精表處光固化材料應用研究
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【摘要】光固化具有無或低VOC排放、節省能源，耗能僅為溶劑型涂料的1/10~1/5、固化速率快，一般在0.1~10s、固化溫度低等優點[3]。為優化環氧材料普遍在低溫環境下活性低、固化時間長、強度低等應用缺陷，本文主要結合精表處現有材料的特征，引進陽離子光引發劑，雙官能團活性稀釋劑，在紫外線的照射下進行固化反應，系統地研究了光固化材料與精表處材料性能關系，通過各個成分之間的變化聯系，提升精表處低溫性能，在橋梁、隧道、夜間施工等地方有廣闊的應用前景。
【關鍵詞】精表處；光固化；環氧材料
前言
瀝青路面精細表面處理技術簡稱精表處，在同步碎石封層技術基礎上，結合含砂霧封層、微表處等技術優勢研發的新型道路預防性養護技術，采用精表處配套車將改性環氧瀝青養護劑噴涂于舊瀝青路面上，進行滲透吸附，彌合微裂縫，再配合特制精砂或集料[9]，通過環氧固化反應，在瀝青路面上形成具有強力滲透黏結、持久耐磨、抗滑、降噪、穩定性好、經濟環保等技術優勢的保護層，能有效解決傳統養護技術的缺陷，顯著提高路面使用性能。在路面養護工程中，橋梁、隧道、夜間施工普遍存在施工溫度低、封閉交通時間短等技術難點，對精表處施工有較大的考驗，為了提高精表處市場占有率及施工質量與效率，尋找一種能解決低溫環境下活性低、固化時間長、強度低等應用缺陷的材料和方法，成了精表處研究的主要方向。
1試驗
1.1原理
精表處材料是一種多組分常溫反應型環氧改性瀝青膠結料。作為主要成分的環氧樹脂是陽離子光固化涂料的低聚物，環氧樹脂在超強質子酸或路易斯酸作用下，引發陽離子低聚物和活性稀釋劑進行陽離子聚合和交聯反應，在紫外光和光固化反應釋放的能量下加劇環氧材料與固化劑和添加劑進一步反應，快速形成致密結構的涂膜。
1.2試驗原材料的選擇
1.2.1光固化低聚物在光固化涂料各組分中，低聚物是光固化涂料的主體，它的性能基本上決定了固化后材料的主要性能，在結構上低聚物必須具有光固化基團，如不飽和雙鍵或環氧基等，屬于感光性樹脂[1、3]。因此，低聚物的合成和選擇無疑是光固化涂料配方設計的重要環節。自由基光固化用的低聚物主要是各類丙烯酸樹脂，如環氧丙烯酸樹脂、聚氨酯丙烯酸樹脂等。陽離子光固化涂料用的低聚物具有環氧基團或乙烯基醚基團，如環氧樹脂、乙烯基醚樹脂[1、3]。本文主要采用環氧樹脂雙酚A，雙酚A結構中羥基和醚基有較高的極性，使環氧分子與相鄰界面產生了較強的分子間作用力，而環氧基團則與介質表面的游離鍵起反應，形成化學鍵，具有良好的物理機械性、耐化學藥品性和電氣絕緣等[2、4]。
1.2.2光固化引發劑光固化涂料通過光引發劑吸收紫外光而產生自由基或陽離子，引發低聚物和活性稀釋劑發生聚合和交聯反應，形成網狀結構的涂膜。它是決定UV光固化涂料能否迅速發生交聯反應的關鍵因素之一。光引發劑因產生的活性中間體不同，可分為自由基型光引發劑和陽離子型光引發劑兩類[3]。陽離子光引發劑具有不受氧影響、陽離子光固化的活性中間體超強酸較穩定，光照停止后，仍能繼續引發聚合交聯固化反應。光固化反應時體積收縮小，有利于基材附著，且材料使用壽命長，適合厚涂層和有色涂層。陽離子光引發劑主要有芳基重氮鹽、二芳基碘鋪鹽、三芳基硫鹽、芳基茂鐵鹽等[3]。本文主要采用芳茂鐵鹽，Irgacure261較芳基重氮鹽熱穩定性更好，光引發活性高，它在遠紫外（240~250nm）和近紫外（390~400nm）均有較強吸收，261吸光后發生分解，生成異丙苯和茂鐵路易斯酸繼續引發陽離子聚合。
1.2.3光固化活性稀釋劑光固化涂料中的活性稀釋劑具有稀釋、調節體系黏度、參與光固化反應，影響涂料的光固化速率和涂膜的力學性能。雙官能團活性稀釋劑每個分子中含有兩個可參與光固化反應的活性基團，因此光固化速率比單官能團活性稀釋劑要LOWCARBONWORLD2021/3快，成膜時發生交聯，有利于提高固化膜的物理力學性能和耐抗性[1、3]。雖然雙官能團活性稀釋劑相對分子質量大，但仍保持良好的稀釋性、較小揮發性、較低氣味等優點。常見的雙官能團活性稀釋劑三丙二醇類二丙烯酸酯（TPGDA）具有黏度較低、稀釋能力強、光固化速率快、體積收縮較小、皮膚刺激性較小、價格低等優點。而1，6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）具有低黏度，稀釋能力強，對塑料附著力好，可改善固化膜的柔韌性，但皮膚刺激性較大，價格較高。本文主要采用HDDA與TPGDA活性稀釋劑按1:2比例進行配制的混合液。
1.3試驗設備
UV-LED光固化燈：發光二極管是一種半導體發光的新光源[1、3]。通過注入少數載流子與多數載流子復合，以光的形式釋放多余的能量，從而把電能直接轉換為光能。摻雜一定材料，影響pn結所使用半導體材料的能隙大小，得到本文所需的紫外光線。
2方法
2.1在精表處A2、C組分中，確定光引發劑和光固化活性稀釋劑添加量
將環氧材料雙酚A與光引發劑和光固化稀釋劑按照不同比例進行互配，觀察陽離子光引發劑、光固化稀釋劑與環氧材料的相容性、體系黏度和反應情況。確認陽離子光引發劑在A2組分中的添加量，及在產品中應選用單組分還是復合組分光固化活性稀釋劑和在C組分中的添加量。
2.2在精表處中應用
在明確光固化活性稀釋劑和陽離子光引發劑的用量后，按照精表處使用配方A1:A2（新）:B:C（新）=20:9:4.5:4.5配制材料，混合均勻后按照0.4kg/m2分別在不同模具（如：石膏板、車轍板）上制膜，將涂膜試件距UV-LED紫外光儀10cm并照射10~30s，待成膜完全后分別檢測固化涂層硬度（GB/T531.1—2008）硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法）、耐磨性（GB/T1689—2014硫化橡膠耐磨性能的測定）、附著力（GB/T1720—1979漆膜附著力測定法）、耐沖擊性（GB/T1732—2020漆膜耐沖擊性測定法）、黏結強度（GB/T5210—2006色漆與清漆拉開法附著力試驗）、冷熱交替試驗（-20~80℃高低溫試驗）、耐化學腐蝕性（耐酸、耐堿、耐鹽）和固化涂層在路面應用抗滑性（T0964—2008）等性能指標。
3結果與討論
3.1光固化活性稀釋劑種類對精表處成型質量情況的研究
將HDDA、TPGDA、HDDA:TPGDA=1:1、HDDA:TPGDA=2:1、HDDA:TPGDA=1:2分別按照C組分含量（4.5份）添加到精表處混合材料中，發現當光固化活性稀釋劑HDDA與TPGDA為1:2，在保證產品自身基礎性能的條件下，體系中的黏度和固化膜柔韌性有明顯改善。
3.2光引發劑對精表處成型質量情況的研究
確定光固化活性稀釋劑HDDA:TPGDA=1:2的含量為4.5份的情況下，分別按照1%、2%、3%、4%、5%添加陽離子光引發劑Irgacure261，隨著光引發劑的增加，明顯縮短了光固化反應時間，但光引發劑含量大于等于4%，容易出現自由基過剩現象，導致自由基之間直接偶合終止，反應速率無明顯變化。由此確定Irgacure261陽離子光引發劑在A2體系中含量為4%。
3.3光固化精表處材料的性能測試
按照精表處產品要求，進行產品小試應用，得如表1的結果。
3.4試驗結果與討論
從上訴試驗評價情況可知，添加陽離子光引發劑和光固化活性稀釋劑會改善低溫產品反應活性較低，固化速率慢等狀況，添加光固化材料的產品在15℃環境條件下黏度有所下降，有利于工程車打開噴灑面、均勻噴灑。
4結語
本文通過將光固化材料與精表處強強聯手，既提高了精表處的市場占有率，又提高了精表處的施工質量和效率。為在環境溫度低于15℃的情況下，仍能噴涂，使路面快速成型，繼而開放交通提供了可能，在橋梁、隧道和夜間施工等道路預防性養護工程中具有廣闊的應用前景。
參考文獻
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作者：吳英 吳飛 楊建萍 吳祥燕 劉驁 單位：重慶誠邦路面材料有限公司