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【摘要】光固化具有無或低VOC排放、節(jié)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(yōu)點(diǎn)[3]。為優(yōu)化環(huán)氧材料普遍在低溫環(huán)境下活性低、固化時(shí)間長、強(qiáng)度低等應(yīng)用缺陷,本文主要結(jié)合精表處現(xiàn)有材料的特征,引進(jìn)陽離子光引發(fā)劑,雙官能團(tuán)活性稀釋劑,在紫外線的照射下進(jìn)行固化反應(yīng),系統(tǒng)地研究了光固化材料與精表處材料性能關(guān)系,通過各個(gè)成分之間的變化聯(lián)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(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】精表處;光固化;環(huán)氧材料
前言
瀝青路面精細(xì)表面處理技術(shù)簡稱精表處,在同步碎石封層技術(shù)基礎(chǔ)上,結(jié)合含砂霧封層、微表處等技術(shù)優(yōu)勢(shì)研發(fā)的新型道路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù),采用精表處配套車將改性環(huán)氧瀝青養(yǎng)護(hù)劑噴涂于舊瀝青路面上,進(jìn)行滲透吸附,彌合微裂縫,再配合特制精砂或集料[9],通過環(huán)氧固化反應(yīng),在瀝青路面上形成具有強(qiáng)力滲透黏結(jié)、持久耐磨、抗滑、降噪、穩(wěn)定性好、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等技術(shù)優(yōu)勢(shì)的保護(hù)層,能有效解決傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)技術(shù)的缺陷,顯著提高路面使用性能。在路面養(yǎng)護(hù)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(shí)間短等技術(shù)難點(diǎn),對(duì)精表處施工有較大的考驗(yàn),為了提高精表處市場(chǎng)占有率及施工質(zhì)量與效率,尋找一種能解決低溫環(huán)境下活性低、固化時(shí)間長、強(qiáng)度低等應(yīng)用缺陷的材料和方法,成了精表處研究的主要方向。
1試驗(yàn)
1.1原理
精表處材料是一種多組分常溫反應(yīng)型環(huán)氧改性瀝青膠結(jié)料。作為主要成分的環(huán)氧樹脂是陽離子光固化涂料的低聚物,環(huán)氧樹脂在超強(qiáng)質(zhì)子酸或路易斯酸作用下,引發(fā)陽離子低聚物和活性稀釋劑進(jìn)行陽離子聚合和交聯(lián)反應(yīng),在紫外光和光固化反應(yīng)釋放的能量下加劇環(huán)氧材料與固化劑和添加劑進(jìn)一步反應(yīng),快速形成致密結(jié)構(gòu)的涂膜。
1.2試驗(yàn)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(jié)構(gòu)上低聚物必須具有光固化基團(tuán),如不飽和雙鍵或環(huán)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(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。自由基光固化用的低聚物主要是各類丙烯酸樹脂,如環(huán)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(huán)氧基團(tuán)或乙烯基醚基團(tuán),如環(huán)氧樹脂、乙烯基醚樹脂[1、3]。本文主要采用環(huán)氧樹脂雙酚A,雙酚A結(jié)構(gòu)中羥基和醚基有較高的極性,使環(huán)氧分子與相鄰界面產(chǎn)生了較強(qiáng)的分子間作用力,而環(huán)氧基團(tuán)則與介質(zhì)表面的游離鍵起反應(yīng),形成化學(xué)鍵,具有良好的物理機(jī)械性、耐化學(xué)藥品性和電氣絕緣等[2、4]。
1.2.2光固化引發(fā)劑光固化涂料通過光引發(fā)劑吸收紫外光而產(chǎn)生自由基或陽離子,引發(fā)低聚物和活性稀釋劑發(fā)生聚合和交聯(lián)反應(yīng),形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的涂膜。它是決定UV光固化涂料能否迅速發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的關(guān)鍵因素之一。光引發(fā)劑因產(chǎn)生的活性中間體不同,可分為自由基型光引發(fā)劑和陽離子型光引發(fā)劑兩類[3]。陽離子光引發(fā)劑具有不受氧影響、陽離子光固化的活性中間體超強(qiáng)酸較穩(wěn)定,光照停止后,仍能繼續(xù)引發(fā)聚合交聯(lián)固化反應(yīng)。光固化反應(yīng)時(shí)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(fā)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(wěn)定性更好,光引發(fā)活性高,它在遠(yuǎn)紫外(240~250nm)和近紫外(390~400nm)均有較強(qiáng)吸收,261吸光后發(fā)生分解,生成異丙苯和茂鐵路易斯酸繼續(xù)引發(fā)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(diào)節(jié)體系黏度、參與光固化反應(yīng),影響涂料的光固化速率和涂膜的力學(xué)性能。雙官能團(tuán)活性稀釋劑每個(gè)分子中含有兩個(gè)可參與光固化反應(yīng)的活性基團(tuán),因此光固化速率比單官能團(tuán)活性稀釋劑要LOWCARBONWORLD2021/3快,成膜時(shí)發(fā)生交聯(lián),有利于提高固化膜的物理力學(xué)性能和耐抗性[1、3]。雖然雙官能團(tuán)活性稀釋劑相對(duì)分子質(zhì)量大,但仍保持良好的稀釋性、較小揮發(fā)性、較低氣味等優(yōu)點(diǎn)。常見的雙官能團(tuán)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(qiáng)、光固化速率快、體積收縮較小、皮膚刺激性較小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。而1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)具有低黏度,稀釋能力強(qiáng),對(duì)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(jià)格較高。本文主要采用HDDA與TPGDA活性稀釋劑按1:2比例進(jìn)行配制的混合液。
1.3試驗(yàn)設(shè)備
UV-LED光固化燈:發(fā)光二極管是一種半導(dǎo)體發(fā)光的新光源[1、3]。通過注入少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合,以光的形式釋放多余的能量,從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。摻雜一定材料,影響pn結(jié)所使用半導(dǎo)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(fā)劑和光固化活性稀釋劑添加量
將環(huán)氧材料雙酚A與光引發(fā)劑和光固化稀釋劑按照不同比例進(jìn)行互配,觀察陽離子光引發(fā)劑、光固化稀釋劑與環(huán)氧材料的相容性、體系黏度和反應(yīng)情況。確認(rèn)陽離子光引發(fā)劑在A2組分中的添加量,及在產(chǎn)品中應(yīng)選用單組分還是復(fù)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(yīng)用
在明確光固化活性稀釋劑和陽離子光引發(fā)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(cè)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(yàn)方法)、耐磨性(GB/T1689—2014硫化橡膠耐磨性能的測(cè)定)、附著力(GB/T1720—1979漆膜附著力測(cè)定法)、耐沖擊性(GB/T1732—2020漆膜耐沖擊性測(cè)定法)、黏結(jié)強(qiáng)度(GB/T5210—2006色漆與清漆拉開法附著力試驗(yàn))、冷熱交替試驗(yàn)(-20~80℃高低溫試驗(yàn))、耐化學(xué)腐蝕性(耐酸、耐堿、耐鹽)和固化涂層在路面應(yīng)用抗滑性(T0964—2008)等性能指標(biāo)。
3結(jié)果與討論
3.1光固化活性稀釋劑種類對(duì)精表處成型質(zhì)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(fā)現(xiàn)當(dāng)光固化活性稀釋劑HDDA與TPGDA為1:2,在保證產(chǎn)品自身基礎(chǔ)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(fā)劑對(duì)精表處成型質(zhì)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(fā)劑Irgacure261,隨著光引發(fā)劑的增加,明顯縮短了光固化反應(yīng)時(shí)間,但光引發(fā)劑含量大于等于4%,容易出現(xiàn)自由基過?,F(xiàn)象,導(dǎo)致自由基之間直接偶合終止,反應(yīng)速率無明顯變化。由此確定Irgacure261陽離子光引發(fā)劑在A2體系中含量為4%。
3.3光固化精表處材料的性能測(cè)試
按照精表處產(chǎn)品要求,進(jìn)行產(chǎn)品小試應(yīng)用,得如表1的結(jié)果。
3.4試驗(yàn)結(jié)果與討論
從上訴試驗(yàn)評(píng)價(jià)情況可知,添加陽離子光引發(fā)劑和光固化活性稀釋劑會(huì)改善低溫產(chǎn)品反應(yīng)活性較低,固化速率慢等狀況,添加光固化材料的產(chǎn)品在15℃環(huán)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(jié)語
本文通過將光固化材料與精表處強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手,既提高了精表處的市場(chǎng)占有率,又提高了精表處的施工質(zhì)量和效率。為在環(huán)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(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1]金養(yǎng)智.光固化材料性能與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[2]胡玉明.環(huán)氧固化劑及添加劑[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013:191-201.
[3]魏杰,金養(yǎng)智.光固化涂料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2013.
[4]陳平,劉勝平,王德忠.環(huán)氧樹脂及其應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011:31-42.
[5]龐來興,楊建文,曾兆華,等.紫外光固化粉末涂料[J].高分子通報(bào),2002(2):38-42.
[6]張靜,郭永亮,郭軍紅,等.環(huán)境友好型紫外光固化水性涂料研究進(jìn)展[J].中國涂料,2017,32(7):1-6.
[7]方震,我國紫外光固化涂料的進(jìn)展及其應(yīng)用[J].上海涂料,2012,50(6):48-52.
[8]王兆華,金琳,袁哲,等.高性能UV色漿在紫外光固化涂料中的應(yīng)用[J].中國涂料,2018,33(6):16-22.
[9]楊建萍,黃靜,吳英,等.綠色環(huán)保新材料在道路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)行業(yè)中的應(yīng)用前景[J].低碳世界,2020,10(12):213-214.
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