氙燈老化試驗(yàn)箱測(cè)試一小時(shí)相當(dāng)于在自然環(huán)境

比較了自然戶外曝曬與氙燈加速老化測(cè)試之間的結(jié)果 , 試驗(yàn)表明 , 其間存在較好的相關(guān)性 , 用試驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)來評(píng)估顏料和涂料體系的耐久性是可行的 , 并且是可靠的。

關(guān)鍵詞： 顏料耐候性；自然戶外曝曬；氙燈測(cè)試；相關(guān)性

摘要： 比較了自然戶外曝曬與氙燈加速老化測(cè)試之間的結(jié)果 , 試驗(yàn)表明 , 其間存在較好的相關(guān)性 , 用試驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)來評(píng)估顏料和涂料體系的耐久性是可行的 , 并且是可靠的。

關(guān)鍵詞： 顏料耐候性；自然戶外曝曬；氙燈測(cè)試；相關(guān)性

0前 言

近年來 , 人們?cè)絹碓疥P(guān)心涂料中顏料的耐候老化性能。當(dāng)室外涂料受到大氣條件下光照、溫度、潮濕等因素的影響 , 會(huì)產(chǎn)生褪色、色遷移、色強(qiáng)度變化等老化現(xiàn)象。自然戶外曝曬 [1] 和加速老化試驗(yàn)箱是測(cè)試材料耐候老化性能的主要方法。國(guó)內(nèi)外涂料行業(yè)長(zhǎng)期開展了戶外大氣老化測(cè)試。國(guó)內(nèi)在海南、廣州、敦煌等地都有規(guī)模不等的戶外曝曬場(chǎng) , 國(guó)際上通常作為基準(zhǔn)曝曬地點(diǎn)的有美國(guó)的佛羅里達(dá)和亞利桑那、澳大利亞的阿倫加 (Allunga) 等。戶外曝曬測(cè)試有很多優(yōu)點(diǎn) , 如真實(shí)、便宜、易于操作等。戶外曝曬的測(cè)試時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng) , 所以有必要進(jìn)行試驗(yàn)室加速老化測(cè)試。在加速老化測(cè)試方面 , 除少數(shù)的日本企業(yè)仍沿用碳弧燈外 , 主要的測(cè)試方法有紫外光照和氙燈兩種。然而 , 氙燈加速老化試驗(yàn)箱不能模擬所有的老化參數(shù) , 而且有一些測(cè)試變量容易引起錯(cuò)誤的試驗(yàn)結(jié)果 , 從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。但是可以利用戶外曝曬的結(jié)果作為參考來檢驗(yàn)加速老化測(cè)試的真實(shí)性 , 從后使得加速老化試驗(yàn)更具有實(shí)際使用價(jià)值。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>

本文試驗(yàn)?zāi)康氖潜容^自然戶外曝曬與氙燈試驗(yàn) 室加速老化測(cè)試方法 [2] 之間的結(jié)果 , 并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)計(jì)算 , 找出兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2 兩種測(cè)試方法簡(jiǎn)介

2.1 Allunga 自然戶外曝曬

本文所做研究的自然戶外曝曬在澳大利亞的 A l l u n g a( 緯度 19 ° , 南半球 ) 進(jìn)行 , 樣品架朝北 , 與水平面之間的夾角為 19 °。曝曬時(shí)間為 24 個(gè)月 , 并在不同時(shí)間段取出樣品 , 測(cè)試它們的顏色變化。測(cè)試樣品架及曝曬場(chǎng)如圖 1 所示。測(cè)試期間 2007 年及 2008 年的氣候條件如表 1 所示。

表 1 2007 及 2008 年度 Allunga 的氣候情況

圖 1 Allunga 戶外曝曬場(chǎng)

2.2 Q-Sun 試驗(yàn)室加速測(cè)試

2.2.1 氙燈試驗(yàn)箱的老化原理

氙燈試驗(yàn)箱可以模擬全光譜太陽(yáng)光 , 包括紫外線、可見光和紅外線。其優(yōu)點(diǎn)是 1 a 中任何時(shí)候都有重現(xiàn)性 , 快速 , 它是與日光源的人工光源。氙燈產(chǎn)生的光譜必須經(jīng)過過濾來減少不需要的光譜成分。使用不同類型的玻璃過濾器可得到不同的光譜。有經(jīng)常使用的 3 種類型過濾器：日光、窗玻璃和紫外延伸過濾器。本次試驗(yàn)中 , 采用日光過濾器 , 圖 2 顯示了這種過濾器產(chǎn)生的光譜 , 同時(shí)也顯示了 295 ?? 400 nm 的紫外線短波段的光譜圖。可以看出該光譜較好地模擬了太陽(yáng)光譜。大多數(shù)氙燈檢測(cè)設(shè)備通過水噴淋或濕度控制系統(tǒng)來模擬濕度的影響。水噴淋可很好地模擬熱沖擊和機(jī)械侵蝕。在測(cè)試系統(tǒng)中 , 為了防止水對(duì)樣品的污染 , 試驗(yàn)用高純度的去離子水。氙燈試驗(yàn)箱的工作示意圖如圖 3 所示。

圖 2 配備有日光過濾器的 Q-Sun 光譜和太陽(yáng)光譜之間的比較

2.2.2 氙燈試驗(yàn)箱測(cè)試條件

按照表 2 測(cè)試條件對(duì)測(cè)試樣板進(jìn)行曝曬 , 同樣在不同時(shí)間段取出待測(cè)樣板 , 觀察它們的顏色變化。

2.3 樣板制備及評(píng)估方法

將待檢測(cè)的 COLORTREND ?? 1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 # 共 6 種不同的建筑涂料用色漿 , 按一定的比例加入到標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)用平光外墻涂料中 , 使之達(dá)到 1/25 顏色標(biāo)準(zhǔn)深度。在震蕩機(jī)上震蕩 3 min 混勻 , 在預(yù)涂了底漆的鋁板上用 100 μ m 線棒涂布 2 道。在室溫放置 5d 后進(jìn)行曝曬試驗(yàn)。每種顏色的同一試驗(yàn)各制備 4 塊樣板 ,3 塊投入試驗(yàn) ,1 塊作為標(biāo)準(zhǔn)板室內(nèi)放置。自然戶外曝曬共 24 個(gè)月 , 在 6 個(gè)月、 9 個(gè)月、 12 個(gè)月、 18 個(gè)月、 24 個(gè)月各評(píng)估一次；氙燈試驗(yàn)室加速測(cè)試按表 2 試驗(yàn)條件運(yùn)行 2 000 h, 樣板評(píng)估間隔周期為 500 h 。用分光光度計(jì)在 D 65 標(biāo)準(zhǔn)光源下與標(biāo)準(zhǔn)板對(duì)比檢測(cè)顏色 , 記錄色差 D E 值。目測(cè)涂膜表面是否有失光、粉化、開裂、脫落及斑點(diǎn)等現(xiàn)象 [3] 。本試驗(yàn)中使用了高耐候的平光外墻涂料 , 經(jīng) 2 000 h 氙燈及 24 個(gè)月自然曝曬 , 涂膜表面均無失光、粉化、開裂、脫落及斑點(diǎn)等現(xiàn)象 , 不影響顏色評(píng)判。

3 戶外曝曬與氙燈試驗(yàn)室加速測(cè)試之間的比較

根據(jù)所得評(píng)估結(jié)果的數(shù)據(jù) , 分別計(jì)算了自然戶外曝曬與氙燈試驗(yàn)室加速測(cè)試方法之間的相關(guān)系數(shù) r s [4] (s p e a r m a n) 。該相關(guān)系數(shù)指的是利用兩種不同的測(cè)試方法對(duì)一組樣品進(jìn)行測(cè)試 , 所得試驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性。

相關(guān)系數(shù) r s 的計(jì)算公式為 其中 ,n 是樣品的個(gè)數(shù) , d i 是兩列排序中每一組排位數(shù)之間的差值。 r s 越接近于 1, 相關(guān)性越好。通過以上方法求出自然戶外曝曬與氙燈試驗(yàn)室加速老化測(cè)試結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù) , 并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估 , 解決大家通常比較關(guān)心的問題——對(duì)于不同顏料類型 , 如果試驗(yàn)室加速測(cè)試與戶外曝曬結(jié)果的相關(guān)性足夠好 , 那么在氙燈試驗(yàn)箱中測(cè)試多少小時(shí)相當(dāng)于在戶外曝曬多少個(gè)月的結(jié)果。 6 種樣品在戶外曝曬的顏色變化 (D E) 的值如圖 4 所示。氙燈試驗(yàn)室加速測(cè)試的顏色變化 (D E) 的值如圖 5 所示。觀察圖 4 、圖 5 的數(shù)據(jù) , 可以看出 , 不管是戶外曝曬還是氙燈加速測(cè)試 , 每種樣品的顏色均發(fā)生變化 , 而且隨著試驗(yàn)時(shí)間的增長(zhǎng) ,DE 的值都在增加。在計(jì)算氙燈測(cè)試 2 000 h 相當(dāng)于戶外曝曬多少個(gè)月之前 , 我們需要知道它們之間的相關(guān)性如何。只有在相關(guān)性好的情況下 , 計(jì)算氙燈測(cè)試 2 000 h 相當(dāng)于戶外曝曬多少個(gè)月才有意義。

由 2 /[n(n 2 -1)] 計(jì)算 , 得出 A l l u n g a 自然戶外曝曬與氙燈試驗(yàn)室加速測(cè)試之間的相關(guān)系數(shù)。以 500 h 氙燈與 6 個(gè)月自然曝曬之間的相關(guān)性為例 , 相關(guān)系數(shù) r s 的計(jì)算方法如表 3 。

表 2 氙燈實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試程序參數(shù)

表 3 500 h 氙燈與 6 個(gè)月自然曝曬顏色變化 DE 排序表

依據(jù)公式 r s =1-6 × [(1-1) 2 +(6-6) 2 +(4-5) 2 +(3-2) 2 +(5-4) 2 +(2-3) 2 ]/6 × (6 2 -1)

則 r s =0.89

所有相關(guān)系數(shù)的數(shù)值如表 4 所示。

從表 4 可以看出 ,A l l u n g a 戶外曝曬 6 個(gè)月、 9 個(gè)月、 12 個(gè)月、 18 個(gè)月、 24 個(gè)月的結(jié)果與氙燈試驗(yàn)箱 500 h 、 1 000 h 、 1 500 h 、 2 000 h 各時(shí)間段的相關(guān)性都比較好。

根據(jù)圖 4 、圖 5 的顏色變化數(shù)據(jù)可知 , 在氙弧燈試驗(yàn)箱中測(cè)試 2 000 h, 其樣品的顏色變化沒有戶外曝曬 24 個(gè)月的顏色變化大。我們以在氙弧燈試驗(yàn)箱中測(cè)試 1 000 h 、 1 500 h 、 2 000 h 樣品發(fā)生的顏色變化為基準(zhǔn) , 計(jì)算每種樣品在氙弧燈試驗(yàn)箱中測(cè)試 1 000 h 、 1 500 h 、 2 000 h 分別相當(dāng)于戶外曝曬多少個(gè)月 , 然后取其算術(shù)平均值。通過計(jì)算 , 其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 5 所示。

圖 4 自然爆曬后樣品的顏色變化

圖 5 氙燈試驗(yàn)室加速測(cè)試的顏色變化

表 4 Allunga 自然戶外曝曬與氙燈實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試之間的相關(guān)系數(shù)

表 5 Allunga 自然戶外曝曬與

4 結(jié)論

戶外測(cè)試是試驗(yàn)室加速老化測(cè)試的基礎(chǔ)。通過 本文研究 , 我們認(rèn)為兩者試驗(yàn)數(shù)據(jù)間有一定的關(guān)聯(lián)性。我們也進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到積極開展戶外老化測(cè)試 , 并用以指導(dǎo)試驗(yàn)室加速測(cè)試的重要性。當(dāng)然兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系會(huì)因戶外測(cè)試的地理位置、氣候變化、底材種類的變化等而有所不同。更重要的是顏料與涂料作為一個(gè)整體進(jìn)行試驗(yàn)。不同的涂料體系會(huì)得到不同的結(jié)果。如果涂料體系、顏料類型、或顏料含量等任意一項(xiàng)發(fā)生改變 , 我們只能對(duì)最終結(jié)果作推測(cè)。因?yàn)檫@些改變可能對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。