1  定義、目的及意義

漆膜抵抗陽光、空氣、水(酸雨)、微生物等環(huán)境破壞作用而保持原性能的能力,稱為漆膜的耐候性。 由手漆膜與塑料等高分子材料一樣,在使用過程中隨著時間的推移,不可避免地會受到內(nèi)在因素及外部環(huán)境因素的相互作用而出現(xiàn)變色,失光,粉化,開裂,生銹,剝落,斑點,沾污等一些不可逆的破壞現(xiàn)象。故對涂料的質(zhì)量而言,除了應考察其外觀、物理、化學、機械性能外,更為重要的應考察它的使用壽命,即漆膜本身的耐久性 。 而對漆膜進行耐候性試驗及試驗后的綜合評定, 既可以客觀地考察漆膜的各種綜合技術(shù)性能優(yōu)劣,又可以評倍它的真正使用價值,顯然是十分重要和必要的 。

2  漆膜老化的成因和主要機理

2.1  漆膜老化的內(nèi)在因素                        

漆膜老化的內(nèi)因一般與生產(chǎn)涂料用的樹J指、固化劑、顏料、填料、助劑等原材料的類型及質(zhì)量的優(yōu)劣相關(guān),還和涂料配方體系的配套性,合理性、成膜條件、涂裝方式、底材的選擇、處理方法等多種因素有著密不可分的關(guān)系。*常見的如:涂料用制量往往會在聚合過程中殘留一些微量雜質(zhì)或聚合物本身含有一些特殊的化學結(jié)構(gòu) 。當涂料在使用時遇到紫外線的輻射作用時,假設(shè)該涂料樹置旨的分子結(jié)構(gòu)中含有一些紫外線吸收基團,則該樹脂的這一老化缺陷會很容易凸現(xiàn),由此產(chǎn)生光化學反應后造成漆膜表層降解也是不可避免的。  再如:常見的金紅石型鈦白粉顏料的晶格穩(wěn)定、光化學活性較小,其抵抗紫外線輻射能力明顯優(yōu)于銳欽型鈦白粉顏料。 說明了不同種顏料的光化學活性、色相、粒度、晶型是有差異的,而正是這諸多的差異會直接或間接影響漆膜的耐光性及耐粉化等耐老化性能。

2.2  漆膜老化的外因

漆膜老化的外因指戶外環(huán)境造成的物理、化學、生物等多種破壞因素的組合。

2.2.1  光:

太陽光是造成戶外使用的漆膜老化的一個*主要外因之一 。 太陽光的光譜主要可分為紫外線、可見光、紅外線三個區(qū)域。大氣中太陽發(fā)射的光譜及能量見表9:

如表9所示:紫外線區(qū)的光譜分布雖然很窄,輻照能量也僅占太陽總能量的7%左右,但由于太陽光的光波能量隨波長的不同而異,波長越短,能量越強,對許多高分子材料的破壞性也越大。漆膜受能量較大的紫外線輻射后會產(chǎn)生光致氧化反應,直接導致高分子鏈狀結(jié)構(gòu)遂漸斷裂而產(chǎn)生化學降解,從而出現(xiàn)變色(顔色變暗或退色)、失光、粉化等老化現(xiàn)象。

2.2.2  水

在戶外環(huán)境中,水對于漆膜的作用主要表現(xiàn)在降雨、潮濕、凝露等多種形式。漆膜長期保持在高濕條件下,尤其是凝露時形成的水膜,水分很容易會滲入漆膜內(nèi)部 。 如果再加上陽光充分照射的情況,將更容易促使漆膜體系中某些水溶性物質(zhì)、含親水性基團的物質(zhì)被水溶解、吸收從而改變漆膜的組成和比例,加速了漆膜的水降解 。 當水分到達金屬底材表面后,水分與金屬底材會產(chǎn)生電極反應,造成漆膜鼓出氣泡及底材產(chǎn)生銹蝕等破壞。

2.2.3  溫度

在戶外環(huán)境下, 太陽光中的紅外線被漆膜所吸收后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮? 漆膜表面的溫度會隨之升高。 由子光化學反應總是隨著溫度的升高而加速的。 故在紫外線的作用下,熱能產(chǎn)生的熱化學反應使漆膜中聚合物分子鏈的斷裂速率加快,造成漆膜表層降解并形成游離基,使漆膜變硬、變脆或發(fā)軟、返粘。 較高的溫度對漆膜中的顔料的破壞也較大,而當漆膜表面溫度較高,通到降雨時, 又會造成一定的溫差,這將引起漆膜各涂層之問及漆膜與底材之間發(fā)生膨脹和收縮,產(chǎn)生交變內(nèi)應力 。 很容易使漆膜附著力下降后產(chǎn)生起泡、開製、粉化、剝落等漆膜老化破壞現(xiàn)象。（相關(guān)儀器：標準光源箱）

2.2.4  氧

空氣中的氣在與陽光的相互作用下, 大大促進了漆膜中聚合物的光致氧化反應和熱氧化反應的速度,漆膜由此會產(chǎn)生孔隙。微小的孔隙會造成漆膜抗沾污性能的下降,產(chǎn)生斑點。嚴重時會導致漆膜產(chǎn)生裂紋、剝落、變色、失光等破壞。

2.2.5  綜合因素

同時出現(xiàn)多種破壞因素時產(chǎn)生的破壞力是由各種破壞因素相互作用疊加而形成的合力,其威力會遠遠超過単個因素的總和,即( 1+1 )大手2效應,通常稱為綜合破壞因素 。

2.2.6  其它

其他因素還有:臭氧、高能輻射、酸雨、霉菌等。

3  漆膜老化試驗的主要方法

漆膜老化試驗的方法應用*多的有大氣老化試驗和人工氣候老化試驗 。（相關(guān)儀器：老化實驗箱）

3.1  大氣老化試驗

3.1.1  相關(guān)標準:GB/T 9276-1996涂層自然氣候曝露試驗方法

大氣老化試驗又稱自然氣候曝露試驗, 指在各種自然壞境下研究大氣各種因素對漆膜所起的老化破壞作用,通過對試驗期l司及試驗結(jié)東后樣板的外觀檢査以評定其耐久性,也可以在曝曬過程中或曝哂結(jié)束后進行漆膜的物理機械性能的測試 。 大氣老化試驗根據(jù)大氣種類可分為普通大氣、工業(yè)大氣和海洋性大氣;根據(jù)氣候特征可分為寒冷氣候、寒溫高原氣候、亞濕熱氣候、亞濕熱工業(yè)氣候、濕熱氣候、干熱氣候等 。而曝露方法又可分為朝南45°、當?shù)豞結(jié)度、垂直緯度及水平曝露等 。

3.1.2  天然曝曬場的建立

天然曝曬場應建立在平坦、空曠的地方,周圍無高大庫礙物,使樣板能充分受到該地區(qū)各種大氣因素的作用,附近應無工廠畑囪和能散發(fā)大量腐蝕性氣體的設(shè)施,以避免局部嚴重污染的影響 。鹽霧氣候曝曬場應建在海邊或海島上。曝曬場應具有必需的氣象觀測設(shè)備和各種樣板涂層檢査儀器及照明設(shè)施。氣象資料主要包括:氣溫、濕度、日照時數(shù)、太陽輻射量、降雨量、風速、風向等。 曝曬架應采用不影響試驗結(jié)果的材料制成,如木材、鋁合金、或經(jīng)涂刷防腐涂料的鋼材制成, 其結(jié)構(gòu)力求堅固耐用,經(jīng)得起當?shù)?大風力吹刮,并能自由調(diào)節(jié)曝曬角度 。

3.1.3  樣板的檢査方法

樣板的檢査接 GB/T 9276-1996中規(guī)定以年和月作為曝露試驗的時間單位, 如無特殊規(guī)定, 投試三個月內(nèi)每半個月檢査一次,三個月后至一年,每月檢査一次,超過一年后,每三個月檢査一次。由于涂料品種的要求不同以及曝曬地區(qū)破壞速度的不同,檢査周期可根據(jù)情況適當變更。規(guī)定的檢査項目包括失光、變色、裂紋、起泡、斑點、生銹、泛金、沾污、長霉和脫落等。檢査方法主要有儀器法和目測法兩種,其中光澤和顏色測試,可按 GB/T 9754、GB/T 9761和 GB/]1' 11186.2進行。涂層的粉化評價按 (;BIT 9277進行。

自然氣候曝露試驗量然可以真實反映某地區(qū)、某時間段環(huán)境對產(chǎn)品的破壞程度,但它會受到試驗條件中諸多不確定因素的變化而影響試驗結(jié)果。一般來講,自然氣候曝露的影響總是隨曝露地點的自然環(huán)境(地域、國度、氣象、季節(jié))的差異而變化。 另外,涂料產(chǎn)品的自然氣候曝露試驗的周期都較長(以年的倍數(shù)計) 。 出子經(jīng)濟、競爭及縮短天然老化試驗周期的需求,我園許多產(chǎn)品標準中均選用了人工氣候老化試驗來考査產(chǎn)品的耐候性能 。

3.2  人工氣候老化試驗、儀器類型、基本結(jié)構(gòu)及試驗方法

人工氣候老化-試驗又稱人工加速老化試驗, 是人們在基于大量自然氣候曝露試驗的結(jié)果中找出的氣候變化因素與漆膜破壞之間的關(guān)系, 在實驗室內(nèi)模擬自然氣候作用或在窗破璃下發(fā)生的老化過程的一種方式。與自然氣候曝解試驗相比,人工氣候老化試驗僅涉及了幾個有限的因素(變量) ,這些因素易于控制及適度強化,從而可起到加速老化試驗的作用 。在試驗時,可通過對試驗期間及試驗結(jié)東后樣板的外觀、物理、化學、機械等性能的檢査以評定其耐久性。

人工氣候老化試驗機是一種可以在實驗室內(nèi)創(chuàng)造出所謂人工氣候 (模擬自然界中多種特征氣候因素) ,并能達到加速老化試驗效果的大型儀器 。 人工氣候當化試驗機一般可根掘試驗所采用的光源來選行分類;常見的有:碳弧紫外燈型、熒光紫外燈型、氙弧燈型及金屬面素燈型等。

3.2.1  碳弧紫外燈型

碳孤紫外燈型老化機應用的歷史比較久遠,它是由機身、轉(zhuǎn)鼓、般棒、、渡光罩、電弧調(diào)整機構(gòu)、增濕器等組成。*初1if用于評價印染幼織、品的耐光色率度,后來經(jīng)改進后用作涂料及其他材料的模擬戶外光老化試驗設(shè)備。碳弧紫外燈型老化機按結(jié)構(gòu)分封閉式和開放式,按碳棒成份又分為普通型及陽光型 。 該裝置通常在儀器的上、下兩端各裝有多根碳棒,當在兩組破棒之間施加適當?shù)碾妷杭半娏鲿r,即會產(chǎn)生較大能量的紫外光 。碳弧燈的結(jié)構(gòu)、類型不同,對太陽光的模擬程度也不同,如陽光型碳弧燈因其碳棒中含有特殊金屬元素,對太陽光的模擬程度會優(yōu)于普通型 。但是,無論哪一一種破弧燈其光波譜圖與戶外太陽光的譜圖相差都較大,加之儀器操作較繁瑣,試驗連續(xù)性較差等多種原因,目前僅在較早期的標準中還能見到該試驗方法。如:AsTM G152非金屬材料的開放式和封閉式破弧燈老化試驗方法。

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