兩地區涂層板自然老化和評價方法的比較

林旭彬，高澤海，劉澤璞，葉 崗，孫福才,張勝男（威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

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兩地區涂層板自然老化和評價方法的比較

林旭彬，高澤海，劉澤璞，葉 崗，孫福才,張勝男
（威凱檢測技術有限公司，廣州 510663）

摘要：將不同顏色（紅色、海藍、白灰）的三種涂層板分別置于熱帶鄉村氣候區和熱帶海洋氣候區進行大氣暴露5年，每年對樣品進行外觀評估、顏色和光澤測量；收集相關氣象數據，比較兩地區涂層老化的差異；建立涂層板老化曲線模型，比較不同評估方式，得出光澤和色差模型可以反映材料的老化過程。

關鍵詞：涂層板；老化；評價；方法

前言

涂層板表面是一層薄膜“外衣”，保護著基體板。在戶外經受各種各樣的氣象因素及污染物等的侵蝕，“外衣”就會被不斷地腐蝕破壞。高溫、高濕、高輻射量，以及酸雨、海鹽粒子對涂層板的腐蝕作用很強烈。選擇熱帶地區暴露，嚴酷的氣候條件，能更快速的得到試驗結果，利于我們進一步研究。涂層板暴曬后，依據標準GB/T 1766，評估表觀性能。筆者選擇幾種有代表性的性能項目，建立老化曲線模型，比較不同曲線的差異及變化趨勢。

1 涂層老化的影響因素

涂層大都使用于戶外，如建筑、橋梁、汽車涂料等，都會受到日光、風、雨（含酸雨）、霜、雪、露、溫度、濕度、氧及各種化工氣體等因素的綜合作用而使涂層發生破壞。

太陽光，是涂層老化過程中最重要的影響因素。如果吸收的輻射能超過了聚合分子結構的能量，聚合物的分子鍵就會改變，最終導致降解。

溫度升高，光反應速度也會加速。此外，溫度還決定二次反應的速度，即每升溫10 ℃，反應速度就會加倍。

濕度對涂層的老化影響有兩方面：一方面是表面受潮，體積膨脹，在隨后干燥過程收縮，產生應力裂紋；另一方面是材料受潮后結冰膨脹，產生的應力使涂層撕開、斷裂或是剝落。

大氣中的氣體和污染物，特別是酸雨，會引發完全不同的新反應。在高度工業化地區，酸雨已成為許多材料老化的首要因素。塵埃粒子本身也會對老化過程產生非交互式影響。另外，霉菌等微生物也可能對材料降解產生重要作用，特別是熱帶和亞熱帶氣候。所以氣候或大氣中二級因素的降解作用也不可低估。

2 試驗過程

2.1 試驗樣品

試驗樣品來源于汽車油漆廠，三種不同顏色，相同原料的聚氨酯漆涂層板（紅色、海藍、白灰）。正面朝南45 °角直接暴露5年，每年檢查一次，共5周期。

2.2 試驗地點（見表1）

2.3 試驗標準及評價標準

試驗執行標準GB/T 9276-1996《涂層自然氣候暴露試驗方法》。

試驗評價標準GB/T 1766-2008《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》。

表1　試驗站的氣候特征及五年環境氣象平均數據

3 涂層板暴曬后老化數據比較分析

3.1 樣品暴曬后出現的老化現象和老化特征

涂層板暴曬老化后，出現的主要缺陷是：變色、失光、粉化、沾污、銹蝕、起泡等。

由表2可以得出，同種顏色涂層板，在相同的試驗階段，暴曬于熱帶海洋氣候區比暴曬于熱帶鄉村氣候區的老化程度較嚴重。

由表1，我們可以知道，海洋氣候區和鄉村氣候區的溫濕度相差不大，而熱帶海洋氣候區的輻射量稍微大一點，對涂層的老化降解能力也比較強烈。熱帶海洋氣候區的雨水中氯離子的含量是熱帶鄉村氣候區的2倍；另外，它的大氣海鹽粒子是熱帶鄉村氣候區的7倍。

污染物中的氯離子能透過材料表面的氧化層或保護膜與金屬離子發生氧化還原反應，導致材料外觀及其性能遭到破壞。同時，氯離子本身含有一部分水合能，易被材料表面的微孔及縫隙吸附，從而使氯離子取代保護膜中的氧離子，把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物，使氧化層失去保護作用，金屬表面變成化學活潑表面，對材料或制品造成一定程度的破壞。

表2　涂層板5年暴露后的主要現象和老化過程特征

相同的樣品，相同的暴露角度，不同的試驗環境，試驗結果卻是不盡相同，這與各地區的氣候和環境因素息息相關。

3.2 根據 GB/T 1766對試驗樣品進行粉化程度評級

由表3和圖1可以看出，同一地區，涂層板的耐粉化性能排序為：紅色＞海藍＞白色。

粉化嚴格地說是由于太陽光紫外線導致的表面現象，然而，空氣中反應物，如濕氣、氧化物和大氣污染等，都會是粉化作用的一部分，它們導致油漆中樹脂等黏結劑的降解，只在表面留下顏料，就像粉塵一樣。不同顏色涂層板，對太陽能的不同波段有選擇性地吸收，這就造成了涂層板吸收的輻射量不相同。這三種顏色對比，吸收輻射量最多的是紅色涂層板，其次是海藍，最少是白色。可能由于淺色涂層板中的黏結劑或填料不穩定，容易發生分解，造成粉化現象。

表3　三種涂層板試驗過程中的粉化評級數據

3.3 依據標準 GB/T 11186.2和 GB/T 11186.3對樣品進行顏色測量后計算色差△E*

由表4可知，同一地區，涂層板的保色性能排序為：白色＞海藍＞紅色。由于相同環境條件下，紅色涂層板吸收的輻射量最多，表面溫度也最高，顏色容易改變，其次是海藍色涂層板，最后是白色涂層板。即深色樣品比淺色樣品顏色更容易改變，當然前提是樣品的材料和所處的試驗環境一樣。

同種顏色涂層板，整體上看，地區2的樣品老化速度比地區1的樣品快，見圖2。

表4　三種涂層板試驗過程中的色差數據

圖1　粉化評級數據曲線圖

圖2　色差數據曲線圖

3.4 依據標準GB/T 9754對樣品進行光澤測量后計算光澤保持率（%）

由表5和圖3可以看出，紅色涂層板和海藍色涂層板第一年變化不大，第二年之后光澤保持率劇烈下降，第三年之后基本完全失光；白色涂層板第一年變化比較大，之后一直維持在完全失光的狀態了。

同種顏色涂層板，熱帶海洋氣候區的樣品前兩年保光性能減少得比較多，而第三年之后，兩地區的樣品都處于完全失光狀態。

表5　三種涂層板試驗過程中的光澤保持率數據

圖3　光澤數據曲線圖

4 結果與討論

1）由以上幾種評估方式，第一種方法最完善，因為評價樣品時詳細地描述其外觀變化、缺陷種類和缺陷程度。這讓我們更精確地了解樣品老化的具體情況。

2）為粉化數據、光澤數據、色差數據建立老化曲線，比較不同曲線的走勢特點。發現粉化曲線很理想，反映老化的快慢；光澤曲線的走勢也能很清晰的反映老化過程；色差曲線有起伏變化，趨勢明顯，但假如試驗時間不長，則難以判斷。

粉化評級曲線與預期很相符，但它由主觀評價得出，所以給出的級數可能帶有主觀色彩；光澤和顏色數據由儀器測量獲得，通過公式計算出色差和光澤保持率，數據有一定的權威性。對于很高光澤或很低光澤的漆膜樣品光澤曲線模型可能比較難準確反映材料的老化過程；色差數據受影響的因素比較多，有明度值L*，紅綠值a*，黃藍值b*，綜合這幾個參數，更精確反映樣品表面的變化，色差曲線模型上下波動明顯。

5 總結

使用目測評價樣品外觀，雖然可以反映樣品的老化情況和過程，但過程繁瑣，可能帶有個人的主觀判斷。利用光澤或色差曲線模型來評判樣品的老化過程時，盡量多次測量樣品表面不同位置的數據取平均值，使獲得的數據更具有普遍性。

參考文獻:

[1] GB/T 9276,涂層自然氣候暴露試驗方法[S].

[2] GB/T 1766,色漆和清漆 涂層老化的評級方法[S].

[3] GB/T 11186.2,涂膜顏色的測量方法 第二部分 顏色測量[S].

[4] GB/T 11186.3,涂膜顏色的測量方法 第三部分 色差計算[S].

[5] GB/T 9754,色漆和清漆 不含金屬顏料的色漆漆膜的20 °、60 °和85 °鏡面光澤的測定[S].

[6]Matthew P.McGreer. Weathering Testing Manual [M]. American: ATLAS, 2002.

中圖分類號：X828

文獻標識碼：A

文章編號：1004-7204（2016）02-0013-04

作者簡介:

林旭彬(1990-)，男，漢族，廣東揭陽。本科，助理工程師。主要從事材料環境適應性研究。

Comparison on Coating Natural Ageing and Evaluation Method in Two Regions

LIN Xu-bin, GAO Ze-hai, LIU Ze-pu, YE Gang, SUN Fu-cai, ZHANG Sheng-nan
(Vkan Certification & Testing Co., Ltd., Guangzhou 510663)

Abstract：In this test, we put three kinds of coating plates (colors: red, navy, and white) in the tropical country climate zone and tropical marine climate zone respectively to expose for five years. In the same time, firstly, we evaluated the samples’ appearance, color and gloss measurement every year. Secondly, we collected the related meteorological data, and compared the differences of coating age between the two regions. Finally, we established the coating aging curve model, and compared different evaluation methods, then we found out that gloss and color difference model can reflect the material aging process.

Key words：coating; aging; evaluation; method