摘要：油漆涂层在自然条件下会受到各种因素的影响而发生老化，大气老化试验是鉴定油漆涂层耐候性的一种最确实、最经济而又最简单的方法,但它最大的缺点是需要很长的时间,为了能在最短的时间内获得准确可靠的结果,必须探讨适宜的试验方法。
关键词：油漆涂层；老化；机理
涂层在大气条件下的老化,主要取决于阳光的作用。阳光会引起涂层发生光氧老化,而温度、湿度及其它气候因素则起着加速上述过程的作用。
一、自然环境对涂层老化的影响
1.太阳辐射(光能)。自然条件下的光能主要来自太阳，太阳光主要分为三个波长范围:红外线、可见光和紫外线，其中波长最短的紫外线能量最大，涂层对其的吸收率也最大。聚合物涂料高聚物分子结合的键能多数在(250～420)kJ/mol，而300nm的紫外线的光能量高达399kJ/mol，高于绝大多数高分子链上化学键断裂所需要的能量，能够破坏高分子聚合结构中的化学键，因此，尽管能量较高的绝大多数紫外线在到达地表前就已被臭氧层所吸收，余下的少量紫外线还是不可避免的会引起涂层高分子结构的破坏。尤其是大气中的氧对光降解有着强烈的促进作用，使得光降解的过程更加复杂，速率也更快。研究表明，高分子材料在光、热和氧共同作用下的老化是一个自动催化过程。主要按照自由基反应历程进行，其反应过程如下所示:链的引发:Ｒ－Ｒ+hv→2Ｒ·链的增长和传递:
Ｒ·+O 2→ＲOO·
ＲOO·+ＲH→ＲOOH+Ｒ·
ＲOOH→ＲO·+HO·
2ＲOOH→ＲO·+ＲOO·+H 2 O
ＲO·+ＲH→ＲOH+Ｒ·
HO·+ＲH→H 2 O+Ｒ·
链的终止:2自由基→产物聚合物吸收了足够的能量，形成过氧自由基ＲOO·，自由基浓度通常是非常低的恒稳态值，因此自由基与自由基相遇较自由基与分子相遇机会少得多，使得上述反应不断进行。过氧自由基夺取聚合物上的氢，形成氢过氧化基团ＲOOH和聚合物自由基Ｒ·，聚合物自由基迅速与氧作用，又形成过氧自由基。氢过氧化物还可能均裂成2个自由基，加速氧化。
2.温度的升高会使分子的热运动加速，使得某些高聚物发生降解与交联，降解的结果表现为材料相对分子质量降低以及强度、伸长率等下降;而交联的结果则表现为材料相对分子质量增大及刚性提高。在热和氧共同作用下，有机涂层发生热氧老化过程，往往是降解与交联相互竞争的过程。而涂层中各个部分对温度的感应是不一致的，发生的反应也不相同，时间长了涂层的内部应力就会增加，发生粉化、开裂等现象。
3.水分(湿度)。高分子涂层在户外大气环境中还会受到水分(湿度)等的影响而发生水降解反应。在大气环境中，水分(湿度)的表现形式为降雨、潮湿、凝露等。水分(湿度)对涂层老化的影响表现在以下几个方面:(1)降水能将材料表面的灰尘、污垢等冲洗掉，使其受太阳光辐射更为充分，加速了有机涂层的光老化。同时，降雨频率不同也可能产生长期的老化作用。(2)涂层在大气环境中会有吸水、脱水的过程，当环境潮湿时，涂层吸水，体积膨胀;环境干燥时，涂层脱水，体积收缩。经过这样一系列的干湿循环后，涂层内部产生巨大的应力。当应力值累积达到一定程度时，涂层发生开裂和剥落等现象。
二、案例分析
样板的品种,试验条件及投试日期。第一批:2014年3月2 0日—一2016年3月2 0日样板计有天津油漆厂生产的胺基醇酸烘漆(白、灰、黑);醇酸磁漆(黑色汽车磁漆、钢灰桥梁面添);硝基磁漆(黑、灰汽车磁漆);过氯乙烯漆(黑、灰汽车磁漆);以及广州制漆厂生产的中灰内用调合漆,中灰醇酸磁漆和深黄硝基汽车喷漆。上述油漆样板分别以0度、2 3度、4 5度、9 0度(朝南)及。“等五种倾角进行曝露。a度倾角每月改变一次,其改变日期和度数如下表:
此外,5—7每一品种分别留下2块,以朝南4 5度搁置在曝露棚内,以求与室外曝露作对比。第二批:2014年9月2 5日—2016年3月2 0日。样板计有天津油漆厂生产的深黄硝基喷漆;蓝醇酸磁漆;白胺基醇酸漆;黑过氯乙烯漆以及广州制漆厂生产的中灰油性调合漆。此批样板分别按第一批的五种倾角进行曝露。每一品种:种每一倾角有二块,但其中一块是为了避免露、雨等水份的影响,故在晚间和下雨时用塑料布遮盖,以求与正常曝露的样板作对比。此外,每一品种有一块样板搁在四层楼的屋顶(水泥地)上,以4 5度朝南试验,以求与正常4 5度曝露的样板作对比。第三批:2015年6月2日—2016年6月2日。样板计有武汉制漆厂生产的绿酚醛磁漆,绿醇酸磁漆以及广州制漆厂生产的中灰油性调合漆;硝基清漆。此样板按第一批的五种倾角进行曝露,并增加在草地上4 5度朝南和屋顶上4 5度朝南曝露样板各一块,以求与正常45度曝露的样板作对比。
三、试验结果和分析
不同曝露倾角对油漆涂层老化破坏的影响。两年多来,几类油漆品种分批地按五种不同的曝露倾角进行试验,其结果有下面几种情况:
1.从夏半年间投试的结果看来,o度、2 3度、a度三种倾角的曝露在失光、粉化和变色方而的老化破坏速度最快。从试验结果大致统计,样板在达到严重失光、显著粉化和明显变色的这一破坏程度时,o度、2 3度、a度等倾角曝露要比4 5度曝露快1一2个月,而比90度曝露快2一3个月以上,老化速度视各种不同油漆而异。从试验结果也看出,所谓最热倾角a度的曝露,对于0度、2 3度来说,大多数情况并没有显示出较大的老化破坏速度,而且破坏情况也没有多大区别。4 5度倾角的曝露,多数结果表明,它的老化速度小于o度、2 3度、a度,而明显大于9 0度。例如2014年3月投试的灰醇酸漆,0度、2 3度和a度的样板在2个月后完全失光,而4 5度的样板在3个月后完全失光,9 0度的样板则在2个月后才完全失光。在粉化方面,0度、2 3度、a度的样板在1 4个月后极严重粉化,而4 5度的样板在1 8个月后极严重粉化,9 0度的样板在11个月后只达到轻微粉化,以后并没有多大发展。此外,也有些结果表明,4 5。倾角的曝露,与0度、2 3度、a度倾角曝露,其老化速度十分接近。如2015年6月投试的绿醇酸漆和绿酚醛漆,4 5度和0度、2 3度、a度的样板在各项变化上都是差不多的。至于9 0度倾角的曝露,所有的结果表明,它的老化速度远比其他倾角为慢。
2.从冬半年投试的结果看来,0度、2 3度、a度和4 5度这四种倾角的老化速度差别十分接近,其中又以a度和4 5度之间比较接近。例如2014年9投试的白胺基醇漆,虽然这四种倾角的样板在失光方面变化差异不大,但在粉化来说,a度和4 5度都同样比0度和2 3度的稍轻微一些。此外,9 0度倾角的曝露,其老化速度也是比其他倾角者慢。在此,必须指出,在曝露过程中,不同倾角间的变化差异在初期内是较为明显的,随着曝露时间的推移,老化破坏不断深化,到中期或后期,这些差异就逐渐减小而趋于一致。这种变化规律,在耐候性较好的油漆来说还不大明显看到,而耐候性较差者才明显看到,耐候性越差者,就越容易看到。
3.从样板的裂纹或龟裂现象看来,有些角度之间也明显地表现出不同的特征和规律性,主要有下列两种:A、0度、2 3度、a度等倾角的曝露裂纹出现最早和最明显,9 0度者最轻微。如2015年6月投试的绿酚醛漆,在曝露2个月后,这三种倾角的样板均有局部稀疏短发状裂纹,而4 5度的只有廖廖可数的短发状裂纹,9 0。的则没有出现裂纹。在0度、2 3度和a度三种倾角样板中,0度的裂纹比较细小和密致。B、与前者相反,某些品种的样板的裂纹以9 0度倾角者最为明显,出现也较早,倾角越小者,越较迟出现。
不同类型涂层的老化机理不一样，不同气候条件下涂层的老化机理也不尽相同，在实践中，要具体问题具体分析，综合考虑所有因素，对涂层的老化行为作出相对准确的推断。
参考文献
［1］吴涵.涂料抗老化技术研究［J］.表面技术，2016，34(5):56－58.
［2］李岚.碳纤维/环氧树脂复合材料的热氧老化机理［J］.北京化工大学学报，2016，34(5):523－529.
论文作者:张一雪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：倾角论文; 涂层论文; 样板论文; 磁漆论文; 自由基论文; 裂纹论文; 油漆论文; 《基层建设》2019年第14期论文;