PU 木器漆耐黄变性测试方法探讨

李国强 颜显龙 伍俊锋 许幸洪(广东华润涂料有限公司 528306)

前言

由于木器涂料市场上耐黄变产品鱼目混珠，HG/T2454-2006《溶剂型聚氨酯涂料（双组分）》标准首次提出木器漆的耐黄变性指标。 2006年课题组考察了不同档次的PU 白漆和清漆在自然老化过程中的耐黄变性，并在氙灯老化(过滤氙弧)和QUV(UVA340)上作了相应的人工老化试验。 通过色差比对分析，结果发现：对于色漆产品，QUV 老化更接近自然老化，对于清漆产品氙灯老化更接近自然老化，希望本研究有助于完善PU 木器漆耐黄变测试方法。

1 测试条件

1.1 样板制备

漆样选用不同档次的色漆(白漆)与清漆，固化剂选用TD1 和HDI 加成物或三聚进行调合,主漆与固化剂比例1：0.5,共有10个样品具体如表1。

在90×45mm 外墙用白瓷片上喷涂/刷涂两边。 同一样品刷涂与喷涂效果各制备6 块样板，室内自然干燥7 天。其中三组样板分别放于不同场景（南、北窗台，恒温室无光照）以模拟家具在室内的不同位置的自然老化，另外三组用于人工加速老化测试。 白瓷基片采用外墙瓷砖在ISO1134-1 老化200 小时后，色差ΔE 小于1。

表1.样品名称与编号

1.2 老化设备与分析测试

氙灯老化：ATLAS CI3000(氙灯老化试验箱)

紫外老化：Q-lab QUV(快速UV 老化箱)

色差测试：美能达CM508d 色差计（ΔE 测试取自CIE，D65，10°数据）

2 结果与讨论

2.1 样板的自然老化

表2 为样板放置在恒温室内（无太阳光）自然老化的结果，可以看出刷涂样板与喷涂样板的色差变化的ΔE 基本保持一致。 恒温室内只接受工作期间的白帜灯辐照，从表2的数据可以看出，有的黄变已大于3（视觉已可以明显区别），即使是高档耐黄变产品也已达到2 左右，说明黄变除了与光的辐照有关外还与其他因素有关（如环境的温、湿度，空气质量等）。 表3、表4 为样板在南北窗台自然老化方式下的黄变色差数据结果，随着老化时间的加长，色差值在加大，而且绝大部分喷涂样板ΔE 稍微比刷涂样板大，说明喷涂样板黄变程度略大些，这可以解释为刷涂样板容易造成膜厚且不匀，这样产生更多的光散射或干涉而导致有效的（对黄变有贡献）光强相对减弱；由于喷板比较好控制表面效果而且比较接近实际施工工艺，所以采用喷板样板来对比数据更客观些。

表2 样板放置在恒温室内自然老化351 天的色差变化结果。

表3.样板放置在南窗台自然老化351 天的色差变化结果

表4.样板放置在北窗台自然老化351 天的色差变化结果

从表3 与表4的南北窗户老化对比来看，经过351 天老化后部分样板如A3，A4，D5，F7 与G4 放在南窗台的样板ΔE 比北窗台大，说明南窗台的老化强度要高一些，这与其所受到的光的辐照强度、时间，温差大等有关。 另外从表3 与表4 中可以发现ΔE 值主要来自于b 分量的变化（B 分量在色差坐标中表示黄兰分量，b 为正表示为偏黄相，b 为负表示偏兰相）。所以表示黄变的直接参数应该为Δb值。

图1 与图2 为南北窗台自然老化的色差变化曲线。 南窗台老化的样板在最初的50 天内色差变化幅度大，这要归于在南窗台光的辐照强度、时间和温差相对比北窗台大，到了150 天后两处的变化速率趋于缓和，到了250 多天后两者的数值已趋于稳定（数值变化很小），反映了样板的黄变速率由快到慢的变化过程。 PU_A28（清漆）配不同的固化剂而制得的A1-A4 样板老化色差变化ΔE 值大小顺序为A1＞A2＞A3＞A4，很好地佐证了HDI类脂肪族固化剂要比TDI 类芳香族固化剂耐黄变性好，TDI的三聚比加成物好的规律；选用同样类型固化剂，色漆比清漆色差变化要小些（如样板A1与B1、A2 与C2 、A4 与G4），说明色漆的耐黄变性要好些，这可以解释为色漆中所含较高颜填料（钛白粉）吸收光而使漆膜黄变程度相对小。因此双组分PU 木器漆的耐黄变性取决于主漆和固化剂的材料选择。

从图1 与图2 样板色差变化可明显分成三个层次，A1，A2 和E6 色差变化最大，其样板根本不具备耐黄变性；C2 与D5 为同一档次，其耐黄变非常有限 （从图中估计100 天色差变化在范围内）；其余产品具有一定的耐黄变性，这其中G4 产品表现出的耐黄变性最好。

2.2 不同老化方式下耐黄变性对比

涂膜的黄变程度取决于光强与时间以及环境的温湿度，我们因而设计了不同的辐照条件试验，表5 列出了五种不同条件下老化的结果,具体如下:X1 条件为ISO11341 标准。 黑板温度60℃,60W/m2（300-400nm），厢体湿度70%(温度38℃);（由于木器漆的耐黄变是在模拟室内存放效果，所以将淋雨段程序省略）。

表5 五种不同场景老化对比

X2 条件参照行标中的UVA340 辐照度在340nm 0.68w/m2设定,由ATLAS的软件算出300-400nm的等效辐照度应为76 w/m2,黑板温度60℃,厢体湿度50%(温度30℃)。

QUV 运行条件:采用UVA340 灯源，黑板温度60℃,辐照度为0.68W/m2，无凝露状态连续光照168 小时。

表5 中人工加速老化（QUV 相比，氙灯老化）后的黄变顺序都能在一定程度下反映自然老化场合（南北窗台）样板黄变顺序，对于B1，C2，F3，G4样板（白漆）属于色漆产品，在人工加速老化168小时的色差变化要小于自然老化1年的值，其中QUV168 小时的数值更为接近自然老化的色差变化。 对于A 系列、D5 和E6 样板属于清漆样品，氙灯老化168 小时的色差变化就比较接近自然老化的色差变化。 总体来看,对于色漆产品，QUV 老化更接近自然老化，对于清漆产品氙灯老化更接近自然老化。

理论上氙灯光谱在紫外区域的能量分布与QUVA340的能量分布都接近于中午2 点的太阳光谱的能量分布，并且氙灯光谱范围宽 （比QUV340 多出红外可见部分），X2 条件的光照的总强度虽同UVA340 相当，但绝大多数样品 （除了G4 与F3）在相同老化时间下QUV340 老化的ΔE大于氙灯老化的ΔE；同样的主漆PU_A28 配IR95（A3）和PR99（A4）的ΔE 在两组不同氙灯老化条件下（X1 和X2）ΔE 差别不明显，这与自然存放效果相仿；而在QUV340 实验中差异却很大，说明QUVA340 条件对样品更具有破坏性（或者说条件更苛刻些）。

2.3 耐黄变性评级与测试方法探讨

行业标准HG/T2454 将QUV (UVA340) 老化168 小时后，清漆的ΔE＜3 定为一级耐黄变色，ΔE＜6 为二级。实际上清漆的黄变影响因素中应考虑其底材的黄变性能，自然存放过程中，耐黄变的色漆和清漆色差变化差距不大；而在人工加速老化中，色漆的耐黄变性明显具有优势，因而行标中规定用QUV（UVA340）来测试的方法对清漆来说是不合理的，因此建议行标将清漆与色漆的评价体系分开考虑，并纳入氙灯老化评价测试体系。

3 结论

在自然老化过程中，双组分PU 木器漆的黄变速率和幅度由大到小，最后趋于稳定。 涂料耐黄变性取决于其所选材料本身的耐黄变性，固化剂材料的黄变规律符合脂肪族固化剂比芳香族固化剂耐黄变性好，三聚体比加成物好的理论顺序。 在人工加速老化过程中，色漆由于含有高的颜填料而表现出的耐黄变性更具有优势；对于清漆而言，使用氙灯人工加速老化进行耐黄变性评级更客观些，因为氙灯老化更符合自然老化的规律。

1.中国化工行业标准HG/T 2454-2006《溶剂型聚氨酯涂料（双组分）》

2.标准GB/T 1865-1997 色漆与清漆 人工气候老化和人工辐射暴露（滤过的氙弧辐射）

3.ISO11341-2004 Paints and varnishes — Artificial weathering and exposure to artificial radiation — Exposure to filtered xenon-arc radiation.

4.ISO11507-2001 Paints and varnishes — exposure of coatings to artificial radiation — Exposure to UV and water.