PU 木器漆耐黃變性測試方法探討

李國強 顏顯龍 伍俊鋒 許幸洪(廣東華潤涂料有限公司 528306)

前言

由于木器涂料市場上耐黃變產品魚目混珠，HG/T2454-2006《溶劑型聚氨酯涂料（雙組分）》標準首次提出木器漆的耐黃變性指標。 2006年課題組考察了不同檔次的PU 白漆和清漆在自然老化過程中的耐黃變性，并在氙燈老化(過濾氙弧)和QUV(UVA340)上作了相應的人工老化試驗。 通過色差比對分析，結果發現：對于色漆產品，QUV 老化更接近自然老化，對于清漆產品氙燈老化更接近自然老化，希望本研究有助于完善PU 木器漆耐黃變測試方法。

1 測試條件

1.1 樣板制備

漆樣選用不同檔次的色漆(白漆)與清漆，固化劑選用TD1 和HDI 加成物或三聚進行調合,主漆與固化劑比例1：0.5,共有10個樣品具體如表1。

在90×45mm 外墻用白瓷片上噴涂/刷涂兩邊。 同一樣品刷涂與噴涂效果各制備6 塊樣板，室內自然干燥7 天。其中三組樣板分別放于不同場景（南、北窗臺，恒溫室無光照）以模擬家具在室內的不同位置的自然老化，另外三組用于人工加速老化測試。 白瓷基片采用外墻瓷磚在ISO1134-1 老化200 小時后，色差ΔE 小于1。

表1.樣品名稱與編號

1.2 老化設備與分析測試

氙燈老化：ATLAS CI3000(氙燈老化試驗箱)

紫外老化：Q-lab QUV(快速UV 老化箱)

色差測試：美能達CM508d 色差計（ΔE 測試取自CIE，D65，10°數據）

2 結果與討論

2.1 樣板的自然老化

表2 為樣板放置在恒溫室內（無太陽光）自然老化的結果，可以看出刷涂樣板與噴涂樣板的色差變化的ΔE 基本保持一致。 恒溫室內只接受工作期間的白幟燈輻照，從表2的數據可以看出，有的黃變已大于3（視覺已可以明顯區別），即使是高檔耐黃變產品也已達到2 左右，說明黃變除了與光的輻照有關外還與其他因素有關（如環境的溫、濕度，空氣質量等）。 表3、表4 為樣板在南北窗臺自然老化方式下的黃變色差數據結果，隨著老化時間的加長，色差值在加大，而且絕大部分噴涂樣板ΔE 稍微比刷涂樣板大，說明噴涂樣板黃變程度略大些，這可以解釋為刷涂樣板容易造成膜厚且不勻，這樣產生更多的光散射或干涉而導致有效的（對黃變有貢獻）光強相對減弱；由于噴板比較好控制表面效果而且比較接近實際施工工藝，所以采用噴板樣板來對比數據更客觀些。

表2 樣板放置在恒溫室內自然老化351 天的色差變化結果。

表3.樣板放置在南窗臺自然老化351 天的色差變化結果

表4.樣板放置在北窗臺自然老化351 天的色差變化結果

從表3 與表4的南北窗戶老化對比來看，經過351 天老化后部分樣板如A3，A4，D5，F7 與G4 放在南窗臺的樣板ΔE 比北窗臺大，說明南窗臺的老化強度要高一些，這與其所受到的光的輻照強度、時間，溫差大等有關。 另外從表3 與表4 中可以發現ΔE 值主要來自于b 分量的變化（B 分量在色差坐標中表示黃蘭分量，b 為正表示為偏黃相，b 為負表示偏蘭相）。所以表示黃變的直接參數應該為Δb值。

圖1 與圖2 為南北窗臺自然老化的色差變化曲線。 南窗臺老化的樣板在最初的50 天內色差變化幅度大，這要歸于在南窗臺光的輻照強度、時間和溫差相對比北窗臺大，到了150 天后兩處的變化速率趨于緩和，到了250 多天后兩者的數值已趨于穩定（數值變化很小），反映了樣板的黃變速率由快到慢的變化過程。 PU_A28（清漆）配不同的固化劑而制得的A1-A4 樣板老化色差變化ΔE 值大小順序為A1＞A2＞A3＞A4，很好地佐證了HDI類脂肪族固化劑要比TDI 類芳香族固化劑耐黃變性好，TDI的三聚比加成物好的規律；選用同樣類型固化劑，色漆比清漆色差變化要小些（如樣板A1與B1、A2 與C2 、A4 與G4），說明色漆的耐黃變性要好些，這可以解釋為色漆中所含較高顏填料（鈦白粉）吸收光而使漆膜黃變程度相對小。因此雙組分PU 木器漆的耐黃變性取決于主漆和固化劑的材料選擇。

從圖1 與圖2 樣板色差變化可明顯分成三個層次，A1，A2 和E6 色差變化最大，其樣板根本不具備耐黃變性；C2 與D5 為同一檔次，其耐黃變非常有限 （從圖中估計100 天色差變化在范圍內）；其余產品具有一定的耐黃變性，這其中G4 產品表現出的耐黃變性最好。

2.2 不同老化方式下耐黃變性對比

涂膜的黃變程度取決于光強與時間以及環境的溫濕度，我們因而設計了不同的輻照條件試驗，表5 列出了五種不同條件下老化的結果,具體如下:X1 條件為ISO11341 標準。 黑板溫度60℃,60W/m2（300-400nm），廂體濕度70%(溫度38℃);（由于木器漆的耐黃變是在模擬室內存放效果，所以將淋雨段程序省略）。

表5 五種不同場景老化對比

X2 條件參照行標中的UVA340 輻照度在340nm 0.68w/m2設定,由ATLAS的軟件算出300-400nm的等效輻照度應為76 w/m2,黑板溫度60℃,廂體濕度50%(溫度30℃)。

QUV 運行條件:采用UVA340 燈源，黑板溫度60℃,輻照度為0.68W/m2，無凝露狀態連續光照168 小時。

表5 中人工加速老化（QUV 相比，氙燈老化）后的黃變順序都能在一定程度下反映自然老化場合（南北窗臺）樣板黃變順序，對于B1，C2，F3，G4樣板（白漆）屬于色漆產品，在人工加速老化168小時的色差變化要小于自然老化1年的值，其中QUV168 小時的數值更為接近自然老化的色差變化。 對于A 系列、D5 和E6 樣板屬于清漆樣品，氙燈老化168 小時的色差變化就比較接近自然老化的色差變化。 總體來看,對于色漆產品，QUV 老化更接近自然老化，對于清漆產品氙燈老化更接近自然老化。

理論上氙燈光譜在紫外區域的能量分布與QUVA340的能量分布都接近于中午2 點的太陽光譜的能量分布，并且氙燈光譜范圍寬 （比QUV340 多出紅外可見部分），X2 條件的光照的總強度雖同UVA340 相當，但絕大多數樣品 （除了G4 與F3）在相同老化時間下QUV340 老化的ΔE大于氙燈老化的ΔE；同樣的主漆PU_A28 配IR95（A3）和PR99（A4）的ΔE 在兩組不同氙燈老化條件下（X1 和X2）ΔE 差別不明顯，這與自然存放效果相仿；而在QUV340 實驗中差異卻很大，說明QUVA340 條件對樣品更具有破壞性（或者說條件更苛刻些）。

2.3 耐黃變性評級與測試方法探討

行業標準HG/T2454 將QUV (UVA340) 老化168 小時后，清漆的ΔE＜3 定為一級耐黃變色，ΔE＜6 為二級。實際上清漆的黃變影響因素中應考慮其底材的黃變性能，自然存放過程中，耐黃變的色漆和清漆色差變化差距不大；而在人工加速老化中，色漆的耐黃變性明顯具有優勢，因而行標中規定用QUV（UVA340）來測試的方法對清漆來說是不合理的，因此建議行標將清漆與色漆的評價體系分開考慮，并納入氙燈老化評價測試體系。

3 結論

在自然老化過程中，雙組分PU 木器漆的黃變速率和幅度由大到小，最后趨于穩定。 涂料耐黃變性取決于其所選材料本身的耐黃變性，固化劑材料的黃變規律符合脂肪族固化劑比芳香族固化劑耐黃變性好，三聚體比加成物好的理論順序。 在人工加速老化過程中，色漆由于含有高的顏填料而表現出的耐黃變性更具有優勢；對于清漆而言，使用氙燈人工加速老化進行耐黃變性評級更客觀些，因為氙燈老化更符合自然老化的規律。

1.中國化工行業標準HG/T 2454-2006《溶劑型聚氨酯涂料（雙組分）》

2.標準GB/T 1865-1997 色漆與清漆 人工氣候老化和人工輻射暴露（濾過的氙弧輻射）

3.ISO11341-2004 Paints and varnishes — Artificial weathering and exposure to artificial radiation — Exposure to filtered xenon-arc radiation.

4.ISO11507-2001 Paints and varnishes — exposure of coatings to artificial radiation — Exposure to UV and water.