UVLED光固化新突破：双固化体系与新型引发剂

在材料领域，碳纤维增强材料的光固化一直是个难题。由于碳纤维呈黑色且光线穿透能力不佳，常规的固化方法常常导致严重的固化不完全问题。法国上阿尔萨斯大学的 Xavier Allonas 教授团队另寻出路，他们采用吡喃盐（TPP）作为光引发剂，配合过氧化氢或乙烯基醚作为助引发剂，借助395nm 的 LED，对玻纤增强的环氧树脂运用双固化体系，成功地实现了高效固化，得到了性能卓越的玻纤增强复合材料。

目前，玻纤增强的环氧树脂是一种被广泛应用的复合材料体系。然而，传统的热固化技术存在诸多弊端，加工时间极长（最长可达 16 小时），固化温度也很高（最高达 160℃），这带来了交货时间延长、设备投资巨大以及能耗过高等一系列问题。相比之下，光固化技术具有加工时间短、能耗低的显著优势。但光固化的前提是光线能够穿透基材以引发固化，而碳纤维的存在让这一条件难以满足。

为攻克光固化中的光穿透难题，Xavier Allonas教授引入了一种全新的引发体系，它能够有效地进行光化学和热反应。材料表面的光聚合会释放热量，进而促使深层的热引发剂产生自由基，这就是光诱导的热前端聚合。通过这种方式，碳纤维复合材料能够在室温下在短短几分钟内完成固化。

TPP是一种出色的光敏剂。当在 3,4 – 环氧环己基甲酸 – 3,4 – 环氧环己基甲酯（EPOX）中添加 3wt% 的 TPP 时，在 395nm 的 LED 以及经过滤光后的 365nm 汞灯照射下，光聚合效果良好，环氧转换率大约能达到 60%。在暗环境下，添加了 3wt% TPP 的 EPOX 经过 3 – 4 小时可形成凝胶，一天左右能变为玻璃状聚合物。为加快热固化的速度，研究团队添加了过氧化氢（HP）和异丁基乙烯醚（IBVE）这两种助引发剂。HP 可以与TPP的机理发生反应并释放出一个质子，这个质子作为反应性单元极大地加快了 EPOX 的固化过程，使得凝胶时间缩短至15分钟。而在添加了 IBVE 的情况下，IBVE 会对 TPP 在 2 – 和 4 – 位置进行亲质子攻击，引发加成反应，产生一个能够引发 EPOX 聚合反应的活性碳氧离子，从而使凝胶时间缩短为 20 分钟。由此可见，在助引发剂存在的情况下，TPP成为了十分有效的热引发剂，形成的反应性引发系统将 EPOX 的固化时间缩短至15 – 20 分钟。

综上所述，使用TPP后能够同时进行光聚合和热聚合，这使得通过光诱导的热前端聚合来固化纤维增强的聚合物成为了可能。表面温度首先因光聚合而快速升高，随后这一温度升高又引发深层热降解，推动了在基质中的热驱动。