李江江　丁立群　劉尚斌　王慧翠

[摘要]為評價涂料產(chǎn)品的耐老化性能，有兩種試驗方法：一類是自然氣候老化，一類是人工加速氣候老化。人工氣候加速老化是利用相關(guān)的老化設(shè)備在實驗室模擬自然條件的某些老化因素進(jìn)行的老化試驗。本文通過對一些常用涂料產(chǎn)品進(jìn)行人工氣候加速老化試驗，通過改變光照、溫度、濕度以及漆膜厚度等影響因素，進(jìn)而對涂料的老化性能進(jìn)行比較評價。

[關(guān)鍵詞]人工氣候老化 光照 溫度 濕度

涂料在使用過程中受到各種不同因素的作用，使涂層的物理、化學(xué)性能和機(jī)械性能發(fā)生改變，使之出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的劣化，并最終導(dǎo)致涂層的破壞和失效，通常將這種現(xiàn)象稱為涂料的老化。由于涂料大都在自然氣候中使用，如建筑，橋梁，汽車涂料等，都會在自然氣候中受到日光，風(fēng)雨霜雪露及各種化工氣體等因素的綜合作用而使涂料發(fā)生老化破壞。因此涂料的耐候性是涂料的一項重要的物理性能，這項性能不僅決定了該涂料的使用壽命，而且同時也影響其美觀，裝飾的特性。涂料的耐候性試驗都是采用大氣暴曬的方法，即將準(zhǔn)備完成的試樣置于經(jīng)有關(guān)部門認(rèn)可的大氣暴曬試驗場所，并放置在一定的試樣架上，在自然狀態(tài)中放置115年，期間定期對試樣進(jìn)行檢查評級，檢查評級內(nèi)容一般包括失光、色差、起泡、生銹等項目。

一、涂料耐候性測試方法

（一）自然暴曬法

自然暴曬法即將所制備是涂料放置在國家認(rèn)可的暴曬場地進(jìn)行日光的暴曬，該方法在測試涂料耐候性方面，涂料的老化狀態(tài)與實際使用狀態(tài)非常接近，模擬性非常好。但是其缺點(diǎn)也非常的明顯，該方法的試驗周期過長，檢查評級的工作量非常繁重，往往會出現(xiàn)這種情況：一種新開發(fā)的涂料，其大氣暴曬試驗尚未結(jié)束，而市場上此類的產(chǎn)品卻即將淘汰，這對涂料的使用和研發(fā)工作帶來極大的困難和損失。

（二）人工加速老化試驗

人工加速老化試驗是為了彌補(bǔ)自然暴曬試驗周期過長的缺點(diǎn)，人們在進(jìn)行大量的自然大氣暴曬試驗得出的數(shù)據(jù)和結(jié)果基礎(chǔ)上，綜合分析氣候與圖層的破壞之間的因果關(guān)系后，制定出人工加速老化試驗的試驗方法和研制生產(chǎn)了相應(yīng)的試驗設(shè)備，在實驗室內(nèi)利用人造小氣候環(huán)境來模擬自然條件下老化狀態(tài)。而這種模擬狀態(tài)影響老化的物理、化學(xué)因素的強(qiáng)度是自然大氣狀態(tài)下的數(shù)倍，甚至是數(shù)十倍，從而達(dá)到加速涂層老化，大大縮短了老化試驗的時間。但是在試驗的過程中，氣候模擬畢竟是與真實環(huán)境存在一定差距，也導(dǎo)致試驗結(jié)果偶爾會出現(xiàn)較大甚至相反的誤差。

二、人工氣候加速老化試驗的影響因素

由于人工加速老化試驗的特點(diǎn)是既能模擬了大氣暴曬試驗的狀態(tài)，又強(qiáng)化了大氣暴曬試驗的狀態(tài)（各種老化因素），也就是說要達(dá)到模擬和強(qiáng)化的最大優(yōu)化和一致性，不至于產(chǎn)生這樣的情況：同種涂層的大氣老化和人工加速老化試驗得出的結(jié)果相悖，為此必須對各種老化影響因素進(jìn)行全面的分析比較。

（一）光源

人工加速老化試驗的光源是在人工條件下模擬自然光源對涂料樣板進(jìn)行照射，它在涂料的老化試驗中起著非常重要的角色。由于不同的光源在能量和波長分布上的差異比較大，所以在進(jìn)行涂料老化試驗時，光源的選擇起著決定性的作用。各種光源的特征如下：

自然條件下的光照和實際使用中使涂層發(fā)生老化的重要因素。圖1使在我國海南夏季正午時分測得的太陽的光譜圖（w nm圖），該地區(qū)是我國認(rèn)可的具備大氣暴曬試驗的場地之一。

通過查閱相關(guān)資料我們知道，自然光光譜可以分為紫外線區(qū)、可見光區(qū)和紅外線區(qū)三個區(qū)域，其波長和能量的分布如下表1：

從以上數(shù)據(jù)中也可以發(fā)現(xiàn)，即使自然光中紫外線的能量只占極小的一部分，但是涂料中的高分子物質(zhì)都是在紫外線的照射下發(fā)生了分子鏈的斷裂，化學(xué)鍵的斷裂等現(xiàn)象。高分子材料的老化除了與光源的波長有關(guān)以外，還取決于吸收光的能量大小。我們知道，當(dāng)光的波長越短時，光所包含的能量越大，對涂料的老化作用也越大。表2是不同波長紫外線的能量分布數(shù)據(jù)。

在不同的緯度和不同的季節(jié)條件下，太陽光的強(qiáng)度也不相同。一般來說，赤道附近的太陽光照最強(qiáng)烈，海拔較高的地方也是，夏季的光照最強(qiáng)。人造光源就是人工加速老化試驗用的光源，它具有模擬性的特點(diǎn)，同時又具有老化加速性的特點(diǎn)。由于人造光源都是采用特殊燈管或電弧所發(fā)生的光作為老化試驗的照射光源，因此不同型號所產(chǎn)生的光譜線的強(qiáng)度都不一樣?，F(xiàn)在主流的人工加速化試驗主要都采用熒光紫外燈、疝氣燈和碳弧燈三種。

（二）溫度

另外一個在對涂料進(jìn)行人工氣候加速老化試驗的重要因素就是溫度。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時，會在其它條件都一般時僅僅靠溫度就能使涂料老化，能夠使涂層高分子材料產(chǎn)生非正常交鏈如產(chǎn)生立體結(jié)構(gòu)，使涂層變硬、變脆、失去彈性、易脆斷等。也會破壞涂料中高分子材料的分子鏈斷裂。分子量變小，游離基團(tuán)增多，使涂料變得發(fā)軟、發(fā)粘等，同時在熱冷循環(huán)的周期中，由于熱應(yīng)力的作用下，涂層中的各涂層間產(chǎn)生很大的應(yīng)力，很可能會使涂層龜裂、分層、脫落。因此溫度是在進(jìn)行人工老化加速試驗的重要條件之一，溫度設(shè)置越高，老化就越容易。以下就是幾種常見涂料的不同溫度條件的耐老化時間，如表3所示：

（三）濕度

大氣條件下，涂料在暴曬的過長其實就是除了氣候的不斷變化之外，濕度的變化也是比較大的，一般來說低濕度光照比高濕度光照對涂層老化影響較小，也就是說在高濕度的光照條件下很容易引起涂層的粉化、龜裂、變色等表化現(xiàn)象，從而引起涂層的體積膨脹，同時也會使部分涂層中的物質(zhì)發(fā)生水介質(zhì)在光合溫度下的作用，加速涂料的老化速度，促進(jìn)涂層的破壞。當(dāng)濕度越高時，涂層的老化速度越快，在人工加速老化試驗中周期性的人工噴水和凝露都能將試驗強(qiáng)度達(dá)到飽和狀態(tài)。

（四）不同配比

涂料是四種不同成分按照不同比例進(jìn)行混合后的物質(zhì)，這四種物質(zhì)分別是成膜物質(zhì)、顏料、溶劑以及各種助劑。它們的組成比例構(gòu)成了涂料的配比。熟化是指雙組份的涂料按照該涂料和固化劑的配比加入固化劑攪拌，在諸組分混配后，需要給予一定時間，待諸組分間的反應(yīng)被引發(fā)后，才能用來施于涂裝，此過程也稱為熟化。不同的配比說明了涂料具有不同的物質(zhì)組成，具有不同的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，因此不同的配比對涂料的抗老化時間具有重要影響。

（五）不同漆膜厚度

在對涂料進(jìn)行人工氣候加速老化試驗時，不得不考慮的就是漆膜的厚度，漆膜厚度對耐候性測試有重要影響。圖2是在3000hQUV老化試驗中，薄涂層彩板（20 um、26 um）和正常涂層厚度彩板（面漆40 um）表面保光率的變化情況。

由圖2可知，在人工加速老化試驗（QUV老化試驗）中，不同涂層厚度對彩板的保光率的影響是不同的。薄涂層（6um、9um）彩涂板表面的保光率在試驗開始時即呈現(xiàn)出急速下降的趨勢，然而，正常厚度涂層（17 um）的變化趨勢與前者存在較大差異，保光率的下降幅度很小，且在試驗的前1500h內(nèi)，正常涂層表面的保光率大于90%。這些現(xiàn)象說明正常厚度涂層在投入使用的相當(dāng)長一段時間內(nèi)光澤的穩(wěn)定性高于相對較薄的涂層。

不同漆膜厚度對彩板表面色差的影響，圖3是在3000hQUV老化試驗中，薄涂層彩板（面漆20um、26um）和正常涂層厚度彩板（面漆40 um）表面色差的變化情況。厚度較大的漆膜厚度對色差板的影響較大，而漆膜厚度較小的則對彩板色差影響較小。

三、結(jié)果與討論

在進(jìn)行人工氣候加速老化試驗時，我們總結(jié)出如下結(jié)論：

（1）對某一種涂料如何選用加速老化試驗機(jī)和相應(yīng)的UV光源問題，是每一個涂料研究開發(fā)制造和使用工作者都必須面對的。采用不同的設(shè)備和光源都將對試驗結(jié)果產(chǎn)生很大影響，這與選擇試驗參數(shù)同樣重要。為此建議，按照各種光源的特點(diǎn)、涂料的主體類別和使用要求進(jìn)行綜合Fenix厚合理選用不同的光源進(jìn)行人工氣候加速老化試驗。

（2）不同涂層厚度在耐老化性能上存在較大差別，薄涂層的耐老化性能較差，正常厚度涂層的耐老化性能相對較好，因此在進(jìn)行人工氣候老化試驗時，要充分結(jié)合使用厚度進(jìn)行測試，這樣才能對涂料的總體性能有正確的測試。endprint