户外用丙烯酸塑料涂料黄变的研究

发表于2014/6/16 15:56:15| 次阅读| 来源中国涂料| 作者CNCIA

摘要：以丙烯酸树脂为成膜物制备了几种户外用丙烯酸塑料涂料并测试了涂料的黄变情况。试验结果表明，在塑料表面喷涂塑料涂料能明显改善塑料底材的黄变情况，成膜物及钛白粉的种类影响涂料的黄变，紫外线吸收剂可明显改善塑料涂料的黄变情况，当紫外线吸收剂的添加量为0.3%时，黄变最弱。

□ 徐维环，李少香

(青岛科技大学，山东青岛 266042)

　　摘要:以丙烯酸树脂为成膜物制备了几种户外用丙烯酸塑料涂料并测试了涂料的黄变情况。试验结果表明，在塑料表面喷涂塑料涂料能明显改善塑料底材的黄变情况，成膜物及钛白粉的种类影响涂料的黄变，紫外线吸收剂可明显改善塑料涂料的黄变情况，当紫外线吸收剂的添加量为0.3%时，黄变最弱。

　　关键词:塑料涂料;黄变;户外

　　中图分类号：TQ630.7+2 文献标识码：A 文章编号：1006-2556(2014)04-0045-04

0 前言

　　塑料由于质轻、易加工、耐腐蚀、资源丰富等特点，已广泛替代了传统的材料，普遍出现在日常生活中。但塑料制品成型加工时易产生老化变脆、划痕、沾污、静电等问题，塑料涂料因起到保护基材，掩盖基材缺陷及划伤，提高表面光泽、硬度、耐划伤性，提高耐候耐老化性、阻燃性、耐化学药品及耐溶剂性等作用而得到广泛的使用[1]。

　　固化涂层，特别是处于户外的涂层经常遭受阳光(主要是长波紫外光和短波可见光)、热、潮湿、氧气、油污、芳烃污染物及其他污染物的作用，可能发生涂层内部聚合物链降解、重排或过度交联等老化行为，表现为涂层光泽度下降、褪色、发黄、粉化、变脆等。最终使涂层剥落，失去保护作用。老化早期的黄变行为还将影响涂层的视觉美观效果，这在白色涂料中非常关键[2]。本试验主要对丙烯酸塑料涂料的黄变进行了研究。

1 试验部分

1.1 原材料及主要仪器设备

　　原材料：丙烯酸树脂FS2820、FS3060、FS3270、 FS4365，海名斯；钛白粉2310，进口；钛白粉996，国产；紫外线吸收剂，进口；稀释剂及其他助剂，国产。

　　主要仪器设备：紫外灯、NH310高品质便携式电脑色差仪、涂料快速分散机、QXD刮板细度计、101- 3A鼓风干燥箱、喷枪。

1.2 涂料的配置

　　丙烯酸塑料涂料的试验配方(见表1)

1.3 涂料耐黄变检测

　　先在PC底材上喷涂丙烯酸塑料涂料，干燥后将涂料样板置于紫外灯下封闭照射1 d、2 d、3 d、4 d，取出后使用色差仪进行测量，ΔE表示变色程度。

　　2 结果与讨论

　　2.1 成膜物对涂料黄变的影响采用丙烯酸树脂FS2820、FS3060、FS3270、FS4365 按照表1配方1配制PC白面漆，用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体为固化剂，其耐黄变性试验数据见表 2，试验树脂对黄变性的影响见图1。

　　由图1可以看出，在塑料表面喷涂丙烯酸塑料涂料大大降低了黄变的程度，使用FS2820树脂成膜物时，色差最小。不同成膜树脂的FT-IR谱图如图2。

　　通过对比树脂的红外图谱发现FS3270、FS3060、 FS4365在3 000～3 100 cm-1附近都有较弱的3个吸收峰，这是芳环上C—H的吸收峰，并且在1 585 cm-1附近有吸收峰，这是芳环的C=C骨架伸缩振动的吸收峰，充分说明FS3270、FS3060、FS4365树脂中含有苯环，苯环经紫外线照射被氧化成醌而使涂层黄变[3]。而FS2820在这两处都无吸收峰说明树脂中不含苯环，故选用FS2820为成膜物时，耐黄变最佳、色差最小。

2.2 颜料对涂料黄变的影响

　　塑料工业已取代造纸工业成为钛白粉的第二大应用领域，是未来钛白粉应用增长最快、最有活力的行业之一。全球500余个钛白粉牌号中，有50余个牌号属于塑料专用钛白粉。塑料工业中，除了利用钛白粉的高遮盖力、高消色力、强着色力及与其他颜料并用性能好外，它还能提高塑料制品的耐热、耐光、耐候性能使塑料制品免受紫外光(UV)侵袭。在白色颜料中，金红石型钛白粉其晶体结构致密，光学活性小，二氧化钛的折射率较锐钛型的高，因而其热稳定性和化学稳定性也优于锐钛型。在塑料中，如PC型材抵御紫外线破坏最有效的手段就是加入耐候性好的金红石型钛白粉[4]。

　　试验选用德国康诺斯KRONOS2310钛白粉和普通钛白粉996为颜料按照表1配方2配制PU白面漆，用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体为固化剂，试验颜料对黄变性的影响，结果见图3。

　　由图3可以看出，加入颜料后，涂料的色差明显减小，而2310比996要更耐黄变，这是由于与普通钛白粉996相比德国康诺斯KRONOS2310钛白粉经过铝、硅、锆化合物包覆处理，钛白粉用铝、硅和锆等氧化物进行包覆后，封闭了二氧化钛颗粒的光催化作用，提高耐候性和在有机溶剂中的分散性，更能发挥其光学性能[5-6]。其中Al2O3主要提高钛白粉的化学稳定性，还能改善二氧化钛颗粒的过滤性能[7]，SiO2主要提高钛白粉的耐候性，包覆层中硅的含量越高耐候性就越好，加入Zr进行混合包覆，提高了光泽。

2.3 紫外线吸收剂对涂料黄变的影响

　　涂层的老化可能源自有机涂层网络结构的热反应，也可能由于过度紫外光照射所致，但大多数涂料在研究设计时已充分考虑到耐热性和热稳定性，且相对于聚合物热反应，在保证吸光性能的前提下，光反应的能量利用效率远高于热反应，发生光降解的可能性较大。因此多数涂层的老化主要来自光老化，涂层交联网络上吸光性基团、组分或光敏性杂质吸收阳光紫外线后发生上述老化反应，涂层保护、色泽等有效性降低，而且，在一定程度上，聚合物热降解老化反应往往伴随着光氧化反应。因此，涂层的光稳定化是一项不可或缺的基材保护工程，针对传统溶剂型涂料和热固化涂料的光稳定化研究已有相当多的研究报道，并已经出现了许多成熟的光稳定化措施，主要方法是在涂料配方中添加光稳定助剂，抑制光老化过程，延长涂层的使用寿命。紫外线吸收剂是一种光稳定剂，能吸收阳光及荧光光源中的紫外线部分，而本身又不发生变化。由于太阳光线中含有大量对有色物体有害的紫外光，其波长约290～460 nm，这些有害的紫外光通过化学上的氧化还原作用 (Redox reaction)，使颜色分子最后分解褪色，使用紫外线吸收剂对受保护的物体实施有效的防止，或削弱其对颜色的破坏[8]。

　　采用2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑为紫外线吸收剂，结构式为：