中國(guó)新型涂料網(wǎng)訊：
0 引言
戶外耐候性是涂料，特別是外用涂料最重要的性能指標(biāo)之一，是指涂層戶外曝曬時(shí)能夠抵擋外界環(huán)境各種變化的性能，如涂層的失光、變色、粉化、附著力、強(qiáng)度的損失，以及腐蝕。戶外所用的機(jī)械產(chǎn)品，如汽車、飛機(jī)、火車、橋梁以及近期開(kāi)發(fā)的風(fēng)電能源設(shè)備等都對(duì)所用涂料的保護(hù)性，特別是戶外耐候性提出了越來(lái)越高的要求。如何評(píng)價(jià)涂料（涂層）的耐候性一直是涂料行業(yè)長(zhǎng)期研究的課題，引起涂層破壞的過(guò)程主要是在陽(yáng)光、水、空氣的環(huán)境中光引發(fā)的氧化降解和水的降解作用。高濕度的環(huán)境會(huì)促進(jìn)光的氧化降解，也會(huì)促進(jìn)水的降解作用；在高溫下，光的氧化降解和水的降解作用這兩個(gè)過(guò)程都會(huì)得到增強(qiáng)；在酸性環(huán)境下，酸雨會(huì)促進(jìn)水的降解作用。在大氣中，還有氮和碳化物以及臭氧都會(huì)引起涂層中聚合物的降解，大氣溫度及濕度的變化會(huì)使涂層或者底材產(chǎn)生膨脹和收縮，從而引起涂層開(kāi)裂。這些過(guò)程變化的速度快慢取決于涂料組成、底材的處理和所處地區(qū)，以及季節(jié)變化等。
1 涂料耐候性的評(píng)價(jià)測(cè)試方法
涂料耐候性的評(píng)價(jià)測(cè)試方法分為戶外曝曬試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室人工氣候加速老化試驗(yàn)兩種方法。
1.1 戶外天然曝曬試驗(yàn)
戶外曝曬試驗(yàn)是一種相對(duì)比較可靠的方法，但所需時(shí)間較長(zhǎng)（一般經(jīng)2~3 a 曝曬）。為了縮短曝曬時(shí)間，一般選擇地處高溫高濕、高日照量的亞熱帶氣候環(huán)境，例如美國(guó)的南佛羅里達(dá)州，我國(guó)的海南就是理想的涂料曝曬場(chǎng)地。一般戶外曝曬試驗(yàn)所需時(shí)間較長(zhǎng)，不適用于預(yù)測(cè)實(shí)際使用性能或作為研究項(xiàng)目的選擇。
1.2 人工氣候加速老化試驗(yàn)方法
我國(guó)的人工氣候加速老化試驗(yàn)方法由機(jī)械電子工業(yè)部提出，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1993 年6 月10 日起批準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14522—1993，主要針對(duì)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料。人工氣候加速老化試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)涂料品種的評(píng)價(jià)、選擇以及生產(chǎn)提供了一定的依據(jù)。但是由于該試驗(yàn)方法采用人造光源，不論是采用標(biāo)準(zhǔn)的紫外線- 冷凝試驗(yàn)，還是人工氣候試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果與戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果仍有一定差距，基至有些情況會(huì)得到相反的結(jié)果。過(guò)分依賴人工氣候加速老化試驗(yàn)結(jié)果有時(shí)會(huì)誤導(dǎo)好的涂料品種的選擇，甚至造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。有的涂料產(chǎn)品人工氣候加速老化試驗(yàn)結(jié)果比較理想，但實(shí)際使用時(shí)，短期內(nèi)涂層就開(kāi)始被破壞。
2 人工氣候加速老化試驗(yàn)存在的問(wèn)題
有許多儀器用作涂層的人工氣候加速老化試驗(yàn)，是將樣板置于不同波長(zhǎng)分布的紫外線光源下進(jìn)行試驗(yàn)，且經(jīng)受水噴霧（或高濕度）的循環(huán)試驗(yàn)。雖然目前它是被廣泛應(yīng)用的一種測(cè)試方法，但其結(jié)果往往與戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果有較大出入，甚至?xí)邢喾吹慕Y(jié)果。典型的例子：如為了進(jìn)一步提高涂料的耐久性，加入位阻胺光穩(wěn)定劑（HALS），通過(guò)人工氣候加速老化試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行評(píng)判，因結(jié)果不理想，幾乎要放棄該涂料的應(yīng)用，但其戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果好而受到了研究者的重視，因而使其繼續(xù)完善和發(fā)展。另一個(gè)典型例子是聚酯聚氨酯涂料采用人工氣候加速試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)論是沒(méi)有一種常用儀器是適用的，是由于所有人造光源都會(huì)造成聚酯聚氨酯涂料中的鄰或間苯二甲酸酯基團(tuán)的損失，而這種現(xiàn)象在戶外曝曬試驗(yàn)（如美國(guó)佛羅里達(dá)州向南45°）未曾發(fā)現(xiàn)。一般認(rèn)為在人工氣候加速老化試驗(yàn)中帶有鄰苯二甲酸酯基團(tuán)的聚酯聚氨酯涂料的耐候性比丙烯酸聚氨酯涂料差。人工氣候加速老化試驗(yàn)造成鄰或間苯二甲酸酯基團(tuán)的損失是由于來(lái)自于人造光源的短波光線（<290nm）強(qiáng)烈的、非自然的輻射過(guò)量所致。筆者曾花數(shù)年時(shí)間對(duì)國(guó)內(nèi)外用于汽車及要求較高的工業(yè)產(chǎn)品用聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料進(jìn)行了人工氣候加速老化試驗(yàn)及戶外曝曬試驗(yàn)（西安地區(qū)）比較，其結(jié)果也充分證實(shí)了上述觀點(diǎn)。某些聚酯聚氨酯涂料只能通過(guò)約300 h 人工氣候加速試驗(yàn)，如涂料中加入紫外線吸收劑則更差；丙烯酸聚氨酯涂料一般可通過(guò)600~1 000 h 或更長(zhǎng)時(shí)間人工氣候加速老化試驗(yàn)，而同樣的涂料品種在戶外曝曬達(dá)1~3 a 后發(fā)現(xiàn)，多數(shù)涂料產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果與人工氣候加速試驗(yàn)基本上是相反的（見(jiàn)表1）。
幾種聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果
注：（1）涂料樣品：B-015 為進(jìn)口羥基丙烯酸樹(shù)脂，NV（不揮發(fā)物含量）為70%，羥值約為150 ；B-2960 為國(guó)產(chǎn)羥基丙烯酸樹(shù)脂，NV 為60%，羥值為100 ；C-015 為國(guó)產(chǎn)羥基聚酯樹(shù)脂，NV 為70%，羥值為150 ；C-028 為國(guó)產(chǎn)羥基聚酯樹(shù)脂，NV 為60%，羥值約為100。（2）曝曬地點(diǎn)：西安市西郊工業(yè)園區(qū)廠房頂朝南45°。（3）制板：鐵紅聚氨酯底漆，白色聚酯聚氨酯涂料或丙烯酸聚氨酯涂料罩面。 
0 引言
戶外耐候性是涂料，特別是外用涂料最重要的性能指標(biāo)之一，是指涂層戶外曝曬時(shí)能夠抵擋外界環(huán)境各種變化的性能，如涂層的失光、變色、粉化、附著力、強(qiáng)度的損失，以及腐蝕。戶外所用的機(jī)械產(chǎn)品，如汽車、飛機(jī)、火車、橋梁以及近期開(kāi)發(fā)的風(fēng)電能源設(shè)備等都對(duì)所用涂料的保護(hù)性，特別是戶外耐候性提出了越來(lái)越高的要求。如何評(píng)價(jià)涂料（涂層）的耐候性一直是涂料行業(yè)長(zhǎng)期研究的課題，引起涂層破壞的過(guò)程主要是在陽(yáng)光、水、空氣的環(huán)境中光引發(fā)的氧化降解和水的降解作用。高濕度的環(huán)境會(huì)促進(jìn)光的氧化降解，也會(huì)促進(jìn)水的降解作用；在高溫下，光的氧化降解和水的降解作用這兩個(gè)過(guò)程都會(huì)得到增強(qiáng)；在酸性環(huán)境下，酸雨會(huì)促進(jìn)水的降解作用。在大氣中，還有氮和碳化物以及臭氧都會(huì)引起涂層中聚合物的降解，大氣溫度及濕度的變化會(huì)使涂層或者底材產(chǎn)生膨脹和收縮，從而引起涂層開(kāi)裂。這些過(guò)程變化的速度快慢取決于涂料組成、底材的處理和所處地區(qū)，以及季節(jié)變化等。
1 涂料耐候性的評(píng)價(jià)測(cè)試方法
涂料耐候性的評(píng)價(jià)測(cè)試方法分為戶外曝曬試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室人工氣候加速老化試驗(yàn)兩種方法。
1.1 戶外天然曝曬試驗(yàn)
戶外曝曬試驗(yàn)是一種相對(duì)比較可靠的方法，但所需時(shí)間較長(zhǎng)（一般經(jīng)2~3 a 曝曬）。為了縮短曝曬時(shí)間，一般選擇地處高溫高濕、高日照量的亞熱帶氣候環(huán)境，例如美國(guó)的南佛羅里達(dá)州，我國(guó)的海南就是理想的涂料曝曬場(chǎng)地。一般戶外曝曬試驗(yàn)所需時(shí)間較長(zhǎng)，不適用于預(yù)測(cè)實(shí)際使用性能或作為研究項(xiàng)目的選擇。
1.2 人工氣候加速老化試驗(yàn)方法
我國(guó)的人工氣候加速老化試驗(yàn)方法由機(jī)械電子工業(yè)部提出，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局于1993 年6 月10 日起批準(zhǔn)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14522—1993，主要針對(duì)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料。人工氣候加速老化試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)涂料品種的評(píng)價(jià)、選擇以及生產(chǎn)提供了一定的依據(jù)。但是由于該試驗(yàn)方法采用人造光源，不論是采用標(biāo)準(zhǔn)的紫外線- 冷凝試驗(yàn)，還是人工氣候試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果與戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果仍有一定差距，基至有些情況會(huì)得到相反的結(jié)果。過(guò)分依賴人工氣候加速老化試驗(yàn)結(jié)果有時(shí)會(huì)誤導(dǎo)好的涂料品種的選擇，甚至造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。有的涂料產(chǎn)品人工氣候加速老化試驗(yàn)結(jié)果比較理想，但實(shí)際使用時(shí)，短期內(nèi)涂層就開(kāi)始被破壞。
2 人工氣候加速老化試驗(yàn)存在的問(wèn)題
有許多儀器用作涂層的人工氣候加速老化試驗(yàn)，是將樣板置于不同波長(zhǎng)分布的紫外線光源下進(jìn)行試驗(yàn)，且經(jīng)受水噴霧（或高濕度）的循環(huán)試驗(yàn)。雖然目前它是被廣泛應(yīng)用的一種測(cè)試方法，但其結(jié)果往往與戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果有較大出入，甚至?xí)邢喾吹慕Y(jié)果。典型的例子：如為了進(jìn)一步提高涂料的耐久性，加入位阻胺光穩(wěn)定劑（HALS），通過(guò)人工氣候加速老化試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行評(píng)判，因結(jié)果不理想，幾乎要放棄該涂料的應(yīng)用，但其戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果好而受到了研究者的重視，因而使其繼續(xù)完善和發(fā)展。另一個(gè)典型例子是聚酯聚氨酯涂料采用人工氣候加速試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)論是沒(méi)有一種常用儀器是適用的，是由于所有人造光源都會(huì)造成聚酯聚氨酯涂料中的鄰或間苯二甲酸酯基團(tuán)的損失，而這種現(xiàn)象在戶外曝曬試驗(yàn)（如美國(guó)佛羅里達(dá)州向南45°）未曾發(fā)現(xiàn)。一般認(rèn)為在人工氣候加速老化試驗(yàn)中帶有鄰苯二甲酸酯基團(tuán)的聚酯聚氨酯涂料的耐候性比丙烯酸聚氨酯涂料差。人工氣候加速老化試驗(yàn)造成鄰或間苯二甲酸酯基團(tuán)的損失是由于來(lái)自于人造光源的短波光線（<290nm）強(qiáng)烈的、非自然的輻射過(guò)量所致。筆者曾花數(shù)年時(shí)間對(duì)國(guó)內(nèi)外用于汽車及要求較高的工業(yè)產(chǎn)品用聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料進(jìn)行了人工氣候加速老化試驗(yàn)及戶外曝曬試驗(yàn)（西安地區(qū)）比較，其結(jié)果也充分證實(shí)了上述觀點(diǎn)。某些聚酯聚氨酯涂料只能通過(guò)約300 h 人工氣候加速試驗(yàn)，如涂料中加入紫外線吸收劑則更差；丙烯酸聚氨酯涂料一般可通過(guò)600~1 000 h 或更長(zhǎng)時(shí)間人工氣候加速老化試驗(yàn)，而同樣的涂料品種在戶外曝曬達(dá)1~3 a 后發(fā)現(xiàn)，多數(shù)涂料產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果與人工氣候加速試驗(yàn)基本上是相反的（見(jiàn)表1）。
幾種聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料戶外曝曬試驗(yàn)結(jié)果
注：（1）涂料樣品：B-015 為進(jìn)口羥基丙烯酸樹(shù)脂，NV（不揮發(fā)物含量）為70%，羥值約為150 ；B-2960 為國(guó)產(chǎn)羥基丙烯酸樹(shù)脂，NV 為60%，羥值為100 ；C-015 為國(guó)產(chǎn)羥基聚酯樹(shù)脂，NV 為70%，羥值為150 ；C-028 為國(guó)產(chǎn)羥基聚酯樹(shù)脂，NV 為60%，羥值約為100。（2）曝曬地點(diǎn)：西安市西郊工業(yè)園區(qū)廠房頂朝南45°。（3）制板：鐵紅聚氨酯底漆，白色聚酯聚氨酯涂料或丙烯酸聚氨酯涂料罩面。
3 值得討論的問(wèn)題
如上所述，人工氣候加速老化試驗(yàn)結(jié)果，不能簡(jiǎn)單直接地推斷出涂料的實(shí)際使用壽命。雖然人工加速老化儀在不斷地完善，使它的試驗(yàn)結(jié)果盡量接近于日光中的紫外線輻射，但開(kāi)發(fā)出一種十分完善的人工加速老化儀是比較困難的，或者說(shuō)目前是不太可能的。這是因?yàn)閼敉猸h(huán)境對(duì)曝曬樣板的作用變化無(wú)窮，而任何一種人工加速老化試驗(yàn)，在試驗(yàn)期間，穩(wěn)定劑因揮發(fā)的損失是微不足道的，但對(duì)長(zhǎng)期實(shí)際使用的涂料來(lái)說(shuō)，卻是至關(guān)重要的。所以過(guò)分依賴人工加速老化試驗(yàn)結(jié)果，會(huì)誤導(dǎo)對(duì)涂料真實(shí)性能的判斷，有時(shí)會(huì)得出相反的結(jié)果。
聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料在應(yīng)用上一直是有爭(zhēng)議的涂料。我國(guó)應(yīng)用較多的是丙烯酸聚氨酯涂料，聚酯聚氨酯涂料雖然具有良好的光澤、豐滿度、鮮映性和耐候性，但由于人工加速老化儀的誤判，它在國(guó)內(nèi)仍然得不到應(yīng)有的重視。近期國(guó)內(nèi)外正開(kāi)發(fā)聚酯改性羥基丙烯酸樹(shù)脂或是在一種涂料中同時(shí)使用聚酯及丙烯酸樹(shù)脂，以便在性能上互補(bǔ)。
