原因与缺陷:涂层耐候性的评价与测试

外部风化会对建筑的美观产生巨大的影响, 涂料的功能和物理特性,包括粉笔化, film erosion, cracking, color change, etching, blisters, peeling, spotting, and loss of hardness, 弹性(增加玻璃化转变温度, or Tg)、光泽度和附着力. Multiple formulation issues 影响涂料在特定外部环境下的性能,包括:

  • Resin Type
  • Crosslinker Type
  • Pigment/color
  • Pigment type
  • 颜料-粘合剂比
  • Presence of Catalyst
  • Additive selection

需要帮助研究抗氧化剂和紫外线吸收涂料?

勘探者可以帮助加快你的研究与技术数据表和访问全球供应商的数千种材料.

今天就创建你的免费帐户!


什么影响外部涂层的风化?

其中一些因素将比其他因素更详细地介绍,以了解它们对风化的影响程度. 影响外部风化的主要因素包括: photooxidation (氧气和光的存在)和 hydrolysis 由于水分、热量和光的影响. 如果使用得当,前者可以减轻到一定程度 UV absorbers 以减少聚合物基体暴露在紫外线下, antioxidants and 受阻胺光稳定剂 以减少相关氧化降解的影响.

由于光氧化和水解都是热活化的,因此温度的升高会加剧它们. 空气中潮湿盐和/或酸雨的高环境(高硫酸盐), 硝酸盐)和臭氧加速树脂体系的水解和降解,并加速颜料因酸侵蚀而发生的颜色变化.

到目前为止,影响聚合物涂层膜降解的主要过程是 photooxidation. 氧化降解过程是通过自催化过程从聚合物中提取氢. Accordingly, 以达到良好的风化效果, 避免或至少尽量减少聚合物中较易吸氢的官能团. 以下是官能团抗活化亚甲基氧化降解的一般顺序 (- CH2)在双键之间或与胺基相邻是最差的:

功能基团抵抗活化亚甲基氧化降解的顺序-在勘探者知识中心了解更多关于测试涂层风化的知识.

Accordingly, 一般来说,含氟聚合物和硅氧烷比聚酯或聚氨酯更耐用,其次是芳香含量高的树脂体系, 胺基是最不持久的. 后面的类型包括芳香环氧树脂.

Characteristics of UV Stabilizers 包括吸收和淬火. UV absorbers 通过在聚合物体系吸收的波长区域吸收辐射,从而屏蔽树脂的降解. 理想的UV稳定剂应该在295到380nm的UV区域具有高吸收,以保护聚合物不被降解. 最有效的紫外线稳定剂也更持久,从而确保更长的寿命,一旦纳入油漆系统.

紫外线稳定剂将吸收的紫外线能量转化为热量,例如2 -羟基二苯甲酮:

2 -羟基二苯甲酮的化学公式-在探矿者知识中心了解更多关于测试涂层风化的知识.
2 -羟基二苯甲酮的化学式

Antioxidants 被分为两组预防(过氧化物分解剂和断链抗氧化剂). 过氧化物分解物包括硫化物和亚磷酸. 断链抗氧化剂破坏链增殖的步骤 autoxidation. 有机物质与氧分子发生反应的过程叫做 “autoxidation“. Autoxidation is initiated by heat, 光(主要在紫外线区域), mechanical stress, catalyst residues, 或与杂质反应生成烷基自由基. The free radical can, in turn, 反应并导致聚合物的降解,如下图所示:

自动氧化循环图像:降解-了解更多关于如何测试涂层风化知识中心.

阻碍胺光稳定剂 (HALS)既是断链抗氧化剂,也是过渡金属的络合剂. 对于提供优异耐久性的涂料,其速率 Hydrolysis 通常比光氧化低得多.

The rate of hydrolysis for functional groups is esters>carbonates>ureas>urethanes>ethers.

对于交联产物,三聚氰胺的水解速度比脂肪族聚氨酯快s.

因为大多数用于外部应用的系统都含有颜料(包括用于汽车外部面漆的底漆/清漆系统); 颜料的选择,颜色以及颜料的体积浓度 (PVC) 所有这些都有助于油漆系统的耐久性. PVC的选择多少取决于光泽度, 可接受的皮的颜色要求和薄膜厚度(基材上的颜色均匀性).

在涂料体系中,依赖于颜料提供的光稳定性保护, 耐久性更多地依赖于PVC中相对较小的变化. 颜色和风化之间的关系是非常复杂的. For example, 较深的颜色倾向于吸收更多的辐射能,因此不使用太阳反射色素的较深颜色的吸热系数较高, 导致暴露在外部辐射能下的涂层温度更高:

在阳光下使用传统颜料的有机涂层基材的热积累图-在勘探者知识中心了解更多关于测试涂层风化的信息.

温度越高,降解率越高, 然而较深的颜色(棕色/黑色)吸收更多的紫外线/可见光能量,从而有助于保护聚合物体系的降解. 因此,使用在较高温度下容易氧化降解的树脂系统将提供较差的风化性能,特别是在深色中.

Pigment selection 在一类颜色中可以对一类聚合物的耐久性产生巨大的影响. 用于着色和隐藏的颜料一般可分为两类,包括 inorganic and organic.

Inorganic pigments 因为它们比有机物更能抵抗降解和化学物质. 一些耐久的无机颜料包括耐酸的铝片, micaceous iron oxide, yellow, 棕色和红色的氧化铁.

最耐久的无机颜料是 Ceramic pigments. Ceramic pigments 是混合金属氧化物. 由于这些颜料是完全氧化的,它们非常耐化学品和氧化. 许多明亮的颜色需要 organic pigments,这些颜料是必需的. Many organic pigments 能提供出色的抗外部退化能力,并广泛用于汽车基漆中.

如何评价涂层的耐候性

The best way to evaluate weathering 是自然暴露的颜色吗, environment, 涂层的光泽度和曝光角度将被用于. 由于这对于新涂料的引入是不实际的,加速风化是必要的.

南佛罗里达风化通常是确定涂层加速自然风化最被接受的方法. 例如:5度水平朝南面向汽车应用或45或90度面向南或北分别为建筑应用.

海洋环境也通常用于涂料系统,以评估腐蚀防护或抗生物生长. 虽然南佛罗里达风化提供了一个很好的迹象,预计耐久性, 人们总是希望进一步减少预测涂料在高紫外线环境下耐久性所需的时间, moisture, and high temperature.

其他一些常用的测定加速风化的方法包括ASTM D 4587 (QUV风化)和ASTM G155/ASTM D7869(氙弧). 这些加速风化装置提供了强烈紫外线循环的组合, 高温高湿. 有许多文章详细说明了其与自然风化作用的相关性或相关性的缺失,包括声称能更好地与自然风化作用相关联的新仪器和新方法.

带日光过滤器的氙气图-在探矿者知识中心了解更多关于如何评估涂层风化的信息.
涂层风化结果图表-了解更多关于如何评估涂层风化在勘探者知识中心.

资料来源及进一步阅读: