粉末涂料在戶外的應(yīng)用越來(lái)越普遍。從而使作為耐護(hù)與裝飾的粉末涂料涂層，其耐候性和耐久性也受到越來(lái)越多的關(guān)注，特別是如天花板、幕墻板、飲水機(jī)、空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、鋁型材等室內(nèi)外用品的涂膜，在自然環(huán)境中會(huì)發(fā)生一系列變化，具體表現(xiàn)為光澤下降、顏色變暗淡，涂膜表面出現(xiàn)銹點(diǎn)或裂紋，開(kāi)始輕微粉化……

　　粉末涂料的涂層隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其性能逐漸降低的現(xiàn)象稱(chēng)為老化；在自然環(huán)境中，粉末涂料受周?chē)匀灰蛩厝缛諘?、雨淋、氧化、冷熱變化以及微生物等的作用，而產(chǎn)生的老化現(xiàn)象稱(chēng)為自然老化。粉末涂料抑制或延緩自然老化的能力稱(chēng)為耐自然老化性，也叫耐候性。

　　影響粉末涂料耐候性的因素很多，其中包括樹(shù)脂、固化劑、顏填料，以及其它助劑的結(jié)構(gòu)和性能，涂裝處理工藝等內(nèi)部因素；以及日光(主要是紫外線)的作用、大氣的組成(氧、臭氧、工業(yè)煙霧等)、濕度(包括酸雨、鹽霧等)、溫度變化等自然因素(外部因素)。紫外線輻射是粉末涂料自然老化的主要原因，大氣中的氧是增強(qiáng)自然老化的重要因素。在紫外線和氧的作用下，引發(fā)粉末涂料產(chǎn)生自動(dòng)氧化反應(yīng)，即氧化連鎖反應(yīng)，使粉末涂料降解。水和熱加速了此反應(yīng)，起著光氧化的增強(qiáng)作用。

被污染的大氣中含有稠環(huán)芳烴化合物(即分子中含有多個(gè)苯環(huán)的化合物)，及粉末原材料中的微量雜質(zhì)，是粉末涂料光氧降解的敏感劑。這些反應(yīng)的組合和對(duì)粉末涂料老化的影響程度，隨著環(huán)境的不同而異，同時(shí)也隨著粉末涂料化學(xué)組成及物理結(jié)構(gòu)的差異而不同，導(dǎo)致粉末涂料耐候性差別很大。

　　1、光穩(wěn)定劑的種類(lèi)和作用

　　1.1光穩(wěn)定劑的定義

　　光穩(wěn)定劑是提高分子材料穩(wěn)定性的一種物質(zhì)，它能夠阻止高分子材料發(fā)生光氧老化，大大提高它們的使用壽命。

　　光穩(wěn)定劑能夠抑制或減弱光降解作用，提高聚合物和復(fù)合材料耐光性能的物質(zhì)，由于大多數(shù)光穩(wěn)定劑都吸收紫外光，所以，習(xí)慣上也常把這類(lèi)物質(zhì)稱(chēng)為紫外線吸收劑。光穩(wěn)定劑對(duì)于耐止復(fù)合材料的光老化、延長(zhǎng)它們的使用壽命效果非常顯著，而且用量也很小，一般僅為聚合物質(zhì)量的0.01%～0.5%。

　　1.2光穩(wěn)定劑的種類(lèi)和作用

　　光穩(wěn)定劑大致可以分為4類(lèi)，即紫外線吸收劑、猝滅劑、自由基鋪獲劑和光屏蔽劑。

　　1.2.1紫外線吸收劑

　　在紫外線危及粉末涂料涂層之前，它們能強(qiáng)烈地、有選擇性地優(yōu)先吸收對(duì)粉末涂料涂層危害極大的高能量紫外線，并將其轉(zhuǎn)換成無(wú)害的低能輻射，耐止紫外光對(duì)粉末涂料的降解作用。

　　它能先于樹(shù)脂成份吸收紫外線的輻射能量，通過(guò)它自身原子中電子結(jié)構(gòu)的重排，將輻射能轉(zhuǎn)換成熱能而耗散于大氣，一旦釋放出熱能原子又回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)；

　　1.2.2猝滅劑(能量轉(zhuǎn)移劑)

　　它具有使所放出的熱能不致?lián)p傷粉末涂層的功能。它不直接吸收入射的紫外線，只是待粉末涂層內(nèi)蓄貯到一定能量時(shí)，才吸取會(huì)致使粉末涂層降解的過(guò)多能量，把這部分能量以熱的形式轉(zhuǎn)移到周?chē)拇髿庵小?/p>

　　1.2.3自由基捕獲劑

　　這類(lèi)光穩(wěn)定劑能捕獲高分子中所生成的活性自由基，從而抑制光氧化過(guò)程，達(dá)到光穩(wěn)定目的。當(dāng)粉末涂料涂層吸收紫外線能量，并分解產(chǎn)生導(dǎo)致自動(dòng)氧化反應(yīng)的活性自由基后，自由基捕獲劑能捕獲這些自由基，并通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使之轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的高分子化合物，從而使光氧化反應(yīng)終止。

　　1.2.4光屏蔽劑

　　能減少紫外線對(duì)材料的透射作用，是經(jīng)濟(jì)實(shí)用的添加材料。

　　2、提高粉末耐候性的途徑及光耐護(hù)機(jī)理

　　由于粉末涂料的固化溫度在200℃左右，在自然環(huán)境中，一般溫度不會(huì)使粉末涂料產(chǎn)生熱老化。太陽(yáng)光對(duì)粉末涂料及其它高分子材料都能引起不同程度的破壞，導(dǎo)致涂膜降解，使得制品的外觀及性能變壞。對(duì)粉末涂料危害大的是290nm～400nm的紫外線，日光對(duì)粉末涂料的降解作用是光和氧這兩種物質(zhì)的綜合效應(yīng)，通常稱(chēng)之為光氧化降解作用，或光氧老化。粉末涂料經(jīng)日曬吸收光后，涂層是否穩(wěn)定、是否斷裂、氧化，取決于粉末涂料所選擇材料吸收波長(zhǎng)的能量。若吸收的光能大于鍵離能，就會(huì)發(fā)生粉末涂料涂層分子間的鏈斷而使性能變劣，即出現(xiàn)粉化、脆裂、變色等現(xiàn)象。

　　粉末涂料的自然老化是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。要抑制此過(guò)程的進(jìn)行，延長(zhǎng)使用壽命，提高其耐候性能，可從以下三個(gè)方面解決。

　　2.1選擇耐候性好的樹(shù)脂和固化劑

　　主要是選擇更高一級(jí)的樹(shù)脂，如：戶外聚酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、氟樹(shù)脂及相應(yīng)的固化劑等。

　　2.1.1純聚酯體系

　　純聚酯體系目前應(yīng)用于戶外耐候的粉末涂料主要有兩種，一種是聚酯/tgic體系，一種是聚酯/primid體系。

　　聚酯/tgic粉末的突出優(yōu)點(diǎn)在于它的耐候性。目前在戶外涂裝領(lǐng)域，它已成為人們優(yōu)先發(fā)展的品。具有耐候性好、耐熱性好、耐黃變等眾多優(yōu)點(diǎn)。聚酯/tgic粉末涂料的致命的缺點(diǎn)是固化劑tgic高毒性、環(huán)境破壞性和遺傳毒性，其次是外觀不如聚氨酯粉末涂料。

　　聚酯/primid體系是由于tgic存在對(duì)人體或皮膚的刺激，而開(kāi)發(fā)的替代品。該體系具有安全，反應(yīng)活性穩(wěn)定、易帶電，儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，用量少等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是易泛黃，易產(chǎn)生針孔。

　　2.1.2丙烯酸體系

　　丙烯酸粉末涂料的主要優(yōu)點(diǎn)：由于丙烯酸樹(shù)脂色淺，可配制透明和鮮艷的淺色，且涂膜光亮、豐滿、硬度高，不易劃傷，耐污染性好，優(yōu)異的保光保色性，有非常漂亮的外觀。它的主要缺點(diǎn)是其價(jià)格偏高，涂膜的沖擊性能較差，與其它粉末涂料體系相溶性差。但其耐候性級(jí)別與聚酯/tgic體系幾乎一樣。

　　2.1.3聚氨酯體系

　　聚氨酯是一種含氨基甲酸酯鍵的聚合物，聚氨酯粉末涂料是由羥基聚酯、封閉型多氰酯、顏填料及助劑等組成的熱固性粉末涂料。聚氨酯粉末涂料具有優(yōu)良品質(zhì)的涂膜、甚佳的性能，已經(jīng)在建材外用部件和空調(diào)器等家電領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，在我國(guó)，聚氨酯粉末涂料的性能正在被人們所認(rèn)識(shí)，所占的比例會(huì)逐步增加。

　　其戶外爆曬性和物理機(jī)械性能均可與純聚酯/tgic粉末涂料相媲美。目前，國(guó)內(nèi)粉末涂料廠家很少選用此類(lèi)型的粉末涂料，除固化劑價(jià)格昂貴外，此類(lèi)型的粉末涂料還存在如下的缺點(diǎn)：

　　在固化成膜過(guò)程中，要釋放封閉劑，造成烘烤環(huán)境的空氣污染，氣味難聞；涂膜不宜過(guò)厚，否則易使涂膜產(chǎn)生針孔、氣泡等毛病；烘烤固化溫度高。

2.1.4氟樹(shù)脂體系

　　氟樹(shù)脂粉末涂料作為建筑外裝飾用涂料，用于高層和高層建筑物，具有甚佳的耐光和耐化學(xué)品的性能，不但具有耐污染性，還具有自清潔能力，可數(shù)年保持光潔如新的涂膜。熱固性氟樹(shù)脂粉末涂料制得的涂料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，涂膜的物理力學(xué)性能好，可通過(guò)體系內(nèi)各組分的合理匹配很好的平衡涂膜的柔韌性、硬度、附著力等性能，涂膜的耐酸雨、臭氧、紫外線、化學(xué)藥品性能特優(yōu)，是粉末涂料中耐候性佳的品種。

　　其缺點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程中顏料分散差，涂層表面光澤低，須高溫烘烤，故使應(yīng)用受到了限制。

　　綜上所述，選擇高等樹(shù)脂和固化劑的方法生產(chǎn)耐候性粉末涂料，均存在著一定的局限性。對(duì)粉末涂料來(lái)說(shuō)，添加光穩(wěn)定劑和耐氧劑及更合理的選擇材料，進(jìn)行配方設(shè)計(jì)是佳方案。

　　2.2添加光穩(wěn)定劑和耐氧劑

　　不少光穩(wěn)定劑具有光穩(wěn)定性和耐氧化雙重功效。不同類(lèi)型的光穩(wěn)定劑具有不同的作用機(jī)理，并因粉末涂料的配方組成而異，光降解行為和特征也不盡相同。因此選用時(shí)要慎重，并要通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)粉末涂料自然過(guò)程和機(jī)理分析，可采取以下光穩(wěn)定措施。

　　2.2.1添加紫外線吸收劑

　　注意同一種紫外線吸收劑在不同濃度、膜厚時(shí)其吸收紫外線的能力也是不同的，涂膜越厚紫外線吸收劑的耐護(hù)效果越好。常用的紫外線吸收劑有二苯甲酮類(lèi)化合物，苯并三唑類(lèi)化合物。

　　2.2.2添加猝滅劑

　　主要是一些二價(jià)的有機(jī)鎳化合物。由于有機(jī)鎳光穩(wěn)定劑具有良好的性能，20世紀(jì)80年代新品種開(kāi)放比較活潑，近年來(lái)，有機(jī)鎳絡(luò)合物因重金屬離子的毒性問(wèn)題，被其他或低毒猝滅劑取代。

　　2.2.3添加自由基捕獲劑

　　這類(lèi)光穩(wěn)定劑主要是受阻胺(hals)。

　　2.2.4添加光屏蔽劑

　　這是一類(lèi)折射率大、吸收能力強(qiáng)的顏填料。它們?cè)诜勰┩苛现心芊瓷浠蛭兆贤饩€，使光不能透入粉末涂料涂層內(nèi)部，從而減少了紫外線的危害，起到了光屏蔽作用。

　　2.2.5耐氧劑的作用機(jī)理及應(yīng)用特性

　　其實(shí)耐氧劑就是一種抑制或延緩聚合物氧化降解的物質(zhì)。耐氧劑的品種很多，功效也不盡相同，如果按照其機(jī)理來(lái)分類(lèi)的話可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)叫鏈終止型耐氧劑，此類(lèi)耐氧劑與高分子中產(chǎn)生的自由基反應(yīng)中斷鏈的增長(zhǎng)也稱(chēng)為主耐氧劑。主耐氧劑有受阻酚類(lèi)典型牌號(hào)1010/1076，仲芳胺類(lèi)；另一類(lèi)叫預(yù)耐型耐氧劑，該類(lèi)耐氧劑能抑制或減緩引發(fā)過(guò)程中自由基的生成，又稱(chēng)輔助型耐氧劑。預(yù)耐型耐氧劑有亞磷酸酯類(lèi)，代表168、二硫代氨基甲酸金屬鹽類(lèi)等。

　　2.2.6耐氧劑的選擇

　　⑴變色性。耐氧劑的色變問(wèn)題是我們考慮的一個(gè)重要因素。一般而言酚類(lèi)耐氧劑沒(méi)有污染性，可用于無(wú)色或淺色體系，而芳胺類(lèi)的則有較強(qiáng)的變色性和污染性。

　　⑵相容性。理想的耐氧劑是在粉末涂料聚合物里相容性好，這取決于耐氧劑的結(jié)構(gòu)、種類(lèi)、溫度等因素。

　　⑶組成的結(jié)構(gòu)。不同的粉末涂料組成結(jié)構(gòu)會(huì)有不同的耐氧化能力，在選擇耐氧劑時(shí)須考慮到這種差異性。

　　⑷熱的影響。熱的影響極其重要，溫度每上升10℃氧化速度大約提高一倍。而在100℃時(shí)氧化速度將是室溫(20℃)的256倍。因此，高溫下的氧化是一個(gè)非常重要的影響因素。須選擇耐高溫性能良好的耐氧劑。如二氫喹啉吖啶類(lèi)在高溫下有特別的使用價(jià)值。

　　⑸金屬離子的影響。變價(jià)金屬離子如銅、鐵、錳等微量元素的存在會(huì)加速聚合物的氧化，因此可以采用金屬離子鈍化劑予以抵制。

　　2.2.7耐氧劑使用量

　　耐氧劑的用量取決于粉末涂料的種類(lèi)。交聯(lián)體系、耐氧劑的效率、協(xié)同效應(yīng)及成本等因素。大多數(shù)耐氧劑都有一個(gè)適宜的濃度值，在適宜濃度之內(nèi)用量增大耐氧能力增加，過(guò)適宜濃度時(shí)有不利的影響，此外還應(yīng)考慮耐氧劑的揮發(fā)、抽出、氧化損失等因素。

　　3、精心進(jìn)行粉末涂料配方設(shè)計(jì)

　　(1)在選擇原材料時(shí)應(yīng)避免選用易產(chǎn)生自由基的化合物，明顯增強(qiáng)氧化反應(yīng)的金屬化合物以及光敏物質(zhì)，盡可能選擇具有光屏蔽作用的原材料。如下是具有光屏蔽作用的原材料：

　?、偬亢谖饽芰?qiáng)，對(duì)所有粉末涂料都能提供好的耐候性。其中，以易加工的槽法炭黑效果好，涂料用色素炭黑多用此法生產(chǎn)。此種炭黑呈酸性，含氧量3-5%，粒徑30-35nm。濃度在2%以內(nèi)效果顯著。過(guò)5%粉末涂料的物理機(jī)械性能會(huì)下降。與酸類(lèi)耐氧劑并用時(shí)有協(xié)同作用，但與胺類(lèi)耐氧劑并用時(shí)則呈對(duì)耐效應(yīng)。

　?、阝伆?粉能反射波長(zhǎng)340～360nm的紫外線。金紅石型鈦白 粉折射率2.72，其屏蔽效能大于銳鈦型鈦白 粉(折射率2.55)。并能吸收小于410nm的紫外線。

　?、垩趸\折射率2.03，是一種有效而價(jià)廉的光屏蔽劑。特別是對(duì)240～380nm范圍的紫外線有較好的耐護(hù)能力，粒徑為0.11μm時(shí)效果好。用量5～10%。若與耐氧劑(如二乙基二硫代氨基甲酸鋅1%)并用，用量可減少至2%。

　　④碳酸鈣、硫酸鋇折射率1.5-1.7，在波長(zhǎng)300～400nm范圍內(nèi)，也有很高的反射性。

　　此外，酞菁藍(lán)、酞菁綠等有機(jī)顏料也有效果。氧化鐵紅細(xì)粒也很有效，但在高溫下卻促使聚氯乙烯和有些聚合物降解。

　　(1)選用光屏蔽劑時(shí)應(yīng)注意顆粒的大小、濃度、分散情況以及與其它添加劑的相互作用。粒徑越小，效果越好。

　　(2)在選用光穩(wěn)定劑時(shí)，應(yīng)利求用量少而效能高。與樹(shù)脂相容性好，不與樹(shù)脂及其它助劑發(fā)生不良反應(yīng)，且毒性小。

　　(3)光穩(wěn)定劑的復(fù)配往往會(huì)獲得顯著的協(xié)同效應(yīng)。應(yīng)給予重視，但應(yīng)避免對(duì)耐效應(yīng)。

　　(4)耐候性戶內(nèi)、外粉末涂料配方設(shè)計(jì)

　　粉末涂料在受到日光照射后會(huì)發(fā)生老化、黃變等現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響了我們對(duì)產(chǎn)品的外觀及性能的需求，為了耐止或降低這種趨勢(shì)的發(fā)生，我們通常采用添加光穩(wěn)定劑或耐氧劑的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)耐老化性。

　　對(duì)戶內(nèi)、外粉末破壞性較大的，主要是太陽(yáng)光中的紫外線，其次是空氣的氧化和雨水中的酸等有害物質(zhì)。困此，在選擇材料的基礎(chǔ)上，粉末涂料配方中添加適量的光穩(wěn)定劑，具有提高粉末涂料涂層耐候性的良好作用。特別是白色等淺色粉末，可耐止變色發(fā)黃，在配方中適宜的添加劑的應(yīng)用確實(shí)能降低這種趨勢(shì)的發(fā)生。

　　4、粉末涂料耐候性的檢測(cè)

　　現(xiàn)在國(guó)外上普遍推廣兩種耐候性測(cè)試及評(píng)定方法：自然曝曬和人工加速老化(QUV)試驗(yàn)，并強(qiáng)調(diào)兩種試驗(yàn)方法要結(jié)合起來(lái)，綜合考慮，以得出更加可靠的結(jié)論。

　　4.1自然曝曬

　　我們按前面配方制好的標(biāo)準(zhǔn)樣板，插入曝曬架上，朝南方向，并使樣板傾斜45°角，曝曬30天。

　　4.2QUV試驗(yàn)

　　QUV人工加速老化試驗(yàn)箱，快速、真實(shí)地再現(xiàn)陽(yáng)光、雨、露對(duì)材料的損害：只需要幾天或幾周時(shí)間，QUV可以再現(xiàn)戶外需要數(shù)月或數(shù)年才能產(chǎn)生的破壞：包括褪色、變色、亮度下降、粉化、龜裂、變模糊、脆化、強(qiáng)度下降及氧化。

　　采用UVA340光源，運(yùn)行150小時(shí)，其中：

　　a、uv：0.68w/m2，60℃，4h；b、冷凝：50℃，4h；c、噴淋：3min。

　　4.3烘烤試驗(yàn)

　　為了比較幾種添加劑的耐熱性能，我們還做了耐熱試驗(yàn)，采用烘箱烘烤方式，烘烤條件為230℃/30min。

　以上測(cè)試結(jié)果只做為應(yīng)用光穩(wěn)定劑比較參考依據(jù)，不做其它材料的評(píng)價(jià)。

　　(1)戶內(nèi)粉末耐候性都很差，但是光穩(wěn)定劑的加入起到很大作用；

　　(2)4#和7#樣板配方中，均沒(méi)有加任何光穩(wěn)定劑，曝曬和QUV試驗(yàn)均明顯不如添加了光穩(wěn)定劑的樣板；

　　(3)采用紫外線吸收劑和耐氧劑復(fù)配的2#和6#樣板配方，樣板光澤和色差都起到了事半功倍的效果；

　　(4)烘烤試驗(yàn)結(jié)果顯然說(shuō)明：光穩(wěn)定劑沒(méi)有抵耐耐熱性的能力，解決耐熱性，應(yīng)添加耐黃變之類(lèi)的助劑。

　　5、結(jié)語(yǔ)

　　解決粉末涂料涂膜耐候性的根本出路在于樹(shù)脂的選擇，但是好的樹(shù)脂也需要光穩(wěn)定劑相配合。

　　首先，要根據(jù)樹(shù)脂的特性選用光穩(wěn)定劑，并注意光穩(wěn)定劑的耐溫性；二、要控制光穩(wěn)定劑的用量，并不是多多益善；第三、使用復(fù)合的要比單一的更有效；第四、在選用光穩(wěn)定劑時(shí)要考慮與其它助劑的協(xié)同作用。

　　粉末涂料的耐候性研究，到目前為止也只是初步階段，我國(guó)雖然已經(jīng)是涂料大國(guó)，但是，如耐候性好的丙烯酸粉末涂料、聚氨酯粉末涂料以及氟樹(shù)脂粉末涂料，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方我國(guó)，所以，耐候性粉末涂料更深入地研究與實(shí)踐，會(huì)隨著社會(huì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步、新材料的開(kāi)發(fā)而不斷地提高。而添加光穩(wěn)定劑是目前提高粉末涂料耐候性有效的簡(jiǎn)易方法。