工业涂料-涂料的耐久性的价值

　　工业涂料应用方面的选择

　　1、分类

　　工业涂料有许多种分类

　　例如，可以通过

　　用途－交通运输、一般工业用途、维修

　　涂料的类型－OEM、修理、翻新、维护

　　基料的化学成分－丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、醇酸树脂

　　配方特性－溶剂型、水性、固体含量

　　涂装工艺－电泳涂漆、刷涂、喷涂、卷材涂漆、粉末涂漆

　　固化技术（主要为热固型）－空气固化、热固化、UV固化

　　功能性涂料－电泳涂漆层、底漆二道浆、底漆、底色漆、罩面清漆

　　2、涂料随着时间所起的变化

　　油漆老化的一些实例

　　主要：

　　附着力的减弱　　 起泡

　　涂料粉化　　　　 开裂

　　涂料退色 　　　　失光

　　基材的腐蚀

　　3、一些涂料的期望使用期限

　　决定一种工业涂料体系的耐久性时，我们要考虑许多因素：

　　·对于一种工业涂料系统，多长的使用期限是使用者需要和期望的。

　　·使用者为满足耐久性的需求愿意付出多少金钱？

　　·（a）涂料配方（b）涂漆施工工艺（c）涂料配套设计 在最优化涂料系统耐久性方面所起到的作用。

　　4.1. 理想的涂料使用期限的一些例子

　　大概年限

　　外用维护涂料　　　　　　　　　　　　　　　　　 10-15

　　汽车行业和其他交通运输用涂料　　　　　　　　　 >10

　　金属基材的卷材涂料　　　　　　　　　　　　　　 10-25

　　一般我们可以认为涂料的使用期限越长,涂料及涂装工艺的花费越多。

　　5、涂料耐久性的影响因素

　　5.1.涂料配方

　　热固型涂料交联密度的最优化

　　·交联程度是控制涂料耐候性的一个很重要的系数-不完全固化通常意味着较差的耐久性。

　　·过度交联会导致涂料易脆裂,同样造成较差的耐久性。

　　·涂料在涂层接触面的交联程度比在基材主体表面上的交联程度小,这也会导致涂料的耐久性问题尤其是在多层涂料系统会在较差的固化涂层间出现分层。

　　基料的化学成分

　　许多种类的基料可以应用于工业涂料，可以根据一些特殊应用中的某种特定性能的要求来选择。从传统的醇酸树脂、热固型丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯到更为特殊和昂贵的含氟和硅的树脂。

　　例如：

　　粉末涂料―丙烯酸树脂漆、聚酯树脂漆、聚氨酯树脂漆具有很好的耐候性。对于防腐和耐化学性，环氧树脂漆可能会是首选，但是这也就意味着要损失一些涂料的耐候性。

　　卷材涂料―外用丙烯酸涂料和聚酯涂料要比含硅涂料使用期限短，依次的含硅涂料比含氟涂料使用期限短，但是这些性能的改进也是以更高的价格为代价的。

　　汽车涂料―热固型丙烯酸和聚氨酯基料涂料系统比热固型醇酸基料涂料系统具有更好的耐候性。

　　涂料溶剂的选择

　　一般来说，应用于工业面漆的水性涂料比溶剂性涂料的耐久性差。然而这些差距也在逐年减小。

　　高固体分溶剂型涂料往往比它的传统型较低固体分的同类涂料的耐久性差。

　　确保面漆与基材底漆的配套性

　　·好的配套性可以防止面漆和底漆的涂层界面由于受到破坏而造成的分层。

　　·添加附着力促进剂可以提高附着力。

　　色浆的选择

　　涂料的保色性能非常关键，配方设计师有三个选择：

　　·使用高耐晒的有机颜料（价格高）

　　·使用无机颜料（通常颜色暗淡）

　　·使用不透明颜料（通常为无机颜料）

　　紫外光吸收剂和光稳定剂的作用

　　·紫外光吸收剂能够阻止紫外光进入更内部的涂层和基材

　　·空间位阻胺稳定剂和胺醚都可以稳定涂料基料

　　5．2．涂装工艺

　　涂层的配套性

　　不配套的涂料会导致涂层界面易于老化受到破坏

　　涂层的厚度

　　价值/功效因素-涂料使用期限对比价格因素-较厚的涂层可以延长维护保养涂料的使用期限，清洁基材和施工涂料的价格较涂料本身的价格高很多。

　　基材的影响

　　热敏性基材在低温固化会导致很差的固化和较差的耐候性（例如木材涂料），解决这个问题的方法是使用UV固化（或者UV/热固化），在低温固化条件下提高涂料的交联度（例如木材表面粉末涂料的UV/热固化）。

　　6．稳定涂料的实际应用

　　汽车涂料可能是工业用涂料领域中最为复杂的，所以可以作为涂料最佳化设计的一个实例。汽车涂料需要高效的防腐性和耐候性，但是装饰效果也是极其重要的。

　　通常有以下涂装：

　　·金属表面的预处理

　　·底漆二道浆

　　·底漆

　　·底色漆

　　·清漆（应用于金属闪光漆）

　　热固型丙烯酸通常作为面漆

　　多层设计与简单的涂层相比，为基材提供了更好的保护，使氧气、废气和水需要经过很长的路径才能渗入。如果底漆层是色漆和不透明的，只有很少的有害的紫外光能够穿透涂层，因此从基材上的分层的可能性亦减少。然而，如果底涂层是透明的（金属闪光漆），则紫外光能够穿透到底层引起涂层分离。

　　面漆的一般固化温度范围是120-140℃，在这个温度下的固化时间能够控制交联程度。在这种情况下，高度的交联是有可能的。

　　如下图所示，一种典型的涂料系统包括老化过程中涂料系统的破坏现象。

　　

　　助剂的使用提高耐久性

　　使用助剂提高外用面漆的耐久性可能是最为常见的实际应用。助剂的使用仍是必需的，因为对于大多数的汽车生产商来说，特种基料的价格太昂贵了。在清漆和基础漆中紫外光吸收剂的使用很大程度的减少了紫外光渗透到底层涂料层中。

　　空间位阻胺和胺醚衍生物被用来保护涂层基料避免由于光氧化过程所带来的破坏。

　　这个可以通过下面的图表来说明

　　修补涂料-制造加工过程完成后施涂到汽车上的涂料-需要在较低的温度下固化，因此交联度较低，在老化过程中较易受到破坏。修补涂料中需要添加较高浓度的稳定剂以便与OEM涂料的使用期限相匹配。

　　翻新涂料-修补在使用期限内损坏的汽车-通常用聚氨酯基料涂料，可以在低的温度下固化。一些基料的不配套性可能造成涂层界面的老化过程中易于受到较快的破坏，因为需要在这些涂料中添加较高浓度的稳定剂。

　　

　　卷材涂料

　　卷材涂料通常施涂一道底漆和一道面漆。基料的选择决定了空间位阻胺是否是必要的。含氟聚合物的基料比起较小光稳定的丙烯酸基料需要更少的空间位阻胺。如果面漆不是“紫外线不透明的”，则紫外光吸收剂将是必要的-越低的紫外线不透明度需要越多的紫外光吸收剂。这是因为在卷材涂料中最可能的老化现象是由于底漆老化造成的涂层分离。

　　粉末涂料

　　这些可以按照汽车涂料的情况处理。

　　工业维护涂料的特殊案例

　　维修保养涂料是施工到已经涂漆的表面，这一表面的旧涂层可以被全部除去，也可以不被除去。表面处理是确保涂层长久性的关键。基材表面的旧涂层的附着力不好会在老化过程中造成涂层分离。

　　维护基材的最大费用是劳动力费用。许多涂料需采用刷涂和喷涂方法施工，而且维护保养的建筑物可能非常巨大（例如桥梁）。涂料的费用仍然是个因素，但是涂料配方设计师在设计高耐候性的涂料时有非常大的成本弹性-厚的面漆可以保护对光和湿气敏感的基材-不透明的面漆在紫外线到达基材前过滤掉紫外光-无机颜料的应用可以防止退色。表面粉化在这样的应用中可能不太重要，但是可以通过添加空间受阻胺保护表面的基料，来减缓这一粉化过程。

　　稳定剂的选择

　　工业涂料中的稳定剂选择的基本原则和标准也是应用于汽车涂料中稳定剂选择的那些原则和标准：

　　影响稳定剂选择的因素包括：

　　·浓度

　　·1-2%的紫外光吸收剂通常在面漆内已足够使其“紫外线不透明”，也就是紫外线不能穿透至较内部的漆膜和涂层。

　　·1-2%位阻胺-有时更低的浓度也是足够的。

　　·当决定涂料中稳定剂的浓度时，稳定剂的分子量也是需要考虑的因素。

　　·挥发性

　　在室温固化时不重要，但当固化温度高于100℃时，特别是对于卷材涂料固化通常发生在温度高达300℃，这一因素需要考虑。

　　·与基料的不相容性

　　一些稳定剂在某些基料中的相容性不好，因此可能迁移到其他涂层，这样就降低了稳定剂的功效-一个实例是面层清漆的紫外吸收剂迁移至底色涂层。

　　·自身变色

　　一些紫外吸收剂部分吸收了光谱中的可见光，因此颜色有些发黄-这在清漆中会是个问题。

　　·稳定剂和涂料中的组分发生相互反应

　　例如较大碱性的空间受阻胺可以和酸性催化剂发生反应。

　　·不溶性

　　如果稳定剂不能很好的溶于涂料体系中，则它不能作为高效的稳定剂，同样不能很好的混合到涂料中。对于水性涂料体系，稳定剂的混合是个问题-碱性的空间位阻胺可以造成PH值的剧烈变化-稳定剂生产商可以提供解决这一问题的方法。

　　市场上的紫外光稳定剂和空间位阻胺（胺醚）能够符合现在大部分商业上的涂料系统的这个说法可能是真实的。在水性系统中，稳定剂的混合并得到好的稳定性可能是最难以处理的问题。

　　7、耐候性测试

　　当涂料的化学成分、施工工艺和涂层配套设计已被使用者最终决定，下一步就是耐候性的测试。

　　涂料配套系统的户外耐候性测试可能要花费许多年的时间，但是此项又是涂料担保所必需的，这是别无选择的。户外耐候性测试液依赖于测试位置。当地条件可以有很大的不同：高强度自然紫外光暴晒（高山、澳大利亚）-高含盐量的空气-工业大气环境-热带气候（高湿含量）-沙漠气候。涂料的老化受这些因素的影响，因此，对一个特定的涂料系统按其在有效的使用年限内可能面临的气候条件进行测试是非常重要的。

　　大多数的涂料体系开始时是在人工条件下利用加速老化试验进行耐候性试验。当应用这样的实验方法时，检查其与自然条件下的结果的关联性依然是很明智的。

　　氙灯老化试验机、QUV荧光暴晒灯和克里夫兰冷凝箱（潮湿试验）是常见的加速测试系统。使用专门的滤光器后从氙灯发射的光线非常接近太阳光。QUV试验花费较长的时间，因为暴晒光线强度氙灯的光线强度弱。测试系统的选择要根据涂料化学成分的类型、涂层的数量和评定涂料体系在相应的应用中的耐候性知识来决定。