光穩(wěn)定劑和抗氧劑在粉末涂料中應(yīng)用的應(yīng)用及其對(duì)性能的影響

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  摘要：系統(tǒng)介紹了光穩(wěn)定劑和抗氧劑的種類，分別研究了抗氧劑、光穩(wěn)定劑及其在粉末涂料中的組合應(yīng)用，闡述了它們對(duì)涂膜光/熱的抑制或延緩作用。氧化速率所起的作用機(jī)制。

  前言

  隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，粉末涂料在戶外的應(yīng)用越來越普遍。因此，保護(hù)??和裝飾用粉末涂料的耐候性和耐久性也越來越受到重視，尤其是天花板、幕墻板、飲水機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)、鋁型材等室內(nèi)外產(chǎn)品. 涂層。

  影響粉末涂料耐候性的因素很多，包括樹脂、固化劑、顏填料和其他助劑的結(jié)構(gòu)和性能等內(nèi)在因素；以及陽光的作用（主要是紫外線）、大氣的成分（氧氣、臭氧、工業(yè)煙霧等）、濕度（包括酸雨、鹽霧等）、自然因素（外部因素）等溫度變化。

  紫外線是粉末涂料自然老化的主要原因靜電粉末噴槍，大氣中的氧氣是促進(jìn)自然老化的重要因素。在紫外線和氧氣的作用下，粉末涂料被觸發(fā)產(chǎn)生自動(dòng)氧化反應(yīng)，即氧化鏈反應(yīng)，使粉末涂料降解。水和熱加速該反應(yīng)并充當(dāng)光氧化的催化劑。

  因此，各種因素的影響不容忽視。只有了解各種因素對(duì)粉末涂料的作用，把握主要矛盾，才能找到提高其耐候性的對(duì)策。

  在粉末涂膜的形成過程中，會(huì)出現(xiàn)弱鏈鍵和二烯結(jié)構(gòu)的大分子鏈。紫外線照射后，容易發(fā)生光致氧化降解反應(yīng)（老化），導(dǎo)致涂膜褪色、粉化。

  為了抑制或延緩?fù)磕さ墓庋趸俣龋藗兺ǔ?huì)添加抗氧化劑、紫外線吸收劑或光穩(wěn)定劑或三者的混合物。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)，探討了抗氧劑和光穩(wěn)定劑在粉末涂料中的應(yīng)用及其對(duì)性能的影響。

  1、實(shí)驗(yàn)部分

  1.1 測(cè)試板的準(zhǔn)備

  將樹脂、固化劑、流平劑、顏填料等助劑按粉末涂料配方稱重，放入攪拌釜中高速混合，然后通過雙螺桿擠出機(jī)擠出冷卻。

  將擠出的物料通過咖啡研磨進(jìn)行研磨，然后過篩靜電粉末噴槍，將得到的成品粉末涂料用40kV高壓靜電噴槍噴涂到砂紙拋光的鋼板上，放入烘箱烘烤固化. 模板。

  1.2 性能測(cè)試方法

  人工加速老化試驗(yàn)：QUV用于人工加速老化試驗(yàn)，QUV采用QUB313光源，運(yùn)行200h，其中：a值試驗(yàn)條件：UV：0.72W/m2，50℃，4h；b值測(cè)試條件：冷凝：40℃，4h。

  烘烤試驗(yàn)：為測(cè)定光穩(wěn)定劑的耐熱性，采用烘箱烘烤法，烘烤條件為220℃，30min進(jìn)行耐熱試驗(yàn)。

  2、結(jié)果與討論

  2.1 抗氧化劑應(yīng)用研究

  從聚合物的熱氧化降解機(jī)理可知，聚合物的熱氧化降解主要是由氫過氧化物加熱產(chǎn)生自由基引起的鏈?zhǔn)阶杂苫磻?yīng)引起的。

  因此，可以通過自由基捕獲和氫過氧化物分解來抑制聚合物的熱氧化降解，如圖1所示。1. 其中，抗氧化劑廣泛用于上述的氧化抑制作用。

  

  抗氧化劑（或稱熱穩(wěn)定劑）是用來抑制或延緩聚合物在大氣中的氧或臭氧作用下降解的添加劑，是高分子材料中應(yīng)用最廣泛的添加劑。

  粉末涂料在高溫烘烤或陽光照射后會(huì)發(fā)生熱氧化降解，老化、泛黃等現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的外觀和性能。穩(wěn)定器來實(shí)現(xiàn)。

  抗氧化劑可根據(jù)其功能（即干預(yù)自氧化化學(xué)過程）分為三大類：

  第一類稱為鏈終止抗氧劑，主要捕獲或清除聚合物自氧化產(chǎn)生的自由基；

  第二種叫做過氧化氫分解抗氧劑，主要促進(jìn)聚合物中過氧化氫的非自由基分解；

  第三種稱為金屬離子鈍化型抗氧劑，能與有害金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，從而鈍化金屬離子對(duì)聚合物自氧化過程的催化作用。

  三類抗氧劑中，第一類稱為主抗氧劑，主要包括受阻酚類和仲芳胺類；第三種稱為輔助抗氧劑，包括亞磷酸鹽、二硫代氨基甲酸金屬鹽等。為了獲得滿足應(yīng)用要求的穩(wěn)定涂層，通常選擇多種抗氧劑的組合。

  在下面的測(cè)試中，在粉末涂料配方中加入不同的抗氧劑，噴涂固化后制備樣品，在相同的涂膜厚度下用比色計(jì)測(cè)量b值，采用國際通用的粉末涂料CIE Lab色系( DIN 6174、ISO 10526 和 ASTM 2244) 評(píng)估涂膜的顏色。

  

  表1是按涂膜顏色由次到優(yōu)排序的測(cè)試結(jié)果。可以看出：

  （1)基本配方1失光嚴(yán)重。顏料雖然耐熱性好，但成膜后變色。分析認(rèn)為顏料在高溫下被氧化，顏料中的部分基團(tuán)被氧化在氧氣的作用下發(fā)生反應(yīng)。

  (2)公式2和公式3的顏色變化比公式1好，但是提升不明顯，公式3比公式2好。

  經(jīng)分析，抗氧劑阻止了進(jìn)一步的氧化，減少了變色，抗氧劑3的效果優(yōu)于抗氧劑2。另一個(gè)原因可能是它們都是受阻胺，阻止顏料氧化后產(chǎn)生染色基團(tuán)，但效果不好，只能在部分氧化后阻止進(jìn)一步反應(yīng)，所以效果不是最優(yōu)的。

  （3)配方4優(yōu)于配方3，但不是最優(yōu)的。由于亞磷酸酯類抗氧劑具有良好的護(hù)色能力，具有還原性，能快速恢復(fù)高溫下氧化的顏料，因此具有良好的抗氧化效果。

  （4)配方5比配方4的效果更好。在這個(gè)配方中，主抗氧劑和輔助抗氧劑并用，既能防止顏料進(jìn)一步氧化，又能迅速去除氧化基團(tuán)的還原，輔助抗氧劑可以使主要抗氧劑產(chǎn)生的染色基團(tuán)變亮，并具有良好的協(xié)同作用。

  （5)配方6使用復(fù)合抗氧劑的保色效果明顯優(yōu)于配方5。抗氧劑4是高效亞磷酸酯和酚類抗氧劑的混合物，兩者比例合適，與非常好的抗氧化作用。

  

  （6)配方7優(yōu)于配方6，色彩效果與原色基本一致。抗氧劑推薦用量為0.5%～1.0%，所以配方6的用量較少，說明復(fù)合抗氧劑用量增加后顯色效果更好。

  (7)公式8測(cè)試表明，使用抗氧化劑可以有效抑制粉末涂料在擠出成膜固化過程中樹脂的氧化降解，提高抗沖擊性。

  添加抗氧劑的配方可以提高色母比，達(dá)到與不添加抗氧劑的較小色母比相同的性能。這是因?yàn)榭寡趸瘎┑募尤虢档土藰渲纸獬傻头肿恿慨a(chǎn)物的趨勢(shì)，使高分子樹脂能夠更好地包覆更多具有相同性能的填料。

  （8)配方10和配方9在白色涂膜樣品中可見，添加抗氧劑可有效抑制粉末涂料在加工和后固化過程中的黃變，改善白色粉末涂料的顏色性能。

  上述測(cè)試結(jié)果表明，雖然影響涂膜氧化的因素很多，如樹脂、顏料和助劑的質(zhì)量和種類、涂料的配方設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、溫度、氣氛、濕度和其他自然因素，適當(dāng)?shù)目寡趸瘧?yīng)用確實(shí)減少了這種趨勢(shì)的發(fā)生。

  2.2 光穩(wěn)定劑的應(yīng)用研究

  聚合物在光和氧作用下的降解稱為“光氧降解”。光穩(wěn)定劑又稱紫外線穩(wěn)定劑，是一種穩(wěn)定助劑，用于抑制聚合物樹脂的光氧降解，提高粉末涂膜的耐候性。

  根據(jù)穩(wěn)定機(jī)理的不同，光穩(wěn)定劑可分為遮光劑、紫外線吸收劑、激發(fā)態(tài)猝滅劑和自由基清除劑。

  由于粉末涂料的配方、固化工藝和固化形式的多樣化和復(fù)雜性，粉末涂料的光固化和光防護(hù)非常重要。

  其次，光穩(wěn)定劑對(duì)涂料的光老化和延長(zhǎng)涂膜的使用壽命有非常顯著的作用，而且用量很小，一般只有0.5%～1.0%的總公式。

  因此，在粉末涂料中應(yīng)用光穩(wěn)定劑來提高其耐候性是一種非常簡(jiǎn)單、成本低、非常有效的方法。表 2、表 3 測(cè)試將有助于說明光穩(wěn)定劑對(duì)薄膜性能的影響。

  

  

  按表2配方，在涂料中加入光穩(wěn)定劑，噴涂固化得到涂膜樣品。采用了國際上廣泛普及的快速耐候性試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法——人工加速老化（QUV）試驗(yàn)和烘烤試驗(yàn)。

  通過表3的測(cè)試結(jié)果，光穩(wěn)定劑的應(yīng)用性能評(píng)價(jià)如下：

  （1)室內(nèi)粉耐候性較差，但添加光穩(wěn)定劑會(huì)起到很大的作用。

  (2)A、D的配方中沒有光穩(wěn)定劑，測(cè)試表明明顯比加光穩(wěn)定劑的樣品差。

  (3)C、F配方樣品表明，光穩(wěn)定劑用量的增加可以顯著提高涂膜的保光保色性。

  (4)烘烤試驗(yàn)結(jié)果表明光穩(wěn)定劑沒有耐溫性，應(yīng)加入抗黃變助劑解決涂膜耐溫性。

  2.3 抗氧劑與光穩(wěn)定劑的協(xié)同應(yīng)用

  通過以上試驗(yàn)可知，涂膜的老化實(shí)際上是紫外光和氧氣共同作用的結(jié)果，而這個(gè)過程包括光降解和光氧化兩個(gè)不同的過程。

  但光穩(wěn)定劑和抗氧劑對(duì)涂膜的穩(wěn)定作用機(jī)制不同。兩種不同作用機(jī)制的穩(wěn)定劑聯(lián)合使用，有望獲得比單一穩(wěn)定劑更好的穩(wěn)定效果，即協(xié)同效應(yīng)。

  目前市場(chǎng)上有這樣的穩(wěn)定??劑，這也是穩(wěn)定劑的一種發(fā)展趨勢(shì)。但在協(xié)同作用的同時(shí)，兩種不同的穩(wěn)定劑之間也會(huì)出現(xiàn)相加和拮抗作用。

  因此，當(dāng)抗氧化劑和光穩(wěn)定劑一起使用時(shí)，了解兩者之間的不同反應(yīng)至關(guān)重要。只有掌握兩者綜合作用的潛在化學(xué)反應(yīng)，才能設(shè)計(jì)出有效的抗氧化劑和光穩(wěn)定劑體系。

  最典型的是HALS與抗氧劑的組合，紫外線吸收劑與抗氧劑的組合，以及紫外線屏蔽劑與抗氧劑的組合。

  通過涂膜的加速老化烘烤試驗(yàn)，評(píng)價(jià)了在粉末涂料配方中添加抗氧劑和光穩(wěn)定劑的效果。這里使用的光穩(wěn)定劑就是人們比較關(guān)心的HALS光穩(wěn)定劑。測(cè)試公式及結(jié)果見表4、表5。

  

  

  通過測(cè)試結(jié)果，對(duì)光穩(wěn)定劑進(jìn)行評(píng)價(jià)：

  （1)添加光穩(wěn)定劑對(duì)粉體的耐候性有顯著影響，但涂膜的耐黃變性不會(huì)改變。

  (2)光穩(wěn)定劑和抗氧劑的配合使用對(duì)涂膜的耐候性和變色性有顯著影響，最佳用量為1:1。

  (3)光穩(wěn)定劑和抗氧化劑的組合在HAA體系中更有效。

  光穩(wěn)定劑和抗氧劑的搭配并不像文章中描述的那么簡(jiǎn)單。不同光穩(wěn)定劑和抗氧化劑聯(lián)合使用的效果需要通過進(jìn)一步的基于理論的實(shí)驗(yàn)來證實(shí)。

  例如，HALS光穩(wěn)定劑與含硫抗氧劑合用會(huì)產(chǎn)生拮抗作用，降低聚合物的性能；HALS與含磷聚合物并用時(shí)，應(yīng)在1:1濃度條件下發(fā)揮協(xié)同作用。低分子HALS與HALS組合僅具有相加作用，而高分子HALS與低分子HALS組合則具有協(xié)同作用，以此類推。

  3、結(jié)束語

  粉末涂料中添加抗氧劑和光穩(wěn)定劑，能有效抑制和降低聚合物大分子在粉末涂料生產(chǎn)和應(yīng)用中的熱氧化和光氧化反應(yīng)速度，顯著提高涂膜的耐熱性和耐光性，延緩?fù)磕さ慕到夂屠匣^程延長(zhǎng)了涂膜的使用壽命。

  光穩(wěn)定劑和抗氧化劑的組合應(yīng)用于高性能粉末涂料。如果使用得當(dāng)，會(huì)有協(xié)同效應(yīng)，顯著提高粉末涂料的耐候性，尤其是Super-Duable粉末涂料；

  如果使用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生累加效應(yīng)甚至拮抗作用，降低涂膜的穩(wěn)定性。穩(wěn)定劑并用的趨勢(shì)將朝著多功能化方向發(fā)展。