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隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，粉末涂料在戶外的應(yīng)用越來越普遍。從而使作為防護(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。

影響粉末涂料耐候性的因素很多，其中包括樹脂、固化劑、顏填料，以及其他助劑的結(jié)構(gòu)和性能等內(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)涂料在線coatingol.com。

紫外線輻射是粉末涂料自然老化的主要原因，大氣中的氧是促進(jìn)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)，起著光氧化的促進(jìn)作用。

粉末涂料涂膜在形成過程中會(huì)存在弱鏈鍵和雙烯結(jié)構(gòu)的大分子鏈，在紫外線的輻射后，易發(fā)生光誘發(fā)的氧化降解反應(yīng)(老化)，導(dǎo)致涂膜的褪色、粉化。

為了抑制或延緩?fù)磕さ墓庋趸俣龋藗兺ǔ２捎眉尤肟寡鮿⒆贤饩€吸收劑或光穩(wěn)定劑或3種的混合物。

抗氧劑的應(yīng)用研究

由聚合物的熱氧降解機(jī)理可知，聚合物熱氧降解主要是由于氫過氧化物受熱產(chǎn)生自由基而引發(fā)的發(fā)生鏈鎖式自由基反應(yīng)引起的。

因此，聚合物熱氧降解可通過自由基捕獲作用和氫過氧化物分解作用得到抑制，如圖1中所示。其中，抗氧劑就是針對以上抑制氧化作用而被廣泛地使用。

抗氧劑(或熱穩(wěn)定劑)是被用來抑制或延緩高聚物受大氣中氧或臭氧作用而降解的添加劑，是高分子材料中應(yīng)用最廣泛的助劑。

粉末涂料在受到高溫烘烤或日光照射后會(huì)發(fā)生熱氧降解，老化、黃變等現(xiàn)象嚴(yán)重地影響了產(chǎn)品的外觀及性能，為了防止或降低這種趨勢的發(fā)生，通常采用添加抗氧化劑或熱穩(wěn)定劑的方式來實(shí)現(xiàn)。

抗氧劑可按其功能(即對自動(dòng)氧化化學(xué)過程的干預(yù)行為)的不同分為三大類：

第一類叫鏈終止抗氧劑，主要是捕獲或清除聚合物自動(dòng)氧化產(chǎn)生的自由基；

第二類叫氫過氧化物分解劑型抗氧劑，主要是促使聚合物中的氫過氧化物發(fā)生非自由基型分解；

第三類叫金屬離子鈍化劑型抗氧劑，其能與有害金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，從而鈍化金屬離子對聚合物自動(dòng)氧化過程的催化作用。

3類抗氧劑中第一類被稱為主抗氧劑，主要有阻酚類、仲芳胺類；第二、三類被稱為輔助型抗氧化劑，有亞磷酸酯類、二硫代氨基甲酸金屬鹽類等。為了獲得滿足應(yīng)用要求的穩(wěn)定涂層，通常要選用多種抗氧劑的復(fù)配。

以下試驗(yàn)采用不同的抗氧劑復(fù)配加入到粉末涂料配方中，經(jīng)噴涂和固化后，制得樣板，在同一膜厚用色差儀測得b值，采用國際上通用的粉末CIE Lab顏色體系(DIN 6174、ISO 10526和ASTM 2244)對涂膜的色彩進(jìn)行評價(jià)。

按涂膜的色彩從次遞增到優(yōu)的順序排序后的測試結(jié)果，可以看出：

1、基礎(chǔ)配方1出現(xiàn)嚴(yán)重失光，雖然顏料耐熱性較好，但是在成膜后出現(xiàn)變色，分析認(rèn)為是顏料在高溫下被氧化，在氧作用下顏料內(nèi)的一些基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。

2、配方2和配方3的顏色變化比配方1好，但是改善不明顯，且配方3比配方2效果更好。

     經(jīng)分析，抗氧劑阻止了進(jìn)一步氧化而使變色減輕，抗氧劑3效果較抗氧劑2好。另一個(gè)原因可能由于兩者均為受阻胺，阻止顏料氧化后生產(chǎn)染色基團(tuán)，但是效果不佳，只能阻止部分氧化后進(jìn)一步反應(yīng)，因此效果達(dá)不到最佳。

3、配方4較配方3好，但是并非最佳。因?yàn)閬喠姿狨ヮ惪寡鮿┚哂辛己玫纳珴杀Ｗo(hù)能力，它具有還原性，能使高溫下被氧化的顏料迅速還原，所以具有較好的抗氧化效果。

4、配方5取得的效果比配方4好。此配方中采用主抗氧劑與輔助抗氧劑共同使用，這樣既阻止了顏料的進(jìn)一步氧化，又將已被氧化的基團(tuán)迅速還原，而且輔助抗氧劑能使主抗氧劑生產(chǎn)的染色基團(tuán)變淺，具有良好的協(xié)同作用。

5、使用了復(fù)合抗氧劑的配方6保色效果明顯優(yōu)于配方5。抗氧劑4是高效亞磷酸酯和酚類抗氧劑的混合物，且兩者配比適當(dāng)，具有很好的抗氧化作用。

6、配方7比配方6好，顏色效果基本與原顏料相同。抗氧劑的推薦用量為0.5%～1.0%，所以配方6用量顯少。表明復(fù)合抗氧劑用量增加后，色澤效果保持更好。

7、配方8試驗(yàn)表明，在粉末涂料制粉時(shí)擠出和成膜固化過程中，抗氧劑的使用可有效抑制樹脂在這一過程中的氧化降解，提高抗沖擊性。

加抗氧劑時(shí)的配方可增加顏基比，達(dá)到不加抗氧劑時(shí)較小顏基比同樣性能。這是因?yàn)榭寡鮿┑募尤霚p少了樹脂分解成低分子量產(chǎn)物的趨勢，使大分子樹脂更好包覆更多的填料，而性能不變。

8、配方10與配方9白色涂膜樣板中可看出，加抗氧劑可有效抑制粉末涂料加工中及后固化過程中黃變性，提高白色粉末涂料的顏色性能。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，雖然影響涂膜出現(xiàn)氧化的因素很多，如樹脂、顏料、添加劑的質(zhì)量和類型、涂料的配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、溫度、大氣、濕度等自然因素，但適宜的抗氧劑的應(yīng)用確實(shí)降低了這種趨勢的發(fā)生。

光穩(wěn)定劑的應(yīng)用研究

聚合物在光和氧的作用下發(fā)生的降解稱為“光氧降解”。光穩(wěn)定劑也稱紫外線穩(wěn)定劑，是一類用來抑制聚合物樹脂的光氧降解，提高粉末涂膜耐候性的穩(wěn)定化助劑。

根據(jù)穩(wěn)定機(jī)理的不同，光穩(wěn)定劑可以分為光屏蔽劑、紫外線吸收劑、激發(fā)態(tài)猝滅劑和自由基捕獲劑。

由于粉末涂料的配方、固化過程、固化形式的多樣化和復(fù)雜性，使得粉末涂料的光養(yǎng)護(hù)和光防護(hù)非常重要。

其次光穩(wěn)定劑對于涂料的光老化和延長涂膜的使用壽命效果十分顯著，而且用量很小，一般僅為配方總量的0.5%～1.0%。

因此在粉末涂料中應(yīng)用光穩(wěn)定劑提高其耐候性是一種十分簡捷、低成本且非常有效的方法。

依據(jù)表2中的配方在涂料中加入光穩(wěn)定劑，通過噴涂固化得到涂膜樣板，采用國際上普遍推廣的快速耐候性測試評定方法——人工加速老化(QUV)試驗(yàn)和烘烤試驗(yàn)。

光穩(wěn)定劑的應(yīng)用性能進(jìn)行如下評價(jià)：

     1、戶內(nèi)粉末耐候性很差，但是加入光穩(wěn)定劑會(huì)起到明顯的作用。

     2、A和D配方中均沒有加光穩(wěn)定劑，測試表明均明顯比加入光穩(wěn)定劑的樣板差。

     3、C和F配方樣板表明光穩(wěn)定劑的用量增加，對涂膜的保光和保色性具有明顯的提高。

     4、烘烤試驗(yàn)結(jié)果表明光穩(wěn)定劑沒有耐溫能力，解決涂膜的耐溫性應(yīng)添加抗黃變的助劑。

抗氧劑和光穩(wěn)定劑的協(xié)同應(yīng)用研究

通過以上試驗(yàn)可以了解到涂膜的老化實(shí)際上是紫外光和氧氣共同作用的結(jié)果，此過程包括光降解和光氧化兩個(gè)不同的過程。

然而光穩(wěn)定劑和抗氧劑對涂膜的穩(wěn)定機(jī)理不同，將兩種不同作用機(jī)理的穩(wěn)定劑結(jié)合，希望能獲得比單一穩(wěn)定劑更好的穩(wěn)定效果即協(xié)同效果。

目前市場上已有此類穩(wěn)定劑，這也是穩(wěn)定劑的一種發(fā)展趨勢。但是協(xié)同作用的同時(shí)，兩種不同穩(wěn)定劑間的加和效應(yīng)和對抗效應(yīng)也將出現(xiàn)。

因此在對抗氧劑和光穩(wěn)定劑并用時(shí)，很好地了解兩者之間不同反應(yīng)很關(guān)鍵，只有掌握了兩者并用效果潛在的化學(xué)反應(yīng)，才能設(shè)計(jì)出有效的抗氧劑和光穩(wěn)定劑并用體系。

通過對涂膜的加速老化和烘烤測試，對在粉末涂料配方中加入抗氧劑和光穩(wěn)定劑并用取得的作用進(jìn)行評價(jià)，這里用的光穩(wěn)定劑為人們比較關(guān)注的HALS光穩(wěn)定劑。測試配方及結(jié)果見表4、表5。

通過測試結(jié)果，對光穩(wěn)定劑進(jìn)行評價(jià)：

1、加入光穩(wěn)定劑對粉末的耐候性會(huì)起到明顯的作用，但涂膜的耐黃變性沒有變化。

2、光穩(wěn)定劑和抗氧劑并用對涂膜耐候性和變色性有顯著作用，且兩者用量1:1時(shí)最佳。

3、光穩(wěn)定劑和抗氧劑并用在HAA體系中效果更佳。

光穩(wěn)定劑和抗氧劑并用并非文章中介紹如此的簡單。不同的光穩(wěn)定劑與抗氧劑并用產(chǎn)生的效果需要根據(jù)理論去進(jìn)一步試驗(yàn)確認(rèn)。

結(jié)語

抗氧劑和光穩(wěn)定劑添加到粉末涂料中，能有效抑制和降低粉末涂料在生產(chǎn)和應(yīng)用中聚合物大分子的熱氧化、光氧化反應(yīng)的速度，顯著提高涂膜的耐熱、耐光性能，延緩?fù)磕さ慕到狻⒗匣^程，延長涂膜的使用壽命。

將光穩(wěn)定劑和抗氧劑并用應(yīng)用到高性能粉末涂料中，如果使用得當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，顯著提高粉末涂膜尤其是Super-Duable粉末涂膜的耐候性；

如果使用不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)加和效應(yīng)，甚至對抗效應(yīng)，使得涂膜的穩(wěn)定性能下降。穩(wěn)定劑并用的趨勢將向著多功能化的方向發(fā)展