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粉末涂料在戶外的應用越來越普遍。從而使作為防護與裝飾的粉末涂料涂層，其耐候性和耐久性也受到越來越多的關注，特別是如天花板、幕墻板、飲水機、空調(diào)機、洗衣機、鋁型材等室內(nèi)外用品的涂膜，在自然環(huán)境中會發(fā)生一系列變化，具體表現(xiàn)為光澤下降、顏色變暗淡，涂膜表面出現(xiàn)銹點或裂紋，開始輕微粉化……
粉末涂料的涂層隨著時間的延長，其性能逐漸降低的現(xiàn)象稱為老化；在自然環(huán)境中，粉末涂料受周圍自然因素如日曬、雨淋、氧化、冷熱變化以及微生物等的作用，而產(chǎn)生的老化現(xiàn)象稱為自然老化。粉末涂料抑制或延緩自然老化的能力稱為耐自然老化性，也叫耐候性。
影響粉末涂料耐候性的因素很多，其中包括樹脂、固化劑、顏填料，以及其它助劑的結(jié)構(gòu)和性能，涂裝處理工藝等內(nèi)部因素；以及日光(主要是紫外線)的作用、大氣的組成(氧、臭氧、工業(yè)煙霧等)、濕度(包括酸雨、鹽霧等)、溫度變化等自然因素(外部因素)。紫外線輻射是粉末涂料自然老化的主要原因，大氣中的氧是促進自然老化的重要因素。在紫外線和氧的作用下，引發(fā)粉末涂料產(chǎn)生自動氧化反應，即氧化連鎖反應，使粉末涂料降解。水和熱加速了此反應，起著光氧化的促進作用。
被污染的大氣中含有稠環(huán)芳烴化合物(即分子中含有多個苯環(huán)的化合物)，及粉末原材料中的微量雜質(zhì)，是粉末涂料光氧降解的敏感劑。這些反應的組合和對粉末涂料老化的影響程度，隨著環(huán)境的不同而異，同時也隨著粉末涂料化學組成及物理結(jié)構(gòu)的差異而不同，導致粉末涂料耐候性差別很大。
1、光穩(wěn)定劑的種類和作用
1.1光穩(wěn)定劑的定義
光穩(wěn)定劑是提高分子材料穩(wěn)定性的一種物質(zhì)，它能夠阻止高分子材料發(fā)生光氧老化，大大提高它們的使用壽命。
光穩(wěn)定劑能夠抑制或減弱光降解作用，提高聚合物和復合材料耐光性能的物質(zhì)，由于大多數(shù)光穩(wěn)定劑都吸收紫外光，所以，習慣上也常把這類物質(zhì)稱為紫外線吸收劑。光穩(wěn)定劑對于防止復合材料的光老化、延長它們的使用壽命效果非常顯著，而且用量也很小，一般僅為聚合物質(zhì)量的0.01%～0.5%。 1.2光穩(wěn)定劑的種類和作用
光穩(wěn)定劑大致可以分為4類，即紫外線吸收劑、猝滅劑、自由基鋪獲劑和光屏蔽劑。
1.2.1紫外線吸收劑
在紫外線危及粉末涂料涂層之前，它們能強烈地、有選擇性地優(yōu)先吸收對粉末涂料涂層危害大的高能量紫外線，并將其轉(zhuǎn)換成無害的低能輻射，防止紫外光對粉末涂料的降解作用。
它能先于樹脂成份吸收紫外線的輻射能量，通過它自身原子中電子結(jié)構(gòu)的重排，將輻射能轉(zhuǎn)換成熱能而耗散于大氣，一旦釋放出熱能原子又回復到原來狀態(tài)；
1.2.2猝滅劑(能量轉(zhuǎn)移劑)
它具有使所放出的熱能不致?lián)p傷粉末涂層的功能。它不直接吸收入射的紫外線，只是待粉末涂層內(nèi)蓄貯到一定能量時，才吸取會致使粉末涂層降解的過多能量，把這部分能量以熱的形式轉(zhuǎn)移到周圍的大氣中。
1.2.3自由基捕獲劑
這類光穩(wěn)定劑能捕獲高分子中所生成的活性自由基，從而抑制光氧化過程，達到光穩(wěn)定目的。當粉末涂料涂層吸收紫外線能量，并分解產(chǎn)生導致自動氧化反應的活性自由基后，自由基捕獲劑能捕獲這些自由基，并通過化學反應使之轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的高分子化合物，從而使光氧化反應終止。
1.2.4光屏蔽劑
能減少紫外線對材料的透射作用，是經(jīng)濟實用的添加材料。
2、提高粉末耐候性的途徑及光防護機理
由于粉末涂料的固化溫度在200℃左右，在自然環(huán)境中，一般溫度不會使粉末涂料產(chǎn)生熱老化。太陽光對粉末涂料及其它高分子材料都能引起不同程度的破壞，導致涂膜降解，使得制品的外觀及性能變壞。對粉末涂料危害大的是290nm～400nm的紫外線，日光對粉末涂料的降解作用是光和氧這兩種物質(zhì)的綜合效應，通常稱之為光氧化降解作用，或光氧老化。粉末涂料經(jīng)日曬吸收光后，涂層是否穩(wěn)定、是否斷裂、氧化，取決于粉末涂料所選擇材料吸收波長的能量。若吸收的光能大于鍵離能，就會發(fā)生粉末涂料涂層分子間的鏈斷而使性能變劣，即出現(xiàn)粉化、脆裂、變色等現(xiàn)象。
粉末涂料的自然老化是一個復雜的過程。要抑制此過程的進行，延長使用壽命，提高其耐候性能，可從以下三個方面解決。
2.1選擇耐候性好的樹脂和固化劑
主要是選擇樹脂，如：戶外聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、氟樹脂及相應的固化劑等。
2.1.1純聚酯體系
純聚酯體系目前應用于戶外耐候的粉末涂料主要有兩種，一種是聚酯/tgic體系，一種是聚酯/primid體系。
聚酯/tgic粉末的突出優(yōu)點在于它的耐候性。目前在戶外涂裝領域，它已成為人們優(yōu)先發(fā)展的品。具有耐候性好、耐熱性好、抗黃變等眾多優(yōu)點。聚酯/tgic粉末涂料的致命的缺點是固化劑tgic高毒性、環(huán)境破壞性和遺傳毒性，其次是外觀不如聚氨酯粉末涂料。
聚酯/primid體系是由于tgic存在對人體或皮膚的刺激，而開發(fā)的替代品。該體系具有安全無毒，反應活性穩(wěn)定、易帶電，儲存穩(wěn)定性好，用量少等優(yōu)點，缺點是易泛黃，易產(chǎn)生針孔。
2.1.2丙烯酸體系
丙烯酸粉末涂料的主要優(yōu)點：由于丙烯酸樹脂色淺，可配制透明和鮮艷的淺色，且涂膜光亮、豐滿、硬度高，不易劃傷，耐污染性好，優(yōu)異的保光保色性，有非常漂亮的外觀。它的主要缺點是其價格偏高，涂膜的沖擊性能較差，與其它粉末涂料體系相溶性差。但其耐候性級別與聚酯/tgic體系幾乎一樣。
2.1.3聚氨酯體系
聚氨酯是一種含氨基甲酸酯鍵的聚合物，聚氨酯粉末涂料是由羥基聚酯、封閉型多氰酯、顏填料及助劑等組成的熱固性粉末涂料。聚氨酯粉末涂料具有優(yōu)良品質(zhì)的涂膜、優(yōu)良的性能，已經(jīng)在建材外用部件和空調(diào)器等家電領域獲得了廣泛的應用，在我國，聚氨酯粉末涂料的性能正在被人們所認識，所占的比例會逐步增加。
其戶外爆曬性和物理機械性能均可與純聚酯/tgic粉末涂料相媲美。目前，國內(nèi)粉末涂料廠家很少選用此類型的粉末涂料，除固化劑價格昂貴外，此類型的粉末涂料還存在如下的缺點：
在固化成膜過程中，要釋放封閉劑，造成烘烤環(huán)境的空氣污染，氣味難聞；涂膜不宜過厚，否則易使涂膜產(chǎn)生針孔、氣泡等毛?。缓婵竟袒瘻囟雀?。
2.1.4氟樹脂體系
氟樹脂粉末涂料作為建筑外裝飾用涂料，用于高層和超高層建筑物，具有優(yōu)良的耐光和耐化學品的性能，不但具有抗污染性，還具有自清潔能力，可數(shù)年保持光潔如新的涂膜。熱固性氟樹脂粉末涂料制得的涂料的儲存穩(wěn)定性好，涂膜的物理力學性能好，可通過體系內(nèi)各組分的合理匹配很好的平衡涂膜的柔韌性、硬度、附著力等性能，涂膜的耐酸雨、臭氧、紫外線、化學藥品性能特優(yōu)，是粉末涂料中耐候性優(yōu)良的品種。
其缺點是生產(chǎn)過程中顏料分散差，涂層表面光澤低，須高溫烘烤，故使應用受到了限制。
綜上所述，選擇樹脂和固化劑的方法生產(chǎn)耐候性粉末涂料，均存在著一定的局限性。對粉末涂料來說，添加光穩(wěn)定劑和抗氧劑及更合理的選擇材料，進行配方設計是優(yōu)良的方案。
2.2添加光穩(wěn)定劑和抗氧劑
不少光穩(wěn)定劑具有光穩(wěn)定性和抗氧化雙重功效。不同類型的光穩(wěn)定劑具有不同的作用機理，并因粉末涂料的配方組成而異，光降解行為和特征也不盡相同。因此選用時要慎重，并要通過試驗驗證。通過對粉末涂料自然過程和機理分析，可采取以下光穩(wěn)定措施。
2.2.1添加紫外線吸收劑
注意同一種紫外線吸收劑在不同濃度、膜厚時其吸收紫外線的能力也是不同的，涂膜越厚紫外線吸收劑的防護效果越好。常用的紫外線吸收劑有二苯甲酮類化合物，苯并三唑類化合物。
2.2.2添加猝滅劑
主要是一些二價的有機鎳化合物。由于有機鎳光穩(wěn)定劑具有良好的性能，20世紀80年代新品種開放比較活潑，近年來，有機鎳絡合物因重金屬離子的毒性問題，被其他無毒或低毒猝滅劑取代。
2.2.3添加自由基捕獲劑
這類光穩(wěn)定劑主要是受阻胺(hals)。
2.2.4添加光屏蔽劑
這是一類折射率大、吸收能力強的顏填料。它們在粉末涂料中能反射或吸收紫外線，使光不能透入粉末涂料涂層內(nèi)部，從而減少了紫外線的危害，起到了光屏蔽作用。
2.2.5抗氧劑的作用機理及應用特性
其實抗氧劑就是一種抑制或延緩聚合物氧化降解的物質(zhì)。抗氧劑的品種很多，功效也不盡相同，如果按照其機理來分類的話可分為兩大類，一類叫鏈終止型抗氧劑，此類抗氧劑與高分子中產(chǎn)生的自由基反應中斷鏈的增長也稱為主抗氧劑。主抗氧劑有受阻酚類典型牌號1010/1076，仲芳胺類；另一類叫預防型抗氧劑，該類抗氧劑能抑制或減緩引發(fā)過程中自由基的生成，又稱輔助型抗氧劑。預防型抗氧劑有亞磷酸酯類，代表168、二硫代氨基甲酸金屬鹽類等。
2.2.6抗氧劑的選擇
?、抛兩??？寡鮿┑纳儐栴}是我們考慮的一個重要因素。一般而言酚類抗氧劑沒有污染性，可用于無色或淺色體系，而芳胺類的則有較強的變色性和污染性。
?、葡嗳菪浴＠硐氲目寡鮿┦窃诜勰┩苛暇酆衔锢锵嗳菪院?，這取決于抗氧劑的結(jié)構(gòu)、種類、溫度等因素。
?、墙M成的結(jié)構(gòu)。不同的粉末涂料組成結(jié)構(gòu)會有不同的抗氧化能力，在選擇抗氧劑時需要考慮到這種差異性。
?、葻岬挠绊?。熱的影響很重要，溫度每上升10℃氧化速度大約提高一倍。而在100℃時氧化速度將是室溫(20℃)的256倍。因此，高溫下的氧化是一個非常重要的影響因素。需要選擇耐高溫性能良好的抗氧劑。如二氫喹啉吖啶類在高溫下有特別的使用價值。
?、山饘匐x子的影響。變價金屬離子如銅、鐵、錳等微量元素的存在會加速聚合物的氧化，因此可以采用金屬離子鈍化劑予以抵制。
2.2.7抗氧劑使用量
抗氧劑的用量取決于粉末涂料的種類。交聯(lián)體系、抗氧劑的效率、協(xié)同效應及成本等因素。大多數(shù)抗氧劑都有一個適宜的濃度值，在適宜濃度之內(nèi)用量增大抗氧能力增加，超過適宜濃度時有不利的影響，此外還應考慮抗氧劑的揮發(fā)、抽出、氧化損失等因素。
3、精心進行粉末涂料配方設計
(1)在選擇原材料時應避免選用易產(chǎn)生自由基的化合物，明顯促進氧化反應的金屬化合物以及光敏物質(zhì)，盡可能選擇具有光屏蔽作用的原材料。如下是具有光屏蔽作用的原材料：
①炭黑吸光能力強，對所有粉末涂料都能提供好的耐候性。其中，以易加工的槽法炭黑效果好，涂料用色素炭黑多用此法生產(chǎn)。此種炭黑呈酸性，含氧量3-5%，粒徑30-35nm。濃度在2%以內(nèi)效果顯著。超過5%粉末涂料的物理機械性能會下降。與酸類抗氧劑并用時有協(xié)同作用，但與胺類抗氧劑并用時則呈對抗效應。
?、阝伆?粉能反射波長340～360nm的紫外線。金紅石型鈦白 粉折射率2.72，其屏蔽效能大于銳鈦型鈦白 粉(折射率2.55)。并能吸收小于410nm的紫外線。
?、垩趸\折射率2.03，是一種有效而價廉的光屏蔽劑。特別是對240～380nm范圍的紫外線有較好的防護能力，粒徑為0.11μm時效果好。用量5～10%。若與抗氧劑(如二乙基二硫代氨基甲酸鋅1%)并用，用量可減少至2%。
④碳酸鈣、硫酸鋇折射率1.5-1.7，在波長300～400nm范圍內(nèi)，也有很高的反射性。
此外，酞菁藍、酞菁綠等有機顏料也有效果。氧化鐵紅細粒也很有效，但在高溫下卻促使聚氯乙烯和有些聚合物降解。
(1)選用光屏蔽劑時應注意顆粒的大小、濃度、分散情況以及與其它添加劑的相互作用。粒徑越小，效果越好。
(2)在選用光穩(wěn)定劑時，應利求用量少而效能高。與樹脂相容性好，不與樹脂及其它助劑發(fā)生不良反應，且毒性小。
(3)光穩(wěn)定劑的復配往往會獲得顯著的協(xié)同效應。應給予重視，但應避免對抗效應。
(4)耐候性戶內(nèi)、外粉末涂料配方設計
粉末涂料在受到日光照射后會發(fā)生老化、黃變等現(xiàn)象，嚴重地影響了我們對產(chǎn)品的外觀及性能的需求，為了防止或降低這種趨勢的發(fā)生，我們通常采用添加光穩(wěn)定劑或抗氧劑的方式來實現(xiàn)抗老化性。
對戶內(nèi)、外粉末破壞性較大的，主要是太陽光中的紫外線，其次是空氣的氧化和雨水中的酸等有害物質(zhì)。困此，在選擇材料的基礎上，粉末涂料配方中添加適量的光穩(wěn)定劑，具有提高粉末涂料涂層耐候性的良好作用。特別是白色等淺色粉末，可防止變色發(fā)黃，在配方中適宜的添加劑的應用確實能降低這種趨勢的發(fā)生。
4、粉末涂料耐候性的檢測
現(xiàn)在國際上普遍推廣兩種耐候性測試及評定方法：自然曝曬和人工加速老化(QUV)試驗，并強調(diào)兩種試驗方法要結(jié)合起來，綜合考慮，以得出更加可靠的結(jié)論。
4.1自然曝曬
我們按前面配方制好的標準樣板，插入曝曬架上，朝南方向，并使樣板傾斜45°角，曝曬30天。
4.2QUV試驗
QUV人工加速老化試驗箱，快速、真實地再現(xiàn)陽光、雨、露對材料的損害：只需要幾天或幾周時間，QUV可以再現(xiàn)戶外需要數(shù)月或數(shù)年才能產(chǎn)生的破壞：包括褪色、變色、亮度下降、粉化、龜裂、變模糊、脆化、強度下降及氧化。
采用UVA340光源，運行150小時，其中：
a、uv：0.68w/m2，60℃，4h；b、冷凝：50℃，4h；c、噴淋：3min。
4.3烘烤試驗
為了比較幾種添加劑的耐熱性能，我們還做了耐熱試驗，采用烘箱烘烤方式，烘烤條件為230℃/30min?！ ∫陨蠝y試結(jié)果只做為應用光穩(wěn)定劑比較參考依據(jù)，不做其它材料的評價。
(1)戶內(nèi)粉末耐候性都很差，但是光穩(wěn)定劑的加入起到很大作用；
(2)4#和7#樣板配方中，均沒有加任何光穩(wěn)定劑，曝曬和QUV試驗均明顯不如添加了光穩(wěn)定劑的樣板；
(3)采用紫外線吸收劑和抗氧劑復配的2#和6#樣板配方，樣板光澤和色差都起到了事半功倍的效果；
(4)烘烤試驗結(jié)果顯然說明：光穩(wěn)定劑沒有抵抗耐熱性的能力，解決耐熱性，應添加抗黃變之類的助劑。
5、結(jié)語
解決粉末涂料涂膜耐候性的根本出路在于樹脂的選擇，但是好的樹脂也需要光穩(wěn)定劑相配合。
首先，要根據(jù)樹脂的特性選用光穩(wěn)定劑，并注意光穩(wěn)定劑的耐溫性；第二、要控制光穩(wěn)定劑的用量，并不是多多益善；第三、使用復合的要比單一的更有效；第四、在選用光穩(wěn)定劑時要考慮與其它助劑的協(xié)同作用。
粉末涂料的耐候性研究，到目前為止也只是初步階段，我國雖然已經(jīng)是涂料大國，但是，如耐候性好的丙烯酸粉末涂料、聚氨酯粉末涂料以及氟樹脂粉末涂料，仍然遠遠落后于西方國家，所以，耐候性粉末涂料更深入地研究與實踐，會隨著社會的發(fā)展、技術的進步、新材料的開發(fā)而不斷地提高。而添加光穩(wěn)定劑是目前提高粉末涂料耐候性有效的簡易方法。
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