□ 徐維環(huán)，李少香

(青島科技大學(xué)，山東青島 266042)

　　摘要:以丙烯酸樹(shù)脂為成膜物制備了幾種戶外用丙烯酸塑料涂料并測(cè)試了涂料的黃變情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，在塑料表面噴涂塑料涂料能明顯改善塑料底材的黃變情況，成膜物及鈦白粉的種類影響涂料的黃變，紫外線吸收劑可明顯改善塑料涂料的黃變情況，當(dāng)紫外線吸收劑的添加量為0.3%時(shí)，黃變最弱。

　　關(guān)鍵詞:塑料涂料;黃變;戶外

　　中圖分類號(hào)：TQ630.7+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-2556(2014)04-0045-04

0 前 言

　　塑料由于質(zhì)輕、易加工、耐腐蝕、資源豐富等特 點(diǎn)，已廣泛替代了傳統(tǒng)的材料，普遍出現(xiàn)在日常生活 中。但塑料制品成型加工時(shí)易產(chǎn)生老化變脆、劃痕、 沾污、靜電等問(wèn)題，塑料涂料因起到保護(hù)基材，掩蓋 基材缺陷及劃傷，提高表面光澤、硬度、耐劃傷性，提 高耐候耐老化性、阻燃性、耐化學(xué)藥品及耐溶劑性等 作用而得到廣泛的使用[1]。

　　固化涂層，特別是處于戶外的涂層經(jīng)常遭受陽(yáng) 光(主要是長(zhǎng)波紫外光和短波可見(jiàn)光)、熱、潮濕、氧 氣、油污、芳烴污染物及其他污染物的作用，可能發(fā) 生涂層內(nèi)部聚合物鏈降解、重排或過(guò)度交聯(lián)等老化 行為，表現(xiàn)為涂層光澤度下降、褪色、發(fā)黃、粉化、變 脆等。最終使涂層剝落，失去保護(hù)作用。老化早期的黃變行為還將影響涂層的視覺(jué)美觀效果，這在白色 涂料中非常關(guān)鍵[2]。本試驗(yàn)主要對(duì)丙烯酸塑料涂料的 黃變進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料及主要儀器設(shè)備

　　原材料：丙烯酸樹(shù)脂F(xiàn)S2820、FS3060、FS3270、 FS4365，海名斯；鈦白粉2310，進(jìn)口；鈦白粉996，國(guó) 產(chǎn)；紫外線吸收劑，進(jìn)口；稀釋劑及其他助劑，國(guó)產(chǎn)。

　　主要儀器設(shè)備：紫外燈、NH310高品質(zhì)便攜式電 腦色差儀、涂料快速分散機(jī)、QXD刮板細(xì)度計(jì)、101- 3A鼓風(fēng)干燥箱、噴槍。

1.2 涂料的配置

　　丙烯酸塑料涂料的試驗(yàn)配方(見(jiàn)表1)

1.3 涂料耐黃變檢測(cè)

　　先在PC底材上噴涂丙烯酸塑料涂料，干燥后將 涂料樣板置于紫外燈下封閉照射1 d、2 d、3 d、4 d，取 出后使用色差儀進(jìn)行測(cè)量，ΔE表示變色程度。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 成膜物對(duì)涂料黃變的影響 采用丙烯酸樹(shù)脂F(xiàn)S2820、FS3060、FS3270、FS4365 按照表1配方1配制PC白面漆，用六亞甲基二異氰酸 酯(HDI)三聚體為固化劑，其耐黃變性試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2，試驗(yàn)樹(shù)脂對(duì)黃變性的影響見(jiàn)圖1。

　　由圖1可以看出，在塑料表面噴涂丙烯酸塑料涂 料大大降低了黃變的程度，使用FS2820樹(shù)脂成膜物 時(shí)，色差最小。不同成膜樹(shù)脂的FT-IR譜圖如圖2。

　　通過(guò)對(duì)比樹(shù)脂的紅外圖譜發(fā)現(xiàn)FS3270、FS3060、 FS4365在3 000～3 100 cm-1附近都有較弱的3個(gè)吸收 峰，這是芳環(huán)上C—H的吸收峰，并且在1 585 cm-1附 近有吸收峰，這是芳環(huán)的C=C骨架伸縮振動(dòng)的吸收 峰，充分說(shuō)明FS3270、FS3060、FS4365樹(shù)脂中含有苯 環(huán)，苯環(huán)經(jīng)紫外線照射被氧化成醌而使涂層黃變[3]。 而FS2820在這兩處都無(wú)吸收峰說(shuō)明樹(shù)脂中不含苯 環(huán)，故選用FS2820為成膜物時(shí)，耐黃變最佳、色差最 小。

2.2 顏料對(duì)涂料黃變的影響

　　塑料工業(yè)已取代造紙工業(yè)成為鈦白粉的第二大 應(yīng)用領(lǐng)域，是未來(lái)鈦白粉應(yīng)用增長(zhǎng)最快、最有活力的 行業(yè)之一。全球500余個(gè)鈦白粉牌號(hào)中，有50余個(gè)牌 號(hào)屬于塑料專用鈦白粉。塑料工業(yè)中，除了利用鈦白 粉的高遮蓋力、高消色力、強(qiáng)著色力及與其他顏料并 用性能好外，它還能提高塑料制品的耐熱、耐光、耐 候性能使塑料制品免受紫外光(UV)侵襲。在白色顏料中，金紅石型鈦白粉其晶體結(jié)構(gòu)致密，光學(xué)活性 小，二氧化鈦的折射率較銳鈦型的高，因而其熱穩(wěn)定 性和化學(xué)穩(wěn)定性也優(yōu)于銳鈦型。在塑料中，如PC型材 抵御紫外線破壞最有效的手段就是加入耐候性好的 金紅石型鈦白粉[4]。

　　試驗(yàn)選用德國(guó)康諾斯KRONOS2310鈦白粉和普 通鈦白粉996為顏料按照表1配方2配制PU白面漆，用 六亞甲基二異氰酸酯(HDI)三聚體為固化劑，試驗(yàn)顏 料對(duì)黃變性的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

　　由圖3可以看出，加入顏料后，涂料的色差明顯 減小，而2310比996要更耐黃變，這是由于與普通鈦 白粉996相比德國(guó)康諾斯KRONOS2310鈦白粉經(jīng)過(guò) 鋁、硅、鋯化合物包覆處理，鈦白粉用鋁、硅和鋯等氧 化物進(jìn)行包覆后，封閉了二氧化鈦顆粒的光催化作 用，提高耐候性和在有機(jī)溶劑中的分散性，更能發(fā)揮 其光學(xué)性能[5-6]。其中Al2O3主要提高鈦白粉的化學(xué)穩(wěn) 定性，還能改善二氧化鈦顆粒的過(guò)濾性能[7]，SiO2主 要提高鈦白粉的耐候性，包覆層中硅的含量越高耐 候性就越好，加入Zr進(jìn)行混合包覆，提高了光澤。

2.3 紫外線吸收劑對(duì)涂料黃變的影響

　　涂層的老化可能源自有機(jī)涂層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的熱反 應(yīng)，也可能由于過(guò)度紫外光照射所致，但大多數(shù)涂料 在研究設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮到耐熱性和熱穩(wěn)定性，且 相對(duì)于聚合物熱反應(yīng)，在保證吸光性能的前提下，光 反應(yīng)的能量利用效率遠(yuǎn)高于熱反應(yīng)，發(fā)生光降解的 可能性較大。因此多數(shù)涂層的老化主要來(lái)自光老化， 涂層交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上吸光性基團(tuán)、組分或光敏性雜質(zhì)吸 收陽(yáng)光紫外線后發(fā)生上述老化反應(yīng)，涂層保護(hù)、色澤 等有效性降低，而且，在一定程度上，聚合物熱降解 老化反應(yīng)往往伴隨著光氧化反應(yīng)。因此，涂層的光穩(wěn) 定化是一項(xiàng)不可或缺的基材保護(hù)工程，針對(duì)傳統(tǒng)溶劑型涂料和熱固化涂料的光穩(wěn)定化研究已有相當(dāng) 多的研究報(bào)道，并已經(jīng)出現(xiàn)了許多成熟的光穩(wěn)定化 措施，主要方法是在涂料配方中添加光穩(wěn)定助劑，抑 制光老化過(guò)程，延長(zhǎng)涂層的使用壽命。紫外線吸收劑 是一種光穩(wěn)定劑，能吸收陽(yáng)光及熒光光源中的紫外 線部分，而本身又不發(fā)生變化。由于太陽(yáng)光線中含有 大量對(duì)有色物體有害的紫外光，其波長(zhǎng)約290～460 nm，這些有害的紫外光通過(guò)化學(xué)上的氧化還原作用 (Redox reaction)，使顏色分子最后分解褪色，使用紫 外線吸收劑對(duì)受保護(hù)的物體實(shí)施有效的防止，或削 弱其對(duì)顏色的破壞[8]。

　　采用2-(2'-羥基-5'-甲基苯基)苯并三唑?yàn)樽贤饩€ 吸收劑，結(jié)構(gòu)式為：

　　采用不同含量的紫外線吸收劑按照表1配方3配 制PU白面漆，其耐黃變性試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，紫外線吸 收劑對(duì)黃變性的影響見(jiàn)圖4。

　　從圖4可見(jiàn)，加入紫外線吸收劑，涂料的色差明 顯降低，當(dāng)加入紫外線吸收劑的量為0.3%時(shí)，其耐黃 變性最佳、色差最小。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)在塑料表面噴涂塑料涂料能明顯改善塑料的 黃變情況。

(2)成膜物、鈦白粉對(duì)塑料涂料的黃變性能有一 定的影響，含苯環(huán)的丙烯酸樹(shù)脂制成的涂料耐黃變 性較差、黃變嚴(yán)重，用2310鈦白粉制成的涂料耐黃變 性較好、黃變較弱。

(3)紫外線吸收劑可明顯改善塑料涂料的黃變情 況，當(dāng)紫外線吸收劑的添加量為0.3%時(shí)，耐黃變性最 好、黃變色差最小。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期 2014-01-02