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影响粉末涂料耐候性的因素

粉末涂料是基于石油化工的新型材料,由低分子量的树脂,辅以助剂﹑颜填料等组成,在一定条件下固化后具有一定的外观﹑光泽﹑颜色。当一个物件,如空调外壳,建筑型材经粉末涂装后置于室外的自然环境中,其涂膜必然受到各种因素的侵扰,如阳光照射,酸雨的冲刷等,经过一段时间,涂膜将发生一系列的变化,可表现为光泽下降,颜色变暗淡,涂层表面出现锈点或裂纹,开始轻微粉化…….。

粉末涂料一经固化,其低分子树脂因发生化学交联而变成具超高分子量的体型聚合物,这样它就有了弹性﹑韧性﹑耐化学品性等一系列性能。

从微观的角度看,涂膜好似立体交叉网状结构,主要框架是树脂交联后形成的高分子聚合物,在框架中间充满着诸如颜料﹑填料粒子和其它涂料组份。涂料表面经长时间光照后即会出现“斑蚀”,逐渐“粉化”。研究表明,粉末涂层的粉化主要从颜料微粒开始,特别是颜料成团的地方,这是一个光化学过程。

高分子在热﹑氧和光的作用下通过自由基历程发生老化。涂层中的网状聚合物是由无数根分子链通过各种化学键连接在一起的,这些化学键有的含氢﹑氧﹑双键等,它们很活泼,氢容易失去,形成自由基。自由基与氧结合成为过氧自由基,随后与其它分子反应变成氢过氧化物,使得聚合物链发生断裂,涂料即开始老化,而出现光泽降低,粉化等现象。

影响涂料使用寿命的因素很多,概刮起来大致有:紫外线(尤其是波长接近313nm)﹑湿度﹑臭氧﹑高温﹑酸雨﹑工业废气等。

4 如何测试粉末涂料的耐候性

涂料的耐候性测试及评定,必须有充分的依据,不是凭空捏造出来的。

现在国际上普遍推广两种方法:自然曝晒和人工加速老化试验,并强调两种试验方法要结合起来,综合考虑,以得出更加可靠的结论。

自然曝晒以美国佛罗里达州曝晒为标准,该州位于美国的最南端,周边是大海,全年阳光充足而强烈,空气中水份和盐份含量很高,相对于地球上其它地方,除少部分具极端气候现象外,这里的自然条件对于涂料来说可算是很严酷的环境。

将制好的标准样板,插入曝晒架上,朝南5°或45°角,定期测试涂膜光泽和颜色变化,并记录。一般试验期以年为单位,试验结束后可绘制涂层光泽和颜色变化的曲线。

自然曝晒准确直观,数据可信,但试验周期过长,不能很快地指导科研和生产,因此绝大部分的耐候试验都采用人工加速老化来完成。

人工加速老化试验是模拟自然条件,如控制一定的温度﹑湿度和降雨周期,并选用不同波长的光照射(模拟阳光),试验周期短,通常只用200~1000h,很快就能得出结论。

人工加速老化试验采用的光源有多种,常见的有氙弧太阳光、荧光紫外线、碳弧灯等。

中国国标规定了用于涂料老化测试的两个标准:GB/T1865-1997 《人工气候老化和人工辐射暴露(滤过的氙弧辐射)》(详见附录一)和GB/T16585-1996 《硫化橡胶人工气候老化(荧光紫外灯)试验方法》。这两种方法都能检测粉末涂料的耐久性,氙弧灯辐射的光照温和,对颜料﹑塑料等更适合,测试周期要长一些。荧光紫外灯加速性好,适于快速检验,紫外线波长选择范围宽,能适应多种检测要求。

也有加速自然曝晒试验,如EMMAQUA试验(在美国亚利桑那),使用特殊的反射镜来强化太阳光,并结合以周期喷雾和温度控制。据观察,该法与佛罗里达曝晒有良好的关联性,而老化速度快5~6倍。

需要注意的是, 任何加速老化试验都只能作参考,不能迷信测试结果。这些试验仅是模拟自然条件,而与实际条件千差万别,老化试验结果与实际使用结果有时差别非常大。所以粉末涂料的耐候性好坏必须以实际使用的效果为准。

附录1: 漆膜老化(人工加速)测定法 (GB/T 1865-1997)

本标准适用于涂料的耐候性评定。采用人工加速耐候性试验箱,控制一定的温度,湿度,降雨周期和时间进行试验,以样板的外观破坏程度评定等级。
1. 材料和仪器
1.1 人工加速耐候性试验箱
a. 光源 6000W水冷式管状氙灯;样板与光源距离:35~40 cm。
b. 稳压装置 CZ-63型磁饱和稳压器或其它稳压装置。
1.2 试验用水 氙灯冷却用蒸馏水,降雨用离子交换树脂净化水。
1.3 其它材料和检验用仪器设备同〈漆膜大气老化测定法〉(GB/T 1767)中的有关规定。
2. 试验条件
2.1 温度
工作室空气温度 45±2°C。
2.2 相对湿度
工作室空气相对湿度65%-75%。
2.3 降雨周期
为12 min/h。
3.试验步骤
3.1 根据产品标准规定,选用底材和配套底漆〈〈耐湿热、盐雾、老化漆膜制备法〉〉(GB/T 1765)制备样板。
3.2 每个品种测试两块样板,测试前,记录原始状态。
3.3 把样板放进试板夹具架,插到气候箱转鼓上,按操作规程开动机器,进行试验。
3.4 开始每隔48h停机检查样板,192h后每隔96h检查一次,每次检查后将样板上、下位置互换。

4 样板检查和评级
取下样板,用毛巾擦干背面的水珠,正面朝上置于试验台上晾干,立即按〈〈漆膜老化试验评级法〉〉(GB/T 1766)检查,评定等级。
附录二 美国材料试验协会(ASTM)有关老化试验方法

ASTM Designation: G154-00a
ASTM Standards:
D3980 Practice for interlaboratoty Testing of Paint and Related Material.
E691 Practice for conducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of a Test Method.
G53 Practice for operating Light-and water-exposure Apparatus (Fluorescent UV-Condensation Type) for exposure of Nonmetallic Material.
G113 Terminology Relating to Natural and Artificial Weathering Tests for NM.
G151 Practice for Exposing Nonmetallic Material in Accelerated Test Devices That Use Laboratory Light Sources.

 


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