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摘要：简单介绍了涂料黄变的机理及聚氨酯白面漆的制备,并对其进行加速老化实验,分析对比各种原料对聚氨酯白面漆黄变的影响。结果表明,影响黄变的最大因素是固化剂,其次是钛白粉和树脂,而紫外线吸收剂对其影响较小。
关键词：聚氨酯涂料；白面漆；黄变
0前言
目前,涂料市场上众多商家推出了各类聚氨酯白面漆产品,如抗黄变白面漆、耐黄变白面漆、不黄变白面漆等等。但文献中对如何做到聚氨酯白面漆耐黄变或不黄变,哪些因素对涂料黄变起主要作用报道较少。聚氨酯白面漆所用的主要原料有树脂、固化剂、钛白粉。根据市场上的原料供应情况,选择了具有代表性的原材料进行加速老化试验,对这三种材料进行逐一对比,探讨影响聚氨酯白面漆的黄变的主要因素,从而为制备不黄变的聚氨酯白面漆提供依据。
1涂料黄变机理
聚氨酯白面漆黄变主要是由于芳香族固化剂的苯环与氨基甲酸酯共轭,发生氧化重排,形成具有发色基团的醌式结构(见图1)。而紫外线主要是为变色反应提供能量、自由基,其提供的能量足以破坏大部分聚合物的化学键,引发自动氧化反应,造成老化降解。真正导致黄变的则是不饱和键,若体系存在不饱和键就存在变色的可能[1]。此外颜料对紫外线的吸收强度也直接影响到涂膜黄变的速度。
图 1 涂料黄变机理
2试验部分
2.1原材料
选用市场上常用的润湿分散剂、消泡剂、流平剂、短油度醇酸树脂、钛白粉、溶剂、固化剂、哑光粉等。
2.2仪器
40W×2紫外灯箱(太山潘龙电器TZB-7548型；功率：220V,50HZ,40W),分光光度计(爱色丽(亚太)公司SP60型)。
2.3涂料的配制
按表1配方顺序加入树脂、分散剂、颜料、溶剂、哑光粉等高速分散至细度合格,加入流平剂、消泡剂,搅拌均匀后得到PU白色面漆甲组分。制板配比：m甲组分∶m乙组分∶m稀释剂=1∶0.5∶适量。
表 1 PU 白色面漆试验配方
2.4涂料耐黄变性检测
将干燥后的涂料样板置于40W×2紫外灯箱中封闭照射1h、2h、3h,取出后使用分光光度计进行测量,ΔE表示变色程度,为正值;Δb表示偏黄或偏蓝程度,正值表示偏黄,负值表示偏蓝[2]。
3结果与讨论
3.1涂料树脂和固化剂对黄变性的影响
采用不同类型的树脂按照表1配方一配制PU白面漆,分别用TDI-TMP加成物和脂肪族异氰酸酯为固化剂,试验树脂和固化剂对黄变性的影响,结果见表2和表3。从表2结果看到,1h时ΔE大于1,表示色差与原来有明显差异,Δb大于1表示明显变黄(三级)。由此可见,随着紫外线照射时间增加,黄变性明显增加。其中耐黄变性较好的树脂是椰子油改性醇酸树脂、合成脂肪酸改性醇酸树脂和含羟基丙烯酸树脂,油酸改性醇酸树脂耐黄变性最差。芳香族固化剂的苯环结构导致的变黄明显超过了树脂的耐黄变性,也即使用芳香族固化剂TDI-TMP时,即使树脂耐黄变性能再好,PU白漆的耐黄变性也不好。从表3看出,使用优质固化剂脂肪族异氰酸酯时,PU白面漆的耐黄变性明显比使用TDI-TMP加成物要好得多；椰子油改性醇酸树脂、合成脂肪酸改性醇酸树脂和含羟基丙烯酸树脂具有较好的耐黄变性,蓖麻油改性醇酸树脂耐黄变性最差。即使树脂耐黄变性稍差,也能减少发黄的可能,优良的固化剂搭配优良树脂,耐黄变性会更加好。
表 2 树脂类型对 PU 白面漆黄变性的影响 (TDI-TMP 加成物为固化剂 )
表 3 树脂类型对 PU 白面漆黄变性的影响 ( 脂肪族异氰酸酯为固化剂 )
表 4 钛白粉类型对 PU 白面漆耐黄变性的影响
3.2钛白粉类型对黄变的影响
钛白粉在PU白面漆中起着重要的作用。采用油酸改性醇酸树脂和椰子油改性醇酸树脂按照表1配方二(金红石型钛白粉)和配方三(锐钛型钛白粉)配制PU白面漆,脂肪族异氰酸酯为固化剂时,试验钛白粉类型对PU白面漆耐黄变性的影响,结果如表4所示。从表4可以看出,用金红石型钛白粉时,无论采用何种树脂配漆,涂膜耐黄变性明显优于锐钛型钛白粉,所以在要求涂膜耐黄变时,最好选用金红石型钛白粉。
3.3紫外线吸收剂用量对黄变性的影响
紫外线吸收剂对涂膜耐黄变性有一定的影响,
它能增强对紫外线的吸收,减少对涂膜的破坏[3]。使用椰子油改性醇酸树脂和金红石型钛白粉为甲组分,脂肪族异氰酸酯为乙组分,试验了加入紫外线吸收剂对PU白面漆耐黄变性的影响,见表5。
表 5 紫外线吸收剂对 PU 面漆耐黄变性的影响
表5数据表明,加入紫外线吸收剂后,PU白面漆耐黄变性增加,但是变化较小,用肉眼是无法区别这些变化,而木器涂料是以室内使用为主,可以考虑少加或不加紫外线吸收剂以降低配方成本。
4结语
(1)PU体系中,从加速老化数据来看,固化剂对PU白面漆耐黄变性的影响最大,如若选用芳香族异氰酸酯作为乙组分,不可能达到耐黄、不黄的要求,脂肪族异氰酸酯则是制作耐黄、不黄产品的理想选择。(2)树脂对白面漆的耐黄变性能也有较大影响。含羟基丙烯酸树脂、椰子油及合成脂肪酸改性醇酸树脂耐黄变性明显好于其他油类改性树脂。(3)金红石型钛白粉的耐黄变性较锐钛型钛白粉优异。 |
