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  20  专注高分子材料抗紫外线、抗黄变

涂层的常见老化形式及预防



      各种涂层,特别是长期使用于户外的涂层,经常遭受阳光中紫外线的照射、热、潮湿、氧气、臭氧、油污、酸露、废气中的芳烃化合物及其他污染物的破坏影响,会使涂层内聚合物有机链产生氧化、降解、重排、酸解或过度交联等老化行为。*终涂层出现失光褪色、发黄、粉化、变脆等现象,*终涂层会逐渐剥落,失去保护、装饰作用。初期的黄变现象还影响涂层的视觉美观效果,这在清漆、白漆和浅色面漆中尤其常见。

      在涂层所有老化形式中,化学键和聚合物链断裂反应是*为常见的结构变化。因此,在研究涂层老化行为时,常把聚合物降解反应作为一重要的判断指标;老化过程另一表现形式是聚合物的复杂氧化反应,氧化的结果可导致聚合结构上形成羰基;甚至聚合物链断裂,产生过氧化物基团和羟基等极性基团。因此,涂层聚合物缓慢的氧化反应性能也是衡量老化程度的另一指标。

       有机涂层的老化过程非常复杂,按基本作用机理可大致分为热氧老化、光老化及生物降解。

       热氧老化反应包括的范围较广,如聚合物涂层在高温环境下的热老化和长期处于腐蚀性污染物环境中所发生的腐蚀性反应等,其主要是由涂层聚合物本身的结构、催化剂、添加剂等因素决定。例如聚氯乙烯在某些重金属离子催化下发生脱氯化氢反应等,聚酯树脂长期在碱性环境下发生水解反应等。户外涂层所面临的环境常常较为恶劣,特别在空气污染严重的地区,由二氧化硫或氨的氧化物(NO、NO2)导致的酸雨将加速涂层的腐蚀老化;蜜胺-丙烯酸酯交联固化涂层在酸雨作用下降解产生尿酸,使涂层亲水性增加,耐水、耐腐蚀性能恶化。紫外光辐照能加剧酸雨对涂层侵蚀,受阻胺光稳定剂如EVERSORB 95 有利于抑制酸雨对涂层的侵蚀。潮湿环境下,氮、硫氧化物对涂层的老化影响严重 ,即使在干燥条件下,氮、硫氧化物也会参与或诱发聚合物的光氧化降解反应。聚合物涂层的热氧化反应是涂层热老化过程中非常普遍的现象,可以在配方中添加合适的抗氧剂予以缓解。

      聚合物涂层生物降解也是不容忽视的一种老化行为,涂层使用过程中的霉变就属于这种情况。交联密度高的涂层对毒菌和其他微生物的阻隔作用较强,抗生物降解性能较好。但聚合物涂层难以避免的光老化和热降解作用,一方面导致交联密度下降或聚合物分子量降低,将使微生物向涂层内部的渗透迁移加速;另一方面,光氧化、热氧化过程必然产生较多的羰基、羟基等极性结构,涂层亲水性增强,这就促进微生物在涂层中的渗透、繁殖。在涂料配方中添加合适的光稳定剂能够延缓涂层的生物降解过程,其中,受阻胺光稳定剂,如EVERSORB 93 可抑制微生物在涂层中的繁殖。

      尽管聚合物涂层的老化过程极其复杂,但光老化是主要的影响因素,主要表现为聚合物的光氧化和光降解。在阳光中紫外线作用下,有机涂层中的结构基团,或吸光性添加剂和杂质,吸收光能,可能会发生化学键断裂;同时在氧的作用下,发生光氧化反应,*终导致聚合物链断裂,并在聚合物链上产生大量氧化基团和小分子氧化产物。光老化性能是涂层户外使用的关键指标之一。常见聚合物中,聚四氯乙烯的光稳定性较高,绝大多数聚合物由于本身弱键、光敏感基团的存在,以及催化性、光敏性杂质的存在,都存在不同程度的光老化趋势。因此,涂层的光稳定化处理是很重要的工作,传统溶剂型涂料和热固化涂料的光稳定化有许多成熟的配方措施,主要方法是在涂料配方中添加光稳定助剂,抑制光老化过程,延长涂层的使用寿命。如台湾永光化学的紫外线吸收剂EVERSORB 80与受阻胺光稳定剂EVERSORB 93 组合使用于各种汽车漆就是非常经典的应用之一。


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