鋁型材有機涂層加速耐候試驗的探討

廣東興發鋁業有限公司 夏秀群

1 前言

鋁合金建筑型材的耐侯性能及裝飾性能在眾多裝飾裝修材料中很占優勢，常用的表面處理方式有：陽極氧化、氧化電泳涂漆、粉末噴涂、氟碳漆噴涂、丙烯酸噴涂等，后四種表面處理均可以得到不同的有機涂層。大部分的建筑鋁型材都是暴露于戶外環境條件下使用，所以涂層的耐候性能是衡量涂層優劣的一個至關重要的質量指標。在陽光、空氣和水的作用下，涂層的老化過程反應主要有光引發氧化降解和水解兩種，這兩種反應過程或獨立進行或相互影響同時進行，老化反應速度取決于涂層暴露的場所、時間、涂層的組成和過渡層的性質等因素。光引發氧化降解過程主要是涂層其中的組分吸收光后生成自由基，自由基從聚合物分子鏈上的奪氫反應是導致涂料中的樹脂發生光氧化降解過程。涂層的水解反應是涂層組分中的親水基團發生親水反應，涂層在光照發生光氧化降解的同時，增加了親水基團的數量，也加大了水解反應的速度。

目前，有機涂層的耐候試驗方法主要有以下三種：戶外自然耐候（暴曬）試驗法、戶外加速耐候試驗法和實驗室加速耐候試驗法。三種方法的通性是通過光對涂層的作用，使得涂層出現不同程度的老化現象，如失光、變色、起粉、霉點和裂紋等。最為通用、最有可比性的耐候試驗方法是實驗室加速試驗法。因為光照在涂層的老化過程起著主導作用，所以很多實驗室耐候試驗主要采用特殊光源來模擬太陽光照，并形成固定的試驗循環達到試驗的目的。太陽光譜主要分為3個區域：紫外線區、可見光區和紅外線區，大約分布比例見下表1。

表1

鋁合金建筑型材有機涂層的實驗室耐候試驗常用的光源有氙燈和紫外燈（UVA-340和UVB-313）。 氙燈輻射光線是全光譜光線，紫外燈輻射光線是紫外線，試驗數據會因光源不一而存在很大的差異，所以很有必要探討一下有機涂層不同光源下耐候試驗數據，這樣有利于產品質量的檢驗和產品標準的制定。

2 試驗

2.1 試驗目的

通過對電泳漆、粉末、氟碳漆和丙烯酸漆四種有機涂層分別進行UVA-340、UVB-313和氙燈三種平行試驗，對比試驗結果，分析數據之差異，進一步探討有機涂層耐候試驗方法及試驗時間的確定。

2.2 試驗配置及方案

2.2.1 UVA-340、UVB-313和氙燈三種平行試驗用的同種涂層樣板均是同工藝同時處理而得；

2.2.2 試驗用設備見表2：

表2

2.2.3 試驗方法及其周期見表3

表3

2.2.4 試驗涂層品種及數量見表4：

表4

2.3 試驗數據

1所有試驗樣板經耐候試驗后，均只出現色差和失光現象，并無其它可見性變化，（數據見表5-表14）；

3 試驗數據分析

3.1 從上列數據來看，UVA-340紫外燈與氙燈耐候的試驗結果差異不大，UVB-313紫外燈試驗結果與前兩者的數據相差較大；

3.2 從表5來看，丙烯酸涂層和電泳漆涂層和粉末涂層經過300小時的UVA-340紫外燈耐候和氙燈耐候試驗后，涂層的失光和變色均能達一級，而經過UVB-313紫外燈耐候試驗后，這三種涂層的變色和失光均較為嚴重；

3.3 根據GB/T1766-2008《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》中的“涂層的老化失光率是以試驗前后光澤的變化量除以涂層試驗前的光澤而得”，來分析表6數據，低光粉末涂層5014TF由于其原始光澤低至3.8，試驗前后的光澤變化量很小也會產生很大的失光率，如降低0.2個光澤單位就產生5%的失光率，降低0.6個光澤單位產生失光率已超過一級（15%）的限度

表5

8.丙烯酸涂層色號：8163時間原始光澤失光率（%） 色差△E（NBS）試驗方式 100小時 200小時 300小時 100小時 200小時 300小時UVA-340耐候 44 0 2.3 9.1 0.28 0.72 1.01 UVB-313耐候 43 18.6 20.9 23.3 1.21 1.78 2.44氙燈耐候 42 0. 2.4 7.1 0.42 0.66 0.98 9.電泳漆復合膜：古銅色時間 原始光澤 失光率（%） 色差△E（NBS）試驗方式 100小時 200小時 300小時 100小時 200小時 300小時UVA-340耐候 97 0 0 5.2 0.24 0.34 0.87 UVB-313耐候 98 9.2 12.8 32.6 1.56 4.33 7.82氙燈耐候 97 0 0 9.4 0.46 0.54 1.40 10.電泳漆復合膜：銀白色時間試驗方式 原始光澤 失光率（%） 色差△E（NBS）100小時 200小時 300小時 100小時 200小時 300小時UVA-340耐候 102 0 3.0 5.0 0.42 0.46 0.97 UVB-313耐候 100 7.2 14.0 29.0 1.92 3.04 6.46氙燈耐候 100 0 6.0 13.0 0.54 0.62 1.22

3.4 從表5的三種氟碳漆涂層的試驗數據來看，500小時的氙燈和UVA-340紫外燈試驗對氟碳漆涂層基本沒有明顯的老化效果；而500小時的UVB紫外燈老化試驗后氟碳漆涂層則基本可以達到一級的失光和變色；

3.5 由上列兩種電泳漆涂層的表5的試驗數據來看，氙燈對電泳漆膜的破壞能力較UVA-340紫外燈強，300小時的氙燈老化試驗失光和變色基本能達一級水平。

4 結論

4.1 實驗室加速耐候試驗會隨試驗用的燈而有很大的數據差異，燈的老化能力UVB-313紫外燈較氙燈和UVA-340紫外燈強，而氙燈和UVA-340紫外燈的老化能力差不多；

4.2 有機涂層的耐候性會隨涂料的組分不同而存在很大的差異，在上述的四種有機涂層中，氟碳漆涂層的耐候性最好；

4.3 根據涂層老化反應機理，可通過利用光吸收劑來降低聚合物的光吸收，或加入激發態捕捉劑消去激發態的活性，或加入激發抗氧劑來降低氧化降解，提高涂料的光穩定性，進而改善涂層的耐候性能。

1.GB/T16585-1996，硫化橡膠人工氣候老化（熒光紫外燈）試驗方法

2.GB/T1865-2009，色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射暴露（濾過的氙弧輻射）

3.GB/T1766-2008，色漆和清漆 涂層老化的評級方法