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光稳定剂在聚氨酯涂料中的应用研究

   编辑:文武  邮箱:info@mortar.cn
2014-08-06 10:04:54 保护色:默认白 牵牛紫 苹果绿 沙漠黄 玫瑰红 字体:小字 中字 大字 点击数:0

 聚氨酯涂料是20世纪后期发展起来的一类新型涂料,广泛应用于汽车、飞机、电器、仪器仪表、高档家具的表面涂装等。由于该涂料漆膜强韧,光泽丰满,附着力强,耐水、耐磨、耐腐蚀性优异,自开发以来一直是增长速度最快的品种之一,它在涂料类产品中所占的份额往往代表着一个国家涂料工业的发展水平,因而受到世界各国的高度重视。聚氨酯涂料的缺点是在户外光照及其他不利条件作用下,会造成涂层老化,表现为涂膜失光、黄变和涂层粉化,进而出现脆裂、脱落等现象,直至完全失效。

    涂料的老化与很多因素有关:树脂颜料、添加剂的品种和质量,涂料的配方设计,涂料的生产工艺等内在因素;日光照射,温度变化,大气中氧、臭氧和水分、工业烟雾的作用等外在因素,都可能造成涂层的老化失效[1]。实践证明,涂料的老化作用是众多因素综合作用的结果。郑建鹏等[2]从配方和施工因素方面探讨了影响聚氨酯涂膜光泽稳定性的因素;胡建文等[3]实验研究了紫外光对聚氨酯涂层的老化规律,并解释了涂层附着力下降是涂层内树脂断键和重新组合所致;耿刚强等[4]采用人工紫外-喷淋的加速老化实验研究涂层的耐候性能,表明涂层的耐候性与涂料自身的耐水性有关。本文在聚氨酯涂料中配合一定量的受阻胺光稳定剂和紫外线吸收剂,采用人工加速老化的方法,研究了添加剂对聚氨酯涂料表面光泽的影响。
    1 实验部分
    1.1 原料及仪器
    受阻胺光稳定剂GW-628,白色结晶粉末,山西省化工研究院;紫外线吸收剂UV-419,白色结晶粉末,山西省化工研究院;受阻胺光稳定剂Tinuvin292,无色透明液体,瑞士汽巴精化;紫外线吸收剂Tinuvin328,浅黄色结晶粉末,瑞士汽巴精化;ZP133脂肪族聚氨酯涂料,白色,武进市船舶造漆厂。
    紫外光老化实验箱,UVCON,美国阿特拉斯;光泽度计,WGG-60,上海精科实业有限公司;附着力测试器,QFH,天津沃尔斯化工有限公司。
    1.2 实验方法
    1.2.1 漆膜光泽度的测试
    按照GB/T1743-1979,测量样板60°光泽度。
    1.2.2 漆膜附着力的测试
    按照GB/T9286-1998,采用划格法测定漆膜附着力。
    1.2.3 紫外光老化实验
    按照GB/T16422.3-1997,采用人工加速老化的方法进行实验,荧光灯照射,温度60℃。
    1.3 试样预处理
    为便于试样在涂料中的均匀分散,所有光稳定剂均配制成10%的二甲苯溶液。以下涉及的光稳定剂试样均为10%的二甲苯溶液。
    1.4 实验方案
    实验拟考察对照样1个(1#)、改进样2个(2#和3#),具体配方见表1。
表1 实验方案
表1 实验方案
    2 结果与讨论
    2.1 光稳定剂对聚氨酯涂料初始性能的影响
    按表1配比将聚氨酯涂料与光稳定剂试样配合均匀,按照GB/T1727-1992的规定在马口铁上刷制样板,样板在常温下干燥7d,然后测定漆膜的光泽度和附着力。结果列于表2。
表2 各种光稳定剂丰在下漆膜初始性能
表2 各种光稳定剂丰在下漆膜初始性能
    从表2中数据看出,使用光稳定剂的2个试样,其漆膜初期光泽度分别提高3.4%和3.7%。由此可见,光稳定剂的加入对漆膜初始光泽度有明显改进作用,而对漆膜初始附着力没有影响。
    2.2 光稳定剂对聚氨酯漆膜光泽度的影响
    涂膜光泽度是漆膜外观质量的最重要指标之一。涂装应用的实践表明,漆膜性能的降低,都是从表面光泽度下降开始的[5]。紫外光老化在人工加速条件下进行,实验共进行3个周期,每个周期200h。不同周期老化后漆膜光泽度变化如表3和图1所示。
表3 光稳定剂作用下聚氨酯涂料不同老化周期的光泽度变化
表3 光稳定剂作用下聚氨酯涂料不同老化周期的光泽度变化
图1 不同老化周期后漆膜的失光率
图1 不同老化周期后漆膜的失光率
    从表3和图1可见,对照实验1#在第1周期(0h~200h),光泽度下降特别明显,到第2周期(200h~400h)和第3周期(400h~600h),光泽度下降速度趋缓;改进样2#和3#在第1周期光泽度基本没有变化,在第2周期和第3周期,光泽度下降速度略低于对照样,在第3周期结束时,改进样的光泽度比对照样分别高出4.0%和4.5%。
    聚氨酯涂料的表面失光可以用聚氨酯光降解机理进行解释。在紫外线作用下,聚氨酯的断链有2种断裂方式,即N—C键断裂和C—O键断裂[6]。
    前者断键后形成氨基自由基和烷基自由基,并释放出CO2;后者断键后形成氨基甲酰自由基和烷氧基自由基,而氨基甲酰自由基又会分解成氨基自由基和CO2。无论是哪种断键方式,最终都会导致聚氨酯涂层的主链断裂、过氧化物的出现和亲水性小分子的产生。结构的变化引起性能的变化,表现在材料的强度下降,涂层树脂脱落,使部分颜填料暴露出来,涂层表面变得粗糙,而这恰好能够从光泽度体现出来。
    当然,光泽度的变化只是涂膜光降解的表现形式之一。与此同时,降解产物中还会出现某些共轭生色团结构,表现为涂膜的黄变。随着紫外光作用时间的延长,还会出现涂膜粉化、开裂、脱落等现象,最终失去涂料应用的装饰及防护作用[7]。
    3 结论
    1)人工加速老化实验结果显示,本研究所用的光稳定剂对聚氨酯涂料初始性能无不良影响。受阻胺光稳定剂与紫外线吸收剂的配合使用对于改善紫外光长期作用下的漆膜光泽有效。
    2)本研究所用的光稳定剂可不同程度地提高聚氨酯涂料的初期光泽度。
    3)本研究中光稳定剂的用量由经验确定,调整用量后的性能以及更长紫外光作用时间下的性能有待进一步研究。
    参考文献:
    [1]张淑琴.涂料的光老化及光稳定化[J].涂料工业,1992(6):39-44.
    [2]郑建鹏,张军.影响聚氨酯亚光清漆涂膜光泽稳定性的因素[J].中国涂料,2008,23(1):23-25.
    [3]胡建文,高瑾.紫外光对丙烯酸聚氨酯清漆的老化影响规律研究[J].中国腐蚀与防护学报,2009,29(5):371-375.
    [4]耿刚强,刘攀.醇酸体系和聚氨酯体系人工老化测试分析[J].涂料工业,2009,39(4):59-62.
    [5]朱永华,姚敬华.聚氨酯面漆的光老化机理的探讨[J].涂料工业,2005,35(6):44-47.
    [6]马磊,郑文伟.聚氨酯涂层老化机理的研究进展[J].新技术新工艺,2011(9):109-112.
    [7]王朋仁.光稳定剂在氨基漆中的应用研究[J].山西化工,2013,33(2):44.
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来源:中国防腐涂料网
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