论光固化膨胀阻燃涂层的制备

摘 要：将光固化技术应用到膨胀阻燃涂层的制备方面是一个进步，光固化技术是一项清洁环保型技术，它有利于保护环境，净化空气，也可以节约能源，可持续利用。它使用的能源消耗量只是传统能源消耗的10%，而且不含有溶剂，不会向大气排放有污染的气体，比如二氧化碳等，有利于保持生态平衡，对保护环境起到重要作用。

关键词：光固化；阻燃涂层；制备方法

中图分类号：TQ325.12 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）15-0148-02

1 光固化膨胀阻燃涂层制备的工艺特点

光固化膨胀阻燃涂层的制备是与光固化技术息息相关的，光固化技术是一项清洁环保型技术，它有利于保护环境，净化空气，也可以节约能源，可持续利用。它使用的能源消耗量只是传统能源消耗的十分之一，而且不含有溶剂，不会向大气排放有污染的气体，比如二氧化碳等，有利于保持生态平衡，对保护环境起到重要作用，因此也被称为“绿色技术”。

光固化技术（UV）是通过一定波长的紫外光照射，使液态的环氧丙烯酸树脂高速聚合而成固态的一种光加工工艺。在这个光加工的过程中，光固化反应起到了至关重要的作用，而光固化反应在本质上是由光引起的聚合、交联反应。而光固化膨胀阻燃涂层的制备就是光固化技术在工业上大规模应用的成功范例。

光固化膨胀阻燃涂层相对于传统的阻燃涂层来说，它的主要优势就是不释放有害气体，可以有效地保护环境。这是由它自身的工艺特点决定的，它采用了目前比较环保的活性稀释剂来充分调节黏度，使其自身的有机挥发性组分含量极低。非光固化的膨胀阻燃涂层也有的比较环保，但是相对于光固化膨胀阻燃涂层来说，没有它更加的节省能源，它的能耗是传统的非光固化膨胀阻燃涂层的十分之一左右。而且光固化技术的特点就在于能耗低，速度快，将光固化技术应用到制备膨胀阻燃涂层，能更好地发挥它的优势。

2 光固化膨胀阻燃涂层的制备原理

我们通常所讲的光固化过程是指液态树脂经光照后变成固态的过程，其中所涉及的光固化反应绝大多数是由光引发的链式聚合反应。更广义的光固化还包括可溶性固态树脂光照后变成不溶性的固态的过程，典型的例子是负性光刻胶，其所经历的反应是光交联反应，例如聚乙烯醇肉桂酸酯的二聚环化反应。

光固化涂料通常是从液体树脂变成固态干膜，因而其所经历的光化学过程基本上是链式聚合反应，通过聚合使体系的分子量增加，并形成交联网络，从而变成固态干膜。光引发聚合反应主要包括光引发自由基聚合、光引发阳离子聚合，其中光引发自由基聚合占大多数。

光固化膨胀阻燃涂层的制备主要是一种在紫外光照射下迅速交联固化成抗氧化膜的新型技术的具体应用，因为它环保，高效的特点，已被业界广泛的认同，而且在近年来发展比较快，主要应用在消防领域。

3 光固化膨胀阻燃涂层的制备方法

光固化膨胀阻燃图层的制备主要分为物理方法和化学方法，物理方法是指用各种物理材料辅助完成光固化反应的过程，这种工艺的特点在于取材简单，制备工艺流程并不复杂，主要包括浮腊法、覆膜法、强光照射法和两次辐射法。

①浮蜡法。在制备膨胀阻燃涂层的客体对象中加入适当的石蜡，在一定强度的强光照射下一段时间，再把涂膜徐徐展开，因石蜡的特性，使这种材料与有机树脂的存在体系并不相容，因此用石蜡铺成一层很薄的薄膜覆盖在膨胀阻燃涂层表面，能够起到阻隔外界氧分子向涂层扩散的作用。不过这种工艺虽然操作简单，但是工艺流程需要的时间较长，而采用的是日光，光照时间和光源强度无法保证，因此用这种方法制备膨胀阻燃涂层的生产绝对速率比较低，不适合大规模的生产。

②覆膜法。这种方法的工艺流程主要就是将膨胀阻燃涂层所在的载体上覆盖上一层表面惰性的塑料薄膜来起到阻隔外界氧分子向涂层扩散的作用，如聚乙烯薄膜，再经过光固化反应中的UV光辐照固化后，揭去薄膜。只是经过这样的工艺制作出来的膨胀阻燃涂层，无论在光泽度方面，还是在光泽均匀度方面都不能达到很好地效果，而且生产的速度慢，生产率比较低，因此在实践中应用的不是很广泛。

③辐照法。这种方法是利用强光的照射，来促进光固化反应中引发剂的大量分解，使引发剂中产生大量的活性自由基，这些活性的自由基能够促进单个分子的迅速流动，起到催化的作用。而且这些活性自由基也可以和氧分子进行反应，相比活性自由基参与前后两个反应的比例来说，无论用不用强光辐照，两个反应都差不多，但是由于强光的参与，可以使光固化反应的绝对速率增加很多。因此可以促进聚合反应的发生进一步加快，从而导致涂层的黏度也迅速增加。在这样的情况下，可以有效地阻止外界地氧分子向着高黏度体系的扩散，此时更加有利于活性自由基的聚合反应的加速进行。但是这种工艺也有自身的局限性，在实际生产中，此种光固化工艺所需要的辐照光源动辄上千瓦，而且常常几只光管并排安装使用，相邻两只光管在重叠辐照区域上的光强具有可加和性。但是光源的质量直接影响到了膨胀阻燃涂层的均匀度和光泽度，因此改善光源质量、增加辐照光强度是此种工艺亟待解决的问题。

④两次辐照法。开始先用波长比较短的辐射光源辐照涂层，因为波长短的光源在有机涂层中的穿透力比较差，所以光源的能量在膨胀阻燃涂层的浅表层就被吸收殆尽了。但是相对而言，单位体积内吸收的光能较高，这样不但有利于增强光固化反应的速度，还能增强抗氧聚合的能力。在这种情况下，光固化反应中的聚合固化只是发生在膨胀阻燃涂层的浅表层，而当浅表层上面的固化膜一旦形成，就是底层涂层良好的阻氧膜，接着再用常规中压汞灯辐照，其中波长较长的光线就可以有效地穿透整个涂层，这样就可以有效地让引发剂促成光固化反应中的聚合固化反应，另外这种辐照方法还可获得一些特别表面效果。

化学方法就是添加氧清除剂，如叔胺、硫醇、膦类等化合物通过化学反应来催化产生更多的活性自由基。这些化合物作为活泼的氢供体可与过氧自由基迅速反应，促进活性自由基再生，同时过氧自由基夺氢生成烷基过拉化氢，并可进一步分解为烷氧自由基与羟基自由基。所产生的活性自由基与膨胀阻燃涂层中的物质结合，可以促进光固化反应中聚合固化的速度，再生出来的活性自由基还可以引发聚合烷基过氧化氢分解释放出更多的烷氧基自由基，而烷氧基自由基对乙烯基单体也有一定引发活性，但它的进一步夺氢反应似乎更占主导地位。

添加化合物的工艺过程已成为光固化技术中一个比较重要的环节，也是活性自由基光固化配方中克服氧阻聚的重要手段。但含有胺的光固化膨胀阻燃涂层体系在其光固化过程中产生的固化产物容易产生黄变，而且光固化膨胀阻燃涂层体系的表面稳定性不高，均匀度也保证不了，这就是使用胺类化合物作为抗氧添加剂阻聚方法的一大缺点。

如果采用其他引发剂，比如采用Ⅰ型光引发剂和Ⅱ型光引发剂配合的光引发剂体系和二苯甲酮的混合光引发剂，它在空气中有较好的使用效果。一般认为，这可能是由于二苯甲酮的能够激发出更多的活性自由基，以及大量的三线态，这些都能后有效地促进过氧化物的分解，而过氧化物的快速分解能够产生更多的烷氧自由基和羟基自由基，这些自由基能够更好地促进光固化反应中的聚合固化的速度，并对光固化膨胀阻燃涂层的抗氧能力都具有引发作用，而Ⅰ型光引发剂光解产生的自由基与氧的反应消耗了氧，使氧对二苯甲酮激发三线态的猝灭作用受到抑制，可见两者有协同作用。物理方法和化学方法各有优势，可以在一定的领域和一定的条件下综合使用，物理方法比化学方法操作简单，更加地清洁环保，并节约能源，但是它的普遍缺点是生产效率低，而化学方法则不同，使用化学方法是操作流程相对于物理方法还是比较复杂，工艺过程中需要的条件也比较苛刻一些，但是有时就在于生产率高，可复制性强，可以大规模的生产，广泛地推广应用。

参考文献：

[1] 王孝峰.光固化膨胀阻燃涂层的制备及交联聚乙烯的热老化与机理的研究[D].北京：中国科学技术大学，2013.

[2] 张海龙.110～220 kV XLPE电缆绝缘在线检测技术研究[D].武汉：武汉大学，2009.

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