粉末涂料自然老化与加速老化的对比探讨

　　陈旭峰 叶凡(湖北来斯化工新材料有限公司湖北鄂州436070)

　　摘要：人工加速老化试验是一种对涂膜耐候性能差异的快速评估方法，它是通过在实验室模拟户外自然条件来短时间获得涂膜破坏情况的手段。在自然界中，对涂膜产生破坏性的主要源于长时间的氧气活动和紫外光照射，而在实验室中无论我们如何选择仪器的光源发生器，但所获得的光能、紫外光线波长和大气环境都过于单一，故此我们选择某一地区的自然暴晒试验对比来进一步探讨这两者之间的联系和差异。

　　关键词：粉末涂料;耐候性;武汉地区;自然暴晒;人工加速老化

　　0 前言

　　粉末涂料(泛指热固性粉末涂料，下同)是在上世纪七十年代在我国开始进行研发，之后的八十年代期间由于受到技术、原材料、生产设备以及涂装等方面的影响，发展较为缓慢，生产效率低。随着工业的迅速发展，直到2012年，我国粉末涂料已经占全世界粉末涂料产量的50%。在这30多年的历程中，粉末涂料无论是从产品结构和产量来看，都有极大的跨越。耐候性测试是粉末涂料检测的重要指标之一，是一个预测和评估的过程，由于检测标准的完善性和检测结果的准确性，很难对其进行确切的描述和测量。为此，我们通过选择武汉地区自然暴晒的数据变化来对比涂膜在实验室模拟耐候测试的比较，全面形象的向粉末涂料生产企业来描述这一评估过程和结论，保障客户生产优质粉末涂料起到重要作用。

　　1 粉末涂料耐候性能影响的因素

　　1.1粉末涂料配方体系和树脂的选择

　　粉末涂料的分类方法有很多，市场上常见的品种有纯聚酯型、纯环氧型、环氧聚酯型，这三类粉末涂料产量占整个行业的90%。一般户内粉末涂料不具备耐候性能，受官能团分子结构和涂膜致密性影响，无法抗御自然界中强烈的太阳光辐射，这类粉末涂料仅对涂覆物起到装饰美观作用，故习惯称为“户内粉”;在众多实践应用中，纯聚酯型和聚氨酯型粉末涂料在耐气候老化中表现出优异的性能，这类粉末涂料往往被运用在露天场所，尤其是环境较为恶劣的环境中，被习惯称为“户外粉”。纯环氧型粉末涂料产量在三者之间最为少，最主要缺陷是固化时间长反应速度慢，受环氧树脂苯环中的醚键影响，它在重防腐和耐化学腐蚀领域中起着重要作用。粉末涂料之所以表现出不同的性能，树脂中官能团数量、个数、品种及分子量起着至关重要的作用。

　　1.2粉末涂料施工工艺

　　粉末涂料主要是由树脂、固化剂、助剂、颜填料组成，经过熔融挤出、压片、破碎、筛分等工艺制得，客户经过对工件进行前处理、喷涂、烘烤成膜来保护装饰底材。不同类型的粉末涂料烘烤其时间和温度不一样，这取决于固化剂的活化能限制。粉末涂料要形成致密膜后才能对底材起到保护作用，当固化温度和时间未达到或者粉末涂料吸收的热能超过其耐热度时该涂料同样能涂覆底材表面起到装饰作用，但这类涂膜不具备耐候性。

　　1.3粉末涂料颜料的选择

　　粉末涂料耐候性检验能通常以色差和保光率来衡量，涂膜保光率完全取决于粉末涂料用树脂，而色差则与粉末涂料配方中颜料和树脂有关。应用在粉末涂料中的颜料首先要符合粉末涂料烘烤工艺要求，其次是颜料本身的耐光性，再者就是颜料本身性能也需要满足粉末涂料应用领域的要求。图1为不同颜料涂膜在湖北来斯实验室老化试验标准中色差变化。

　　2 粉末涂料涂膜耐候性能的评定

　　涂膜耐候性的评定，可以按照国家标准《色清和漆清涂层涂层老化的评级方法》(GB/T1766-2008)中方法进行。该标准规定了涂层老化的评级通则、老化单项指标的评级方法及装饰性涂层和保护性涂层的综合评级方法。简述常用的几个单项等级的评定。

　　2.1失光等级的评定

　　目测漆膜老化前后的光泽变化程度及按GB/T9754测定老化前后的光泽，计算失光率。用下式计算失光率(%)：

　　2.2.1仪器测定法按照GB/T11186.2和11186.3测定和计算老化前与老化后的样板之间的总色差值(’)，按色差值评级如表1。

　　2.2.2目视比色法当漆膜表面凹凸不平及漆膜表面颜色为两种或多种颜色等不适用于仪器法测定时，宜采用目视比色法。按照GB/T9761的规定将老化后的样板与未进行老化的样板(标准版)进行比色，按漆膜老化前后颜色变化程度参照GB250用灰色样卡进行评级。

　　2.3粉化等级的评定

　　天鹅绒布法粉化的评定按ISO4627-7进行，胶带法粉化等级按ISO4628-6进行

　　2.4开裂等级的评定

　　漆膜的开裂等级用漆膜的开裂数量和大小来表示，如有可能，还可表明开裂的深度类型。开裂深度主要有三种类型：表示没有穿透漆膜的表面开裂;表示穿透表面漆膜，但对底下各层漆膜基本上没有影响的开裂;表示穿透整个漆膜体系的开裂，可见底材。

　　2.5起泡、生锈、剥落、长霉、斑点、沾污等级的评定

　　漆膜起泡等级用漆膜起泡密度和起泡的大小表示，表示方法为起泡密度和起泡大小等级;漆膜生锈等级用漆膜表面的锈点(锈斑)数量和锈点大小表示，表示方法为锈点数量和锈点大小的等级;漆膜剥落的等级用漆膜剥落的相对面积和剥落暴露面积的平均大小表示，可根据漆膜体系破坏的层次，表示剥落的深度。漆膜的长霉等级用涂层的长霉数量和长霉大小表示;涂层斑点的等级用斑点的数量和斑点的大小表示;沾污的等级用涂层的沾污程度表示。

　　3 武汉地区的自然暴晒实验

　　武汉，地处中国腹地中心，江汉平原东部，长江中下游，东经113°41′-115°05′，北纬29°58′-31°22′，属于亚热带季风性湿热气候，具有雨量充沛、日照充足、四季分明，夏季高温、降水集中，以“三大火炉之首”的炎热著称;一年中，1月平均气温最低，为3.0℃;7月平均气温最高，为29.3℃，夏季长达135天;春秋两季各约60天。

　　以武汉地区为试验场所，整个试验架方向朝正南，倾斜地面45度角，按国家标准GB/T9276-1996《涂层自然气候暴露试验方法》中的方法进行户外暴晒800天。

　　市场上户外粉末涂料主要以纯聚酯/TGIC体系比较常见，但使用的颜料选择就比较广泛。对此我们选用一种体系来研究不同颜料涂膜的色差变化，通过对暴晒后涂膜色差值变化的数据收集，绘制变化曲线如图4所示。从图中看出，经过800天的暴晒涂膜颜色都有轻微变色，尤其淡色变色要明显大于浓色。

　　4 实验室耐候性测试(人工加速老化试验)

　　在自然界中对涂膜产生破坏性的主要源于长时间的氧气活动和紫外光照射，人工加速老化试验就是通过在实验室模拟户外自然条件来短时间获得涂膜破坏情况的手段，它是一种对涂膜耐候性能差异的快速评估方法，该试验主要由人工加速老化仪来完成。

　　我们采用的是美国Q-Lab公司的QUV/spray紫外加速老化试验机，它可模拟自然气候中的紫外光照、雨淋、冷凝、黑暗、热冲击等环境条件，通过重现这些条件，合并成一个循环，并可以自动执行完成循环次数。在此过程中，可对灯管幅照度、试验箱内温度、喷淋状态进行自动监控。比起其他类型的灯管(包括氙弧灯管)，荧光紫外灯管更加稳定。光谱功率分布(SPD)不会随灯管老化而发生变化，甚至使用高达5000小时也不会。这样就能得到更多的可重复的测试结果，同时减少更换灯管，并降低运营成本。

　　而目前国内粉末涂料耐候性检测方法主要借鉴涂料中的标准GB/T1865-2009/ISO11341：2004，所以我们结合实际情况，在此标准基础上建立自己的企业标准运行参数。

　　在实际测试过程中，依然存在各种问题。经过大量数据试验发现，样板在仪器中摆放的位置不同，受到光照的程度也略微有差别，同时纹理类花纹类杂色类粉末涂料测试的耐候性能存在争议。针对这些问题的处理，我们只针对平整单一颜色涂膜来测试耐候性，在测试过程中定时更换样板所在位置来减少试验误差。图5为实验室测试的数据绘制的曲线图。

　　5 两种测试数据比对与结论

　　经过大量的试验数据分析，结合图1、图4、图5变化曲线来看，在户外纯聚酯/TGIC体系中单一色调平光涂膜中，依照湖北来斯企业标准参数测定耐候性和武汉地区测试的耐候性能对应的关系为：

　　QVB-313灯管光源照射300h，相当于武汉地区自然暴晒11个月

　　QVB-313灯管光源照射400h，相当于武汉地区自然暴晒18个月

　　QVB-313灯管光源照射500h，相当于武汉地区自然暴晒24个月

　　参考文献：

　   【1】《粉末涂料与涂装技术》，南仁植主编;化学工业出版社，2014.5北京

　　【2】《中国粉末涂料信息与应用手册》，庄爱玉主编;化学工业出版社，20111.12北京

　　【3】美国Q-Lab公司仪器产品手册2011

　　【4】《粉末涂料》，冯素兰，张昱斐主编;化学工业出版社，2004北京