外墙涂料的耐候性研究

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1、外墙涂料的耐候性研究在对影响外墙涂料涂膜老化的因素进行分析的基础上,概述了研究外墙涂料耐候性的各种方法,探讨了影响涂料耐候性的因素,着重讨论了所用基料和颜料对外墙涂料的影响。关键词：外墙涂料耐候性基料颜料外墙涂料的耐候性即户外耐久性,是指暴露在室外环境条件下外墙涂料的力学性能如模量、强度、粘结性、保色保光性等可能的变化程度,和是否发生脆化、粉化、变色、失光、剥落等现象。外墙涂料的主要功能是保护和装饰,涂膜必须能维持到下次更新,且能保持良好的视觉效果,因此,耐候性就显得十分重要。目前,我国外墙涂料一般要求耐候8年~10年以上。引起涂膜

2、老化主要有物理性、化学性和物理化学性三种作用形式,它们使涂料性能变劣和发生应力收缩而导致破坏。光引发氧化降解和水解是两种主要的户外降解过程,它们常常同时进行,有时甚至相互促进,加速涂膜的破坏。日光中短波长的紫外线具有很大的能量,涂料中的粘结剂分子吸收紫外光而被活化,与氧分子结合,形成过氧化物,进行连锁反应,使树脂降解；直接与杂原子相连的芳香基团如芳香族聚氨酯涂料和双酚A环氧树脂可吸收290nm以上的UV光而直接光裂解,产生自由基,参与氧化降解。前者容易使涂料严重变黄,后者则会加速涂料粉化。因此,从涂料的组成来看,应尽量不使用或少使用

3、下列类型的树脂；①能吸收290nm以上波长,尤其是短波长可见光范围的树脂。②有易被夺氢原子的树脂。③含易水解官能团的树脂。实际中,一般是加紫外光吸收剂、激发态猝灭剂和抗氧剂来提高涂料的光稳定性。水分则不仅会使涂膜溶胀起泡,加速光氧化降解,还会导致官能团的水解,水解程度一般为：酯脲氨基甲酸酯。酸性水滴接触到涂料涂膜表面,还可能造成酸蚀。此外,高湿度还会降低涂膜的附着力,使涂膜溶胀等而导致涂膜变性破坏。可见,涂料的基料、颜料、溶剂(溶剂型涂料)、助剂及施工条件等都会影响涂料的耐候性,下面将分别讨论。1耐候性试验方法耐候性是外墙涂料最重要

4、的性能之一,但也是涂料生产中最难把握的技术指标之一,目前研究涂料的耐候性主要有三种方法。1.1天然曝晒试验法影响天然曝晒试验结果的主要是试验板的定向和试验板上涂膜的地理取向,目前广泛使用的是朝南45°曝晒[1],可同时选择几个不同气候的地区进行试验。此外,曝晒季节的影响也很大。例如,对于自干型涂料,若春季曝晒,涂膜尚未完全固化时就遭受到温差的急剧变化而变形,紧接着在夏季又受到紫外光的强烈照射和大量雨水的冲刷、侵蚀,进一步造成破坏。而在秋季曝晒,气温较平稳,日光强度逐渐下降,使涂膜有一段逐渐坚硬的过程,可为来年的大气破坏作用做好充分的

5、准备,一般来说,对样板的破坏顺序是：春夏冬秋。1.2户外加速老化试验法仪器的主要结构是一个随着太阳运动而旋转的框架,架上安装十块150mm×1500mm的高抛光特制铝镜,每面镜子都将太阳光线以90°角反射集中到一条150mm×1500mm的样品架下,架上还装有鼓风管,以模拟朝南45°角曝晒的情况；样品架上还设有喷水管,夜晚向涂膜表面周期性喷射蒸馏水以进一步加速老化过程。1.3人工老化试验法人工老化试验是将待测试样在一定条件下暴露于光谱功率分布已知的光源下,一段时间后检测样品性能的变化,从而相对比较或大致判断此材料在自然气候条件下使用

6、年限。仅占太阳光能量4%的紫外线是破坏许多材料的主要因素,如不饱和聚酯与苯乙烯共聚物在325nm波长辐射下很快变黄,聚氨基甲酸酯等在330nm~370nm处出现老化,因此人工老化试验的主要影响因素是光源,关键在对日光的模拟性上。目前人工老化试验采用的光源有碳弧灯、紫外灯、氙弧灯和高压水银灯等,但都还存在一定的缺陷。此外,还可利用高敏感度的仪器来检测涂料降解的起始点,如用扫描电子显微镜(SEM)观察表面物理变化,用X射线光电子谱(XPS)和衰减全反射傅里埃红外光谱(ATR-FITR)分析检测涂膜表面的组成和结构的变化,用顺磁共振光谱仪

7、(ESR)检测涂料中可能的自由基浓度等,以对涂料的早期降解进行分析。其中,天然曝晒虽接近实际,但试验时间太长；人工老化法试验时间较短,试验条件可以控制,所以广泛用于常规检验,我国GB/T9153-88合成树脂乳液砂壁状建筑涂料,GB/T9755-1995合成树脂乳液外墙涂料,GB/T9757-88溶剂型外墙涂料,GB/T9779-88复层建筑涂料,GB/T10222-88外墙无机建筑涂料五类外墙涂料标准均以人工老化指标来评定耐久性[2-3]。当把被测涂料与已知耐候性涂料在同一仪器中做比较时较为有效,但人工老化无法真实模拟自然老化条件

8、；即使最好的老化仪也只能自动测试、反馈某波长的辐照度,而无法测试光源的辐照度；测试仪器、操作条件、喷淋水的差别,进而导致不同实验室测试结果相差甚大,几乎不具有可比性。ZenoW.Wicks[4]等人指出,已发现了许多实验室人工老化结果