論光固化膨脹阻燃涂層的制備

摘 要：將光固化技術(shù)應(yīng)用到膨脹阻燃涂層的制備方面是一個(gè)進(jìn)步，光固化技術(shù)是一項(xiàng)清潔環(huán)保型技術(shù)，它有利于保護(hù)環(huán)境，凈化空氣，也可以節(jié)約能源，可持續(xù)利用。它使用的能源消耗量只是傳統(tǒng)能源消耗的10%，而且不含有溶劑，不會(huì)向大氣排放有污染的氣體，比如二氧化碳等，有利于保持生態(tài)平衡，對(duì)保護(hù)環(huán)境起到重要作用。

關(guān)鍵詞：光固化；阻燃涂層；制備方法

中圖分類號(hào)：TQ325.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）15-0148-02

1 光固化膨脹阻燃涂層制備的工藝特點(diǎn)

光固化膨脹阻燃涂層的制備是與光固化技術(shù)息息相關(guān)的，光固化技術(shù)是一項(xiàng)清潔環(huán)保型技術(shù)，它有利于保護(hù)環(huán)境，凈化空氣，也可以節(jié)約能源，可持續(xù)利用。它使用的能源消耗量只是傳統(tǒng)能源消耗的十分之一，而且不含有溶劑，不會(huì)向大氣排放有污染的氣體，比如二氧化碳等，有利于保持生態(tài)平衡，對(duì)保護(hù)環(huán)境起到重要作用，因此也被稱為“綠色技術(shù)”。

光固化技術(shù)（UV）是通過(guò)一定波長(zhǎng)的紫外光照射，使液態(tài)的環(huán)氧丙烯酸樹(shù)脂高速聚合而成固態(tài)的一種光加工工藝。在這個(gè)光加工的過(guò)程中，光固化反應(yīng)起到了至關(guān)重要的作用，而光固化反應(yīng)在本質(zhì)上是由光引起的聚合、交聯(lián)反應(yīng)。而光固化膨脹阻燃涂層的制備就是光固化技術(shù)在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用的成功范例。

光固化膨脹阻燃涂層相對(duì)于傳統(tǒng)的阻燃涂層來(lái)說(shuō)，它的主要優(yōu)勢(shì)就是不釋放有害氣體，可以有效地保護(hù)環(huán)境。這是由它自身的工藝特點(diǎn)決定的，它采用了目前比較環(huán)保的活性稀釋劑來(lái)充分調(diào)節(jié)黏度，使其自身的有機(jī)揮發(fā)性組分含量極低。非光固化的膨脹阻燃涂層也有的比較環(huán)保，但是相對(duì)于光固化膨脹阻燃涂層來(lái)說(shuō)，沒(méi)有它更加的節(jié)省能源，它的能耗是傳統(tǒng)的非光固化膨脹阻燃涂層的十分之一左右。而且光固化技術(shù)的特點(diǎn)就在于能耗低，速度快，將光固化技術(shù)應(yīng)用到制備膨脹阻燃涂層，能更好地發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。

2 光固化膨脹阻燃涂層的制備原理

我們通常所講的光固化過(guò)程是指液態(tài)樹(shù)脂經(jīng)光照后變成固態(tài)的過(guò)程，其中所涉及的光固化反應(yīng)絕大多數(shù)是由光引發(fā)的鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)。更廣義的光固化還包括可溶性固態(tài)樹(shù)脂光照后變成不溶性的固態(tài)的過(guò)程，典型的例子是負(fù)性光刻膠，其所經(jīng)歷的反應(yīng)是光交聯(lián)反應(yīng)，例如聚乙烯醇肉桂酸酯的二聚環(huán)化反應(yīng)。

光固化涂料通常是從液體樹(shù)脂變成固態(tài)干膜，因而其所經(jīng)歷的光化學(xué)過(guò)程基本上是鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)，通過(guò)聚合使體系的分子量增加，并形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而變成固態(tài)干膜。光引發(fā)聚合反應(yīng)主要包括光引發(fā)自由基聚合、光引發(fā)陽(yáng)離子聚合，其中光引發(fā)自由基聚合占大多數(shù)。

光固化膨脹阻燃涂層的制備主要是一種在紫外光照射下迅速交聯(lián)固化成抗氧化膜的新型技術(shù)的具體應(yīng)用，因?yàn)樗h(huán)保，高效的特點(diǎn)，已被業(yè)界廣泛的認(rèn)同，而且在近年來(lái)發(fā)展比較快，主要應(yīng)用在消防領(lǐng)域。

3 光固化膨脹阻燃涂層的制備方法

光固化膨脹阻燃圖層的制備主要分為物理方法和化學(xué)方法，物理方法是指用各種物理材料輔助完成光固化反應(yīng)的過(guò)程，這種工藝的特點(diǎn)在于取材簡(jiǎn)單，制備工藝流程并不復(fù)雜，主要包括浮臘法、覆膜法、強(qiáng)光照射法和兩次輻射法。

①浮蠟法。在制備膨脹阻燃涂層的客體對(duì)象中加入適當(dāng)?shù)氖灒谝欢◤?qiáng)度的強(qiáng)光照射下一段時(shí)間，再把涂膜徐徐展開(kāi)，因石蠟的特性，使這種材料與有機(jī)樹(shù)脂的存在體系并不相容，因此用石蠟鋪成一層很薄的薄膜覆蓋在膨脹阻燃涂層表面，能夠起到阻隔外界氧分子向涂層擴(kuò)散的作用。不過(guò)這種工藝雖然操作簡(jiǎn)單，但是工藝流程需要的時(shí)間較長(zhǎng)，而采用的是日光，光照時(shí)間和光源強(qiáng)度無(wú)法保證，因此用這種方法制備膨脹阻燃涂層的生產(chǎn)絕對(duì)速率比較低，不適合大規(guī)模的生產(chǎn)。

②覆膜法。這種方法的工藝流程主要就是將膨脹阻燃涂層所在的載體上覆蓋上一層表面惰性的塑料薄膜來(lái)起到阻隔外界氧分子向涂層擴(kuò)散的作用，如聚乙烯薄膜，再經(jīng)過(guò)光固化反應(yīng)中的UV光輻照固化后，揭去薄膜。只是經(jīng)過(guò)這樣的工藝制作出來(lái)的膨脹阻燃涂層，無(wú)論在光澤度方面，還是在光澤均勻度方面都不能達(dá)到很好地效果，而且生產(chǎn)的速度慢，生產(chǎn)率比較低，因此在實(shí)踐中應(yīng)用的不是很廣泛。

③輻照法。這種方法是利用強(qiáng)光的照射，來(lái)促進(jìn)光固化反應(yīng)中引發(fā)劑的大量分解，使引發(fā)劑中產(chǎn)生大量的活性自由基，這些活性的自由基能夠促進(jìn)單個(gè)分子的迅速流動(dòng)，起到催化的作用。而且這些活性自由基也可以和氧分子進(jìn)行反應(yīng)，相比活性自由基參與前后兩個(gè)反應(yīng)的比例來(lái)說(shuō)，無(wú)論用不用強(qiáng)光輻照，兩個(gè)反應(yīng)都差不多，但是由于強(qiáng)光的參與，可以使光固化反應(yīng)的絕對(duì)速率增加很多。因此可以促進(jìn)聚合反應(yīng)的發(fā)生進(jìn)一步加快，從而導(dǎo)致涂層的黏度也迅速增加。在這樣的情況下，可以有效地阻止外界地氧分子向著高黏度體系的擴(kuò)散，此時(shí)更加有利于活性自由基的聚合反應(yīng)的加速進(jìn)行。但是這種工藝也有自身的局限性，在實(shí)際生產(chǎn)中，此種光固化工藝所需要的輻照光源動(dòng)輒上千瓦，而且常常幾只光管并排安裝使用，相鄰兩只光管在重疊輻照區(qū)域上的光強(qiáng)具有可加和性。但是光源的質(zhì)量直接影響到了膨脹阻燃涂層的均勻度和光澤度，因此改善光源質(zhì)量、增加輻照光強(qiáng)度是此種工藝亟待解決的問(wèn)題。

④兩次輻照法。開(kāi)始先用波長(zhǎng)比較短的輻射光源輻照涂層，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)短的光源在有機(jī)涂層中的穿透力比較差，所以光源的能量在膨脹阻燃涂層的淺表層就被吸收殆盡了。但是相對(duì)而言，單位體積內(nèi)吸收的光能較高，這樣不但有利于增強(qiáng)光固化反應(yīng)的速度，還能增強(qiáng)抗氧聚合的能力。在這種情況下，光固化反應(yīng)中的聚合固化只是發(fā)生在膨脹阻燃涂層的淺表層，而當(dāng)淺表層上面的固化膜一旦形成，就是底層涂層良好的阻氧膜，接著再用常規(guī)中壓汞燈輻照，其中波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光線就可以有效地穿透整個(gè)涂層，這樣就可以有效地讓引發(fā)劑促成光固化反應(yīng)中的聚合固化反應(yīng)，另外這種輻照方法還可獲得一些特別表面效果。

化學(xué)方法就是添加氧清除劑，如叔胺、硫醇、膦類等化合物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)催化產(chǎn)生更多的活性自由基。這些化合物作為活潑的氫供體可與過(guò)氧自由基迅速反應(yīng)，促進(jìn)活性自由基再生，同時(shí)過(guò)氧自由基奪氫生成烷基過(guò)拉化氫，并可進(jìn)一步分解為烷氧自由基與羥基自由基。所產(chǎn)生的活性自由基與膨脹阻燃涂層中的物質(zhì)結(jié)合，可以促進(jìn)光固化反應(yīng)中聚合固化的速度，再生出來(lái)的活性自由基還可以引發(fā)聚合烷基過(guò)氧化氫分解釋放出更多的烷氧基自由基，而烷氧基自由基對(duì)乙烯基單體也有一定引發(fā)活性，但它的進(jìn)一步奪氫反應(yīng)似乎更占主導(dǎo)地位。

添加化合物的工藝過(guò)程已成為光固化技術(shù)中一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)，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脹阻燃涂層體系在其光固化過(guò)程中產(chǎn)生的固化產(chǎn)物容易產(chǎn)生黃變，而且光固化膨脹阻燃涂層體系的表面穩(wěn)定性不高，均勻度也保證不了，這就是使用胺類化合物作為抗氧添加劑阻聚方法的一大缺點(diǎn)。

如果采用其他引發(fā)劑，比如采用Ⅰ型光引發(fā)劑和Ⅱ型光引發(fā)劑配合的光引發(fā)劑體系和二苯甲酮的混合光引發(fā)劑，它在空氣中有較好的使用效果。一般認(rèn)為，這可能是由于二苯甲酮的能夠激發(fā)出更多的活性自由基，以及大量的三線態(tài)，這些都能后有效地促進(jìn)過(guò)氧化物的分解，而過(guò)氧化物的快速分解能夠產(chǎn)生更多的烷氧自由基和羥基自由基，這些自由基能夠更好地促進(jìn)光固化反應(yīng)中的聚合固化的速度，并對(duì)光固化膨脹阻燃涂層的抗氧能力都具有引發(fā)作用，而Ⅰ型光引發(fā)劑光解產(chǎn)生的自由基與氧的反應(yīng)消耗了氧，使氧對(duì)二苯甲酮激發(fā)三線態(tài)的猝滅作用受到抑制，可見(jiàn)兩者有協(xié)同作用。物理方法和化學(xué)方法各有優(yōu)勢(shì)，可以在一定的領(lǐng)域和一定的條件下綜合使用，物理方法比化學(xué)方法操作簡(jiǎn)單，更加地清潔環(huán)保，并節(jié)約能源，但是它的普遍缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低，而化學(xué)方法則不同，使用化學(xué)方法是操作流程相對(duì)于物理方法還是比較復(fù)雜，工藝過(guò)程中需要的條件也比較苛刻一些，但是有時(shí)就在于生產(chǎn)率高，可復(fù)制性強(qiáng)，可以大規(guī)模的生產(chǎn)，廣泛地推廣應(yīng)用。

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