性能，發(fā)現(xiàn)其電導(dǎo)率高達10-7/Ω·m。隨后，前蘇聯(lián)科學(xué)家Borisova等人將含硅樹枝形聚合物用作氣體分離膜，該氣體分離膜可用于氣體混合物的分離，如從富氧的空氣中制備高純氮氣等，并且具有較好的效果。以后，在納米材料、液液萃取、液晶材料、催化劑、光響應(yīng)材料、能量轉(zhuǎn)換天線、兩性高分子、色譜固定相、LB膜、手性分子、緩釋藥物載體、PH開關(guān)等方面進行了大量的應(yīng)用研究工作，結(jié)果普遍較好，但應(yīng)用的商品還很少見。
 　　
UV噴墨油墨簡介 
　　
         UV油墨是近幾年來迅速發(fā)展的一種環(huán)保油墨，不含揮發(fā)性有機溶劑，無溶劑公害。印刷界為了消除溶劑型油墨揮發(fā)性有機物的排放，達到空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，更多地采用UV油墨技術(shù)進行印刷，因此UV油墨迅速占領(lǐng)了印刷市場。按需噴墨（也稱為間歇式噴墨）噴頭的出現(xiàn)使其在數(shù)字噴墨印刷上的應(yīng)用成為了現(xiàn)實，這不僅大大拓寬了UV油墨的應(yīng)用范圍，而且還推動了噴墨技術(shù)的發(fā)展。 　　

        采用UV噴墨油墨，即使在無涂層的承印材料上，也可以獲得光亮、堅韌和持久的效果，產(chǎn)品用于戶外時無須再貼保護膜。這就可以可靠、高效、迅速地創(chuàng)作戶外媒體，如招貼板、廣告牌和橫幅等。此外，UV噴墨油墨不含揮發(fā)性有機物，在進行紫外光曝光固化之前可保持液體狀態(tài)。這就使得噴墨頭可以長時間保持不干結(jié)，其維護要求也較低。而油墨暴露于紫外光下時，幾乎可以在瞬間完成在承印材料上的固化。 　　

        由于具有多種優(yōu)點，UV噴墨油墨正在迅速成為新一代平臺式數(shù)字噴墨印刷機的主要用墨，這些機器可以在多種柔性和剛性材料上進行噴墨印刷。例如，Inca公司為其Inca Eagle44平臺式噴墨印刷機推出一種紫外光固化油墨。英國XAAR公司應(yīng)用了壓電按需噴墨技術(shù)和UV油墨的400噴墨印刷機，是第一臺可在圓柱形物體上進行噴墨印刷的UV數(shù)字噴墨印刷機，它可在飲料易拉罐等物體上直接進行噴墨印刷。其短版、可變量噴墨印刷的能力可以為用戶提供更好的個性化服務(wù)。 　　

        但是UV油墨本身黏度較高，而噴墨印刷需要低黏度油墨，所以如何降低油墨黏度成為UV噴墨油墨發(fā)展的一個需要解決的關(guān)鍵問題。通常的解決方法是增加油墨中單體的含量，但如果油墨中單體含量較高，會有皮膚過敏反應(yīng)的危險，這就需要在作業(yè)和保管的全過程中特別小心。因此，尋找新型UV固化材料以降低油墨黏度是UV噴墨油墨發(fā)展的一個重要趨勢。
 　　
樹狀聚合物在UV噴墨油墨中的應(yīng)用

        在平均相對分子質(zhì)量相近的情況下，與線形聚合物相比，樹枝形和超支化聚合物具有如下結(jié)構(gòu)特點

（1）高密度的分支   支鏈很多，支化度很高，大分子的回轉(zhuǎn)半徑小，大分子鏈之間不易纏結(jié)。

（2）具有納米尺寸   高度支化的拓撲形態(tài)，近似球形的結(jié)構(gòu)體系，使分子尺寸一般在幾納米至幾十納米之間，是典型的納米材料。 　　

（3）含有大量端基官能團和極性基團 　　獨特的結(jié)構(gòu)使樹枝形和超支化聚合物擁有多種優(yōu)異的性能：良好的流體力學(xué)性能；獨特的黏度行為；容易成膜；多功能性；不易結(jié)晶。

        這些性能優(yōu)勢對于UV噴墨油墨是十分誘人的，尤其是在相同的固含量下，溶液的黏度明顯低于普通聚合物，這一特性是UV噴墨油墨制造商夢寐以求要達到的目標(biāo)。因此，把樹枝形和超支化聚合物引入UV噴墨油墨中，效果應(yīng)該是十分可觀的。 　　

        由于其低黏度的特性，樹枝形聚合物極其適用于制備固含量高的涂料或涂料助劑，近年來已成為廣為關(guān)注的一種新型涂料樹脂。然而，從工業(yè)的角度來看，樹枝形聚合物美中不足的是其高規(guī)則的分子結(jié)構(gòu)在制造過程中需要多次進行重復(fù)性的合成，這就導(dǎo)致了成本的升高，而且在合成的每一步，核心分子末端的活性基團必須反應(yīng)完全，且每一步的產(chǎn)物須經(jīng)過徹底的純化，因此得到的產(chǎn)率很低，這就大大限制了樹枝形大分子的工業(yè)化生產(chǎn)。而超支化聚合物的結(jié)構(gòu)不要求很完美，但具有一定的相對分子質(zhì)量分布，并且與樹枝形聚合物相似，一般可采用一步聚合的方法來合成，所以易于工業(yè)化生產(chǎn)。這就使之有利于應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)合成技術(shù)中。 　　

        從理論上來說，帶有樹枝形或超支化結(jié)構(gòu)的丙烯酸聚合物具有滿足UV噴墨油墨需求的潛能，尤其是其緊湊的球形結(jié)構(gòu)使這種聚合物分子鏈之間不易纏結(jié)，而且流體（動力）體積小，使得相同固含量下溶液的黏度要低得多，其高濃度的丙烯酸基團還可提供很多優(yōu)異的物理特性。 　　

         除此以外，樹狀聚合物還具有良好的相容性和豐富的可改性端基，這為樹狀聚合物在UV噴墨油墨中的應(yīng)用更增添了機遇。如對聚酰胺（PAMAM）樹狀分子的端基進行改性，引入可結(jié)晶的鏈段，獲得半固半結(jié)晶的聚合物，可作UV粉末涂料。這種涂料不含溶劑，無VOC排放，原料的利用率高，操作方便。 　　

        UV油墨中的低聚物是固化系統(tǒng)中舉足輕重的成分，一般采用丙烯酸酯類聚合物。我們可將樹狀聚合物引入低聚物中，也就是，需要制備樹枝形或超支化丙烯酸低聚物。這種低聚物可用以羥基為官能團的多羥基樹狀聚合物與丙烯酸類化合物通過酯化反應(yīng)制得，也可由多羥基樹狀聚合物與丙烯酰鹵化物反應(yīng)制備。研究人員通過標(biāo)準(zhǔn)的丙烯酸酯合成方法已經(jīng)制備出含有16個末端羥基的超支化多羥基聚酯，并得出結(jié)論，端羥基轉(zhuǎn)化為丙烯酸酯的幾率可以在一個很寬的范圍內(nèi)變化，但如果要使超支化結(jié)構(gòu)發(fā)揮最大的優(yōu)勢，轉(zhuǎn)化率應(yīng)盡可能高。 　　

        目前，UV固化噴墨印刷的速度主要受所用油墨固化速度的約束，這就需要油墨材料具有極高的固化速度。丙烯酸類單體和低聚物的固化速度主要取決于官能度。通過實驗發(fā)現(xiàn)，超支化丙烯酸類低聚物中高濃度的反應(yīng)末端基團可以大大提高油墨的固化速度。因此，將樹狀聚合物應(yīng)用到UV噴墨油墨中是一個可行且行之有效的做法，這不僅拓寬了樹狀聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域，而且還能使UV噴墨油墨發(fā)揮其最大的優(yōu)勢，何樂而不為呢？ 　　

結(jié)束語 　　

        無論是樹枝形聚合物還是超支化聚合物，由于其獨特的結(jié)構(gòu)和性能，在眾多領(lǐng)域都顯示出了廣闊的應(yīng)用前景，而且開始應(yīng)用于油墨涂料行業(yè)。但在油墨中的應(yīng)用還很少，尤其是在UV噴墨油墨方面的研究仍處于實驗室階段，目前還有許多問題尚待解決，特別是在理論上需要進一步深入研究。