耐候性测试与聚氨酯涂料

data-full-width-responsive="true"> 轿车漆的外观耐候性是一项重要指标，涂料工业及汽车工业对其测试方法均极重视。现今轿车面漆有二种体系：(1)单色漆，如白、黑、兰磁漆等，称为Aolid color，它们仅有一层，又称为monocoat，单层体系；(2)金属(珠光)色漆，含有底色漆(base coat)和罩光清漆共二层，称为base coat／clear coat体系。单色漆经日晒雨淋的光氧化和水解，其表面薄的树脂层老化消蚀，漆膜微观渐不平整，光泽降低(即习称保光性下降)。迨再进一步老化消蚀，达到局部颜料裸露，颜料颗粒漫反射，引起漆膜颜色变动，如原始悦目的黑色，老化后逐渐降低黑度。我们历来用天然老化或人工加速老化来表征漆膜的保光性和保色性，以评定其优劣。但对于底色漆／清漆体系，若采用同样的保光性测定方法，则不能适用。因为其表面上的一层清漆膜很厚，常达15 um以上，虽经老化，始终保持着很高光泽，不能反映失光老化的进程，甚至老化到最后并不是失光和粉化，而是清漆膜的开裂，或从底色漆膜上剥落。所以我国的一些涂料测试中心若仍沿用常规的保光性方法来测定底色漆／清漆体系，其结果并不能表征该体系的耐候性。此种底色漆／清漆体系能长期保持光亮，车主不需经常打蜡、抛光维护，很受欢迎，采用日多。现今汽车工业大量采用的清漆有二种：(1)丙烯酸／三聚氰胺的原厂漆(OEM)；(2)间苯二甲酸聚酯／多异氰酸酯体系，既可作为原厂烤漆，也可作修补漆，其价格稍高，抗酸雨性稍好。以上二种清漆都是经过长期的天然曝晒和实车应用，都有良好实效而大量采用。为了经常监测其质量和改进提高，美国的涂料工业和汽车工业都测试着其耐候性。此二种涂料在Florida Miami(湿热)和Arizona三河区(干晴)天然曝晒，均结果良好。在实验室的加速试验中，丙烯酸／=-聚氰胺清漆仍良好，但间苯二甲酸聚酯／多异氰酸酯清漆则迅速老化开裂。当然，涂料的性能应以天然曝晒实用性为最后评定的准则。但聚氨酯清漆为何在加速试验中迅速老化的原因必须研究，以供日后的改进探索不必依赖长期的天然曝晒，而可在试验室中较快完成。以美国福特汽车公司退休的资深化学家J．L．Geflock等7人研究组进行了大量试验，研究天然曝晒与加速老化对聚氨酯清漆的结果差异。他们采用透射傅里叶红外光谱FrIR测量了丙烯酸／三聚氰胺体系和间苯二甲酸聚酯聚氨酯体系清漆的吸光度absorbance 见图1。从图中可见：日光在290nm以下无辐照度Irradiance，至300nm处辐照度也较弱。但氙弧灯经硼硅玻璃／硼硅玻璃滤罩后的光源，在300nm处有明显的辐照度，而氙弧灯经石英／硼硅玻璃滤罩则比日光更明显高得多。图中又可见丙烯酸／三聚氰胺清漆在280340nm范围内吸光度都很低，所以不论在目光光谱或氙弧灯光谱均吸收辐照很少，耐候性好。但聚氨酯清漆成分中所含间苯二甲酸的芳香环在280～290～300nm范围内有强烈吸光度。它在天然日光的光谱能率分布曲线(SPD)中受到辐照度很少(即天然曝晒时良好)，但在氙弧灯辐照下，在290～300nm吸收了短波辐照(能量高)而迅速老化。Gerlock等制备了许多上述的聚氨酯清漆样板，置于不同光源作比较。作为参比基准，将样板作天然曝晒：1．美国Florida州的Miami，湿热地带的日光，样板向南，与地平线成5角。2．美国Arizona州三河区(干晴的日光)样板向南与地平线成34角。3．作为加速的天然曝晒，在Arizona三河区，采取EMMAQUA-NTW方法，有l0块大铝镜反射日光到样板以加强辐射度( 删Ggo)，并在晚上7P．M．至明晨5A．M．间，每小时喷水4次，每次3min，即所谓NTM(Night Time wettiIlg夜间喷湿)。此外，Gerlock等采用了17种实验室的光源，与天然日光曝晒作对比。光源包括Weather-Ometer的氙弧灯经硼硅滤罩／硼硅滤罩，或石英／硼硅滤罩，或钠钙玻璃滤罩，也有法国的SEPAP12／24的汞弧灯／硼硅玻璃滤罩，也有QUV的UVA-340萤光灯的光源，也有Gerlock等自行制备的氙弧灯／臭氧滤罩光源。经过大量测试，得知虽然氙弧灯较从前的炭弧灯更接近日光光谱，但这次聚氨酯清漆测试中，发现结果与天然曝晒不符合，因为在关键性的短波长部分(能量很大)，它们的光谱能率分布与日光不符，促使间苯二甲酸聚酯聚氨酯清漆容易开裂，见图2。以前采用的UVB-313灯管较接近日光，但它在340nm峰以后的SPD大幅度降低，也不符合日光，见图3。总体测试结果，能与天然曝晒结果相符者只有二种：(1)EMMAQUA-NTW，其光源来自日光的反射；(2)氙弧灯／臭氧滤罩，其短波长的部分与日光很接近。C,edock等的臭氧滤罩的贡献，使氙弧灯光源更接近于日光，对多种树脂体系的测试，更接近天然日光。他们的思路是基于地球大气层外空的臭氧层，屏蔽了阳光的短波，保护了地球上的生命，实际达到地面上的日光仅是290nrn以上的光谱，见图4。此次研究也提示了涂料成分中的芳香族环，虽在日光曝H西下性能正常，但在加速老化机人造光源的短波段，却很敏感易老化。所以德国拜耳公司生产的涂料用聚酯树脂中有Desmophen650，651二种型号，它们在天然曝晒中均耐候性优良。但在短波的人造光源下(如UVB-313)，650树脂成分中含芳香族环，效果不良。改用不含芳香环的651树脂则能通过测试。