□ 徐維環(huán)，李少香

(青島科技大學，山東青島 266042)

　　摘要:以丙烯酸樹脂為成膜物制備了幾種戶外用丙烯酸塑料涂料并測試了涂料的黃變情況。試驗結(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，當紫外線吸收劑的添加量為0.3%時，黃變最弱。

　　關鍵詞:塑料涂料;黃變;戶外

　　中圖分類號：TQ630.7+2 文獻標識碼：A 文章編號：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，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易產(chǎn)生老化變脆、劃痕、 沾污、靜電等問題，塑料涂料因起到保護基材，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 光(主要是長波紫外光和短波可見光)、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，失去保護作用。老化早期的黃變行為還將影響涂層的視覺美觀效果，這在白色 涂料中非常關鍵[2]。本試驗主要對丙烯酸塑料涂料的 黃變進行了研究。

1 試驗部分

1.1 原材料及主要儀器設備

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

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

1.2 涂料的配置

　　丙烯酸塑料涂料的試驗配方(見表1)

1.3 涂料耐黃變檢測

　　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 出后使用色差儀進行測量，ΔE表示變色程度。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 成膜物對涂料黃變的影響 采用丙烯酸樹脂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，其耐黃變性試驗數(shù)據(jù)見表 2，試驗樹脂對黃變性的影響見圖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樹脂成膜物 時，色差最小。不同成膜樹脂的FT-IR譜圖如圖2。

　　通過對比樹脂的紅外圖譜發(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骨架伸縮振動的吸收 峰，充分說明FS3270、FS3060、FS4365樹脂中含有苯 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在這兩處都無吸收峰說明樹脂中不含苯 環(huán)，故選用FS2820為成膜物時，耐黃變最佳、色差最 小。

2.2 顏料對涂料黃變的影響

　　塑料工業(yè)已取代造紙工業(yè)成為鈦白粉的第二大 應用領域，是未來鈦白粉應用增長最快、最有活力的 行業(yè)之一。全球500余個鈦白粉牌號中，有50余個牌 號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]。

　　試驗選用德國康諾斯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，試驗顏 料對黃變性的影響，結(jié)果見圖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相比德國康諾斯KRONOS2310鈦白粉經(jīng)過 鋁、硅、鋯化合物包覆處理，鈦白粉用鋁、硅和鋯等氧 化物進行包覆后，封閉了二氧化鈦顆粒的光催化作 用，提高耐候性和在有機溶劑中的分散性，更能發(fā)揮 其光學性能[5-6]。其中Al2O3主要提高鈦白粉的化學穩(wěn) 定性，還能改善二氧化鈦顆粒的過濾性能[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進行混合包覆，提高了光澤。

2.3 紫外線吸收劑對涂料黃變的影響

　　涂層的老化可能源自有機涂層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的熱反 應，也可能由于過度紫外光照射所致，但大多數(shù)涂料 在研究設計時已充分考慮到耐熱性和熱穩(wěn)定性，且 相對于聚合物熱反應，在保證吸光性能的前提下，光 反應的能量利用效率遠高于熱反應，發(fā)生光降解的 可能性較大。因此多數(shù)涂層的老化主要來自光老化， 涂層交聯(lián)網(wǎng)絡上吸光性基團、組分或光敏性雜質(zhì)吸 收陽光紫外線后發(fā)生上述老化反應，涂層保護、色澤 等有效性降低，而且，在一定程度上，聚合物熱降解 老化反應往往伴隨著光氧化反應。因此，涂層的光穩(wěn) 定化是一項不可或缺的基材保護工程，針對傳統(tǒng)溶劑型涂料和熱固化涂料的光穩(wěn)定化研究已有相當 多的研究報道，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 制光老化過程，延長涂層的使用壽命。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。由于太陽光線中含有 大量對有色物體有害的紫外光，其波長約290～460 nm，這些有害的紫外光通過化學上的氧化還原作用 (Redox reaction)，使顏色分子最后分解褪色，使用紫 外線吸收劑對受保護的物體實施有效的防止，或削 弱其對顏色的破壞[8]。

　　采用2-(2'-羥基-5'-甲基苯基)苯并三唑為紫外線 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，其耐黃變性試驗數(shù)據(jù)見表3，紫外線吸 收劑對黃變性的影響見圖4。

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

3 結(jié) 語

(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、鈦白粉對塑料涂料的黃變性能有一 定的影響，含苯環(huán)的丙烯酸樹脂制成的涂料耐黃變 性較差、黃變嚴重，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，當紫外線吸收劑的添加量為0.3%時，耐黃變性最 好、黃變色差最小。

參考文獻

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[8] 楊建文．光固化涂料及應用[M]．北京:化學工業(yè)出版 社,2005:372-390

收稿日期 2014-01-02