耐候性涂料的研究進展
我國涂料經(jīng)過多年的發(fā)展,涂料工藝飛速發(fā)展,產(chǎn)品的種類已經(jīng)趨于完善,涂料市場分類趨于更加精細,其中耐候性粉末涂料和水性涂料的優(yōu)勢漸漸嶄露頭角,擁有廣闊的發(fā)展前景。社會環(huán)境要求的進一步提高,資源壓力的加大,迫使我們必須提高涂料的使用年限,把對資源的消耗降到最低。涂料一般都是由基料組成,把涂料涂敷在工件時,就會發(fā)生相應的物理化學變化,其性能就會發(fā)生相應的變化,觀察這些性能在環(huán)境中的變化及失去作用的時間,都可作為涂料性能優(yōu)異的評價標準。在考慮配方所使用的基料之間的關(guān)系時,增強涂層與工件的作用力,可有效降低工件被腐蝕的程度。當顏料與其他成分混合時,應當盡可能保持涂層的光澤,這樣涂膜的耐光性和耐候性都有所提高。提高涂料的耐候性,不僅可以降低涂層粉化、脫色、脫皮,而且從很大程度上節(jié)省了資源配置,促進了經(jīng)濟的快速增長。
一、 耐候性涂料的特點
1.1 耐候性檢驗方法
涂料的生產(chǎn)必須檢測耐候性,這是評價涂料性能的重要依據(jù)之一。按照國家標準規(guī)定,目前,評價涂層耐候性的常用方法如下。
(1)自然暴曬法:自然暴曬以美國暴曬為主,最常用的是朝南45℃暴曬,可同時選擇幾個不同氣候環(huán)境進行試驗,定期檢驗涂膜的光澤顏色變化。該實驗方法一般周期較長,而且不同的季節(jié)光強不同,產(chǎn)生的效果不同,因此不能夠很快地指導科研生產(chǎn)。
(2)人工老化試驗法:人工老化試驗能夠真實地再現(xiàn)光照、雨水等因素對材料的影響,其中光源是主要影響因素,較短時間就可以獲得自然暴曬所需的時間過程。目前人工老化試驗采用的光源有碳弧燈、紫外燈、高壓水銀燈,但都還存在一定的缺陷。
(3)戶外加速老化試驗法:該方法主要使用儀器隨太陽轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,模擬45℃朝南暴曬情況,該裝置還需裝有噴水管,夜晚時向涂層表面周期性噴射蒸餾水進一步加速老化的過程。
(4)水煮試驗法:這是對粉末性涂料耐候性的一種檢測方法,即采用高壓鍋水煮方式進行評估,對添加劑采用階梯試驗方法,分組進行,進行實驗數(shù)據(jù)采集,得到對水耐沸性能的比較。
通過這些實驗方法可以模擬各種涂料在不同環(huán)境下的耐候性試驗,通過對比所采集的數(shù)據(jù)來確定最佳實驗配方,對此可以節(jié)約大量的人力物力,為以后的實驗方向打下堅定的基礎(chǔ)。
1.2 影響涂料耐候性的因素
影響涂料耐候性的因素有很多,針對不同的涂料,其影響因素可能略有不同,總的來說有紫外線、濕度、高溫、臭氧、酸雨、廢氣等,其中紫外線輻射是影響涂層的重要原因。自然環(huán)境中的氧、水、紫外線經(jīng)過一系列的反應,加速涂料老化分解,同時空氣中的有機微顆粒及雜質(zhì)都是涂料光氧化降解的敏感劑。涂料在其暴露于室外時,涂膜會受到各種因素影響,表現(xiàn)為光澤降低,涂膜出現(xiàn)裂紋開始粉化。引起外墻涂料涂膜老化的因素主要是物理化學性,它們使分子間發(fā)生應力收縮,從而降低涂料性能[1]。為了加強涂料的耐候性,需要對每個因素進行分析,__還要分析各種因素之間的相互影響。對此我國有大量的專家學者在這方面花費時間精力,他們大多數(shù)都是采用對有效的成分、對基料進行改性,使其性能發(fā)生改變,發(fā)揮涂料超強的耐候性,降低成本,節(jié)約資源。目前有很多重要的研究成果,如利用有機硅改性丙烯酸面漆的各種性能,有機硅樹脂是具有耐候性、耐熱性、憎水性等優(yōu)點的樹脂品種,在合成過程中導入一定量的有機硅官能團,制成低聚物涂料,從而提高樹脂涂膜的耐候性[2]。由于環(huán)境中的水和氧發(fā)生降解以及高濕度都會降低涂膜的附著力,使涂膜膨脹變性而遭到破壞。此外涂料的基料、顏料、溶劑、助劑、施工條件都是涂料耐候性的重要影響因素。因此,提高涂料的耐候性是解決問題的重要方法之一。
二、我國耐候性涂料的研究現(xiàn)狀
我國工業(yè)化及城市化的進程為工業(yè)涂料、建筑涂料等快速發(fā)展提供了機會,涂料行業(yè)的技術(shù)水平快速提高,從而使涂料的種類較快增加。涂料產(chǎn)銷量也有了大幅的提升,市場份額越來越大,表明我國涂料市場具有強大的發(fā)展?jié)摿?。我國涂料發(fā)展不均勻,在一些常用的外墻涂料、裝修涂料中,基本實現(xiàn)自我供給,但在一些關(guān)鍵涂料上還是依賴于進口。但近些年正在不斷加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),很大程度上促進了我國涂料行業(yè)的發(fā)展。影響涂料行業(yè)的不僅有競爭激烈的市場,還有越來越嚴格的環(huán)保要求,以人為本的生態(tài)發(fā)展理念是我國重要的發(fā)展理念,是所有行業(yè)必須遵從的。從長遠來看,未來發(fā)展一定會走向綠色環(huán)保道路。我國雖然是涂料大國,但耐候性較好的涂料還是遠落后于發(fā)達國家。尤其是在耐候性較好的丙烯酸粉末涂料上,隨著社會的進步,新材料的開發(fā),耐候型涂料將會得到快速的發(fā)展。下面介紹幾種比較熱門的水性涂料。
(1)水性環(huán)氧涂料:環(huán)氧樹脂的特點是耐腐蝕、穩(wěn)定性較好,從其涂層上可以知道,在其附著于設(shè)備時,表現(xiàn)出較強的附著力;固化成型時,又表現(xiàn)出質(zhì)地堅硬[3]。此外,還有人采用纖維素單晶納米材料混合改性法,制成柔韌性和機械強度都較好的水性環(huán)氧涂料。而其中關(guān)鍵的技術(shù)就是利用固化劑與環(huán)氧樹脂起反應,這是目前國內(nèi)外都在研究的熱點。
(2)水性聚氨酯涂料:水性聚氨酯涂料不僅具有溶劑型聚氨酯涂料的優(yōu)異性,還是一種可再生資源,價格低、性能好,在經(jīng)濟發(fā)展過程中具有重要意義。但水性聚氨酯涂料在使用過程中表現(xiàn)出耐候性能較差的特點,需對其進行改性來提高耐候性,從而滿足設(shè)備要求張冠琦[4]等人將自制的納米氧化錫銻分散體作為填料加入到水性聚氨酯中,可以進一步提高涂料的耐候性,使產(chǎn)品能適應更為復雜的環(huán)境。
(3)水性丙烯酸酯類涂料:丙烯酸乳液的發(fā)展離不開其優(yōu)異的性能,最大的特點表現(xiàn)為耐候性強。目前有很多人在利用改性相關(guān)材料來進一步提高涂料的耐候性,從而提高涂料的使用壽命。比如馮利邦[5]等人通過紫外光固化技術(shù)合成了水性聚氨酯-丙烯酸酯涂料,進一步提高涂料的耐候性;潘莉莎[6]等人用有機硅氧烷對水性羥基丙烯酸樹脂進行改性,使材料性能得到很大的提升。改性后的產(chǎn)品不僅耐候性進一步提高,而且多方面性能都得到明顯改善。
(4)水性醇酸樹脂涂料:醇酸樹脂在涂料行業(yè)經(jīng)常使用,價格低,來源廣泛。但其表現(xiàn)出的耐候性,抗腐蝕性能并不理想,需要對其進一步改性來提高性能。
利用自干型水性丙烯酸改性醇酸樹脂改變分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)增加耐候性;周麗瓊[8]等人研發(fā)了磺酸鹽改性的水性醇酸樹脂,大大提高了涂料的耐候性。目前我國正在大力研究的耐候性及超耐候性涂料,包括防火涂料、防腐涂料、外墻涂料等。從國家層面來說,研究耐侯性涂料是展現(xiàn)大國科技、創(chuàng)新、人才等方面的實力;從社會角度來看,耐候性涂料帶來的不僅是經(jīng)濟效益,而且從很大程度上可以減少資源浪費。我國市場上耐候性較好的涂料不僅有各種粉末涂料、戶外涂料、水性涂料。無論是在原料篩選,還是改性方面,都能夠達到產(chǎn)品的要求,在原料方面,我國市場資源豐富,各種改性樹脂齊全,能夠最大化滿足產(chǎn)品研發(fā)。我國是一個巨大的市場,潛力巨大,在與國外涂料競爭中,要看到在工藝技術(shù)及高端產(chǎn)品方面的差距,例如車面漆、船舶涂料都須從外國進口。因此,加大對涂料耐候性機理的研究,掌握關(guān)鍵技術(shù),這樣才能夠讓我國的涂料在國際市場中份額越來越大。
三、結(jié)語
綜上所述,涂料為所涂敷的儀器設(shè)備、建筑提供保護效果,耐候性是其中一項重要的技術(shù)指標,對耐候性的正確評價對涂料的研究和生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實意義。以自然曝曬為主,人工老化為輔,兩者相結(jié)合來評價涂料耐候性已經(jīng)成為先進國家的較通用做法和發(fā)展趨勢。在未來的發(fā)展過程中,環(huán)保因素肯定是重中之重,不管是使用任何材料,還是對其他材料的改性及施工方法,都必須符合國家發(fā)展戰(zhàn)略。對其耐候性的檢測不管是人工老化試驗還是自然暴曬,都應以防脫落粉化為目的,增強涂層的附著力,提高設(shè)備的使用壽命。目前的發(fā)展狀態(tài)已明顯不符合綠色環(huán)保無污染理念,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們對環(huán)保的要求越來越高,基礎(chǔ)設(shè)施的大量建設(shè),增強涂料的耐候性成為發(fā)展趨勢。我們應大力發(fā)展耐候性粉末涂料及水性涂料,他們具有廣闊的發(fā)展前景,必將為我國的綠色健康發(fā)展帶來動力,為我國的涂料行業(yè)添磚加瓦。
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