精表处光固化材料应用研究

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【摘要】光固化具有无或低VOC排放、节省能源，耗能仅为溶剂型涂料的1/10~1/5、固化速率快，一般在0.1~10s、固化温度低等优点[3]。为优化环氧材料普遍在低温环境下活性低、固化时间长、强度低等应用缺陷，本文主要结合精表处现有材料的特征，引进阳离子光引发剂，双官能团活性稀释剂，在紫外线的照射下进行固化反应，系统地研究了光固化材料与精表处材料性能关系，通过各个成分之间的变化联系，提升精表处低温性能，在桥梁、隧道、夜间施工等地方有广阔的应用前景。

【关键词】精表处；光固化；环氧材料

前言

沥青路面精细表面处理技术简称精表处，在同步碎石封层技术基础上，结合含砂雾封层、微表处等技术优势研发的新型道路预防性养护技术，采用精表处配套车将改性环氧沥青养护剂喷涂于旧沥青路面上，进行渗透吸附，弥合微裂缝，再配合特制精砂或集料[9]，通过环氧固化反应，在沥青路面上形成具有强力渗透黏结、持久耐磨、抗滑、降噪、稳定性好、经济环保等技术优势的保护层，能有效解决传统养护技术的缺陷，显著提高路面使用性能。在路面养护工程中，桥梁、隧道、夜间施工普遍存在施工温度低、封闭交通时间短等技术难点，对精表处施工有较大的考验，为了提高精表处市场占有率及施工质量与效率，寻找一种能解决低温环境下活性低、固化时间长、强度低等应用缺陷的材料和方法，成了精表处研究的主要方向。

1试验

1.1原理

精表处材料是一种多组分常温反应型环氧改性沥青胶结料。作为主要成分的环氧树脂是阳离子光固化涂料的低聚物，环氧树脂在超强质子酸或路易斯酸作用下，引发阳离子低聚物和活性稀释剂进行阳离子聚合和交联反应，在紫外光和光固化反应释放的能量下加剧环氧材料与固化剂和添加剂进一步反应，快速形成致密结构的涂膜。

1.2试验原材料的选择

1.2.1光固化低聚物在光固化涂料各组分中，低聚物是光固化涂料的主体，它的性能基本上决定了固化后材料的主要性能，在结构上低聚物必须具有光固化基团，如不饱和双键或环氧基等，属于感光性树脂[1、3]。因此，低聚物的合成和选择无疑是光固化涂料配方设计的重要环节。自由基光固化用的低聚物主要是各类丙烯酸树脂，如环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂等。阳离子光固化涂料用的低聚物具有环氧基团或乙烯基醚基团，如环氧树脂、乙烯基醚树脂[1、3]。本文主要采用环氧树脂双酚A，双酚A结构中羟基和醚基有较高的极性，使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力，而环氧基团则与介质表面的游离键起反应，形成化学键，具有良好的物理机械性、耐化学药品性和电气绝缘等[2、4]。

1.2.2光固化引发剂光固化涂料通过光引发剂吸收紫外光而产生自由基或阳离子，引发低聚物和活性稀释剂发生聚合和交联反应，形成网状结构的涂膜。它是决定UV光固化涂料能否迅速发生交联反应的关键因素之一。光引发剂因产生的活性中间体不同，可分为自由基型光引发剂和阳离子型光引发剂两类[3]。阳离子光引发剂具有不受氧影响、阳离子光固化的活性中间体超强酸较稳定，光照停止后，仍能继续引发聚合交联固化反应。光固化反应时体积收缩小，有利于基材附着，且材料使用寿命长，适合厚涂层和有色涂层。阳离子光引发剂主要有芳基重氮盐、二芳基碘铺盐、三芳基硫盐、芳基茂铁盐等[3]。本文主要采用芳茂铁盐，Irgacure261较芳基重氮盐热稳定性更好，光引发活性高，它在远紫外（240~250nm）和近紫外（390~400nm）均有较强吸收，261吸光后发生分解，生成异丙苯和茂铁路易斯酸继续引发阳离子聚合。

1.2.3光固化活性稀释剂光固化涂料中的活性稀释剂具有稀释、调节体系黏度、参与光固化反应，影响涂料的光固化速率和涂膜的力学性能。双官能团活性稀释剂每个分子中含有两个可参与光固化反应的活性基团，因此光固化速率比单官能团活性稀释剂要LOWCARBONWORLD2021/3快，成膜时发生交联，有利于提高固化膜的物理力学性能和耐抗性[1、3]。虽然双官能团活性稀释剂相对分子质量大，但仍保持良好的稀释性、较小挥发性、较低气味等优点。常见的双官能团活性稀释剂三丙二醇类二丙烯酸酯（TPGDA）具有黏度较低、稀释能力强、光固化速率快、体积收缩较小、皮肤刺激性较小、价格低等优点。而1，6-己二醇二丙烯酸酯（HDDA）具有低黏度，稀释能力强，对塑料附着力好，可改善固化膜的柔韧性，但皮肤刺激性较大，价格较高。本文主要采用HDDA与TPGDA活性稀释剂按1:2比例进行配制的混合液。

1.3试验设备

UV-LED光固化灯：发光二极管是一种半导体发光的新光源[1、3]。通过注入少数载流子与多数载流子复合，以光的形式释放多余的能量，从而把电能直接转换为光能。掺杂一定材料，影响pn结所使用半导体材料的能隙大小，得到本文所需的紫外光线。

2方法

2.1在精表处A2、C组分中，确定光引发剂和光固化活性稀释剂添加量

将环氧材料双酚A与光引发剂和光固化稀释剂按照不同比例进行互配，观察阳离子光引发剂、光固化稀释剂与环氧材料的相容性、体系黏度和反应情况。确认阳离子光引发剂在A2组分中的添加量，及在产品中应选用单组分还是复合组分光固化活性稀释剂和在C组分中的添加量。

2.2在精表处中应用

在明确光固化活性稀释剂和阳离子光引发剂的用量后，按照精表处使用配方A1:A2（新）:B:C（新）=20:9:4.5:4.5配制材料，混合均匀后按照0.4kg/m2分别在不同模具（如：石膏板、车辙板）上制膜，将涂膜试件距UV-LED紫外光仪10cm并照射10~30s，待成膜完全后分别检测固化涂层硬度（GB/T531.1—2008）硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法）、耐磨性（GB/T1689—2014硫化橡胶耐磨性能的测定）、附着力（GB/T1720—1979漆膜附着力测定法）、耐冲击性（GB/T1732—2020漆膜耐冲击性测定法）、黏结强度（GB/T5210—2006色漆与清漆拉开法附着力试验）、冷热交替试验（-20~80℃高低温试验）、耐化学腐蚀性（耐酸、耐碱、耐盐）和固化涂层在路面应用抗滑性（T0964—2008）等性能指标。

3结果与讨论

3.1光固化活性稀释剂种类对精表处成型质量情况的研究

将HDDA、TPGDA、HDDA:TPGDA=1:1、HDDA:TPGDA=2:1、HDDA:TPGDA=1:2分别按照C组分含量（4.5份）添加到精表处混合材料中，发现当光固化活性稀释剂HDDA与TPGDA为1:2，在保证产品自身基础性能的条件下，体系中的黏度和固化膜柔韧性有明显改善。

3.2光引发剂对精表处成型质量情况的研究

确定光固化活性稀释剂HDDA:TPGDA=1:2的含量为4.5份的情况下，分别按照1%、2%、3%、4%、5%添加阳离子光引发剂Irgacure261，随着光引发剂的增加，明显缩短了光固化反应时间，但光引发剂含量大于等于4%，容易出现自由基过剩现象，导致自由基之间直接偶合终止，反应速率无明显变化。由此确定Irgacure261阳离子光引发剂在A2体系中含量为4%。

3.3光固化精表处材料的性能测试

按照精表处产品要求，进行产品小试应用，得如表1的结果。

3.4试验结果与讨论

从上诉试验评价情况可知，添加阳离子光引发剂和光固化活性稀释剂会改善低温产品反应活性较低，固化速率慢等状况，添加光固化材料的产品在15℃环境条件下黏度有所下降，有利于工程车打开喷洒面、均匀喷洒。

4结语

本文通过将光固化材料与精表处强强联手，既提高了精表处的市场占有率，又提高了精表处的施工质量和效率。为在环境温度低于15℃的情况下，仍能喷涂，使路面快速成型，继而开放交通提供了可能，在桥梁、隧道和夜间施工等道路预防性养护工程中具有广阔的应用前景。

参考文献

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[2]胡玉明.环氧固化剂及添加剂[M].北京：化学工业出版社，2013：191-201.

[3]魏杰，金养智.光固化涂料[M].北京：化学工业出版社，2013.

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[8]王兆华，金琳，袁哲，等.高性能UV色浆在紫外光固化涂料中的应用[J].中国涂料，2018，33（6）：16-22.

[9]杨建萍，黄静，吴英，等.绿色环保新材料在道路预防性养护行业中的应用前景[J].低碳世界，2020，10（12）：213-214.

作者：吴英 吴飞 杨建萍 吴祥燕 刘骜 单位：重庆诚邦路面材料有限公司