比較了自然戶(hù)外暴露和氙燈加速老化試驗(yàn)的結(jié)果。檢驗(yàn)表明它們之間有很好的相關(guān)性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)顏料和涂料體系的耐久性是可行的、可靠的。
近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注涂料中顏料的耐候老化性能。室外涂料在大氣條件下受光照、溫度、濕度等因素影響時(shí)，會(huì)出現(xiàn)褪色、顏色遷移、顏色強(qiáng)度變化等老化現(xiàn)象。
戶(hù)外暴露和加速老化試驗(yàn)箱是測(cè)試材料耐候性的主要方法。戶(hù)外大氣老化試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)外涂料行業(yè)開(kāi)展已久。我國(guó)海南、廣州、敦煌等地都有不同規(guī)模的戶(hù)外暴露場(chǎng)地，國(guó)際上通常以美國(guó)的佛羅里達(dá)和亞利桑那、澳大利亞作為基準(zhǔn)暴露場(chǎng)地。戶(hù)外暴露試驗(yàn)具有真實(shí)性、廉價(jià)性和易操作性等優(yōu)點(diǎn)。
室外暴露試驗(yàn)時(shí)間比較長(zhǎng)，需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行加速老化試驗(yàn)。在加速老化試驗(yàn)方面，除了少數(shù)日本公司還在使用碳弧燈外，主要的試驗(yàn)方法是紫外線(xiàn)燈和氙燈。但是氙燈加速老化試驗(yàn)箱并不能模擬所有的老化參數(shù)，有些測(cè)試變量很容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)試結(jié)果，從而得出錯(cuò)誤的結(jié)論。但室外暴露的結(jié)果可以作為檢驗(yàn)加速老化試驗(yàn)真實(shí)性的參考，這將使加速老化試驗(yàn)更加實(shí)用。
1.測(cè)試目的
本文旨在比較自然室外曝曬和氙燈實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)方法的結(jié)果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(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
2.1 自然戶(hù)外暴露
本研究的自然室外暴露在澳大利亞(緯度19，南半球)進(jìn)行，樣品架朝北，樣品架與水平面的夾角為19°。暴露時(shí)間為24個(gè)月，在不同時(shí)間段取出樣品，測(cè)試其顏色變化。
2.2 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)
2.2.1氙燈試驗(yàn)箱老化原理
氙燈試驗(yàn)箱可以模擬全光譜太陽(yáng)光，包括紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)是1a內(nèi)隨時(shí)可重現(xiàn)，速度快，是接近太陽(yáng)光源的人工光源。
氙燈產(chǎn)生的光譜必須被過(guò)濾以減少不想要的光譜成分。不同類(lèi)型的玻璃濾光器可以用來(lái)獲得不同的光譜。常用的濾光器有三種:日光、窗玻璃和紫外線(xiàn)擴(kuò)展濾光器。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使用了日光過(guò)濾器。
大多數(shù)氙燈檢測(cè)設(shè)備通過(guò)噴水或濕度控制系統(tǒng)來(lái)模擬濕度的影響。噴水可以很好地模擬熱沖擊和機(jī)械侵蝕。在測(cè)試系統(tǒng)中，為了防止水污染樣品，測(cè)試中使用了高純度去離子水。
2.2.2氙燈試驗(yàn)箱的試驗(yàn)條件
在不同時(shí)間段取出待測(cè)樣品，觀察其顏色變化。
2.3樣品制備和評(píng)價(jià)方法
將彩色END1、2、3、4、5、6#六種不同的待測(cè)建筑涂料色漿按一定比例加入到標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的平面外墻涂料中，達(dá)到1/25顏色的標(biāo)準(zhǔn)深度。在振蕩器上搖動(dòng)3分鐘，能混合，并用100μm的金屬線(xiàn)在預(yù)先涂好底漆的鋁板上涂?jī)纱巍Ｔ谑覝叵路胖?天后，進(jìn)行暴露試驗(yàn)。對(duì)于每種顏色的同一個(gè)測(cè)試，準(zhǔn)備四個(gè)樣品，三個(gè)樣品投入測(cè)試，一個(gè)樣品放在標(biāo)準(zhǔn)板房。
戶(hù)外暴露共24個(gè)月，每6個(gè)月、9個(gè)月、12個(gè)月、18個(gè)月、24個(gè)月評(píng)估一次；氙燈實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的試驗(yàn)條件運(yùn)行2000小時(shí)，樣品評(píng)價(jià)間隔期為500小時(shí)。在D65標(biāo)準(zhǔn)光源下用分光光度計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)板比較顏色，記錄色差。目視檢查涂膜表面是否粗糙、粉化、開(kāi)裂、脫落和有斑點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用高耐候性的平面外墻涂料。經(jīng)2000h氙燈照射和24個(gè)月自然暴露后，涂膜表面無(wú)失光、粉化、開(kāi)裂、脫落和斑點(diǎn)，不影響顏色評(píng)價(jià)。
3.室外暴露與氙燈實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的比較。
根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果的數(shù)據(jù)，計(jì)算了室外自然暴露與氙燈實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法的相關(guān)系數(shù)rs(spearman)。相關(guān)系數(shù)是指用兩種不同的測(cè)試方法測(cè)試一組樣本所得到的測(cè)試結(jié)果之間的相關(guān)性。
相關(guān)系數(shù)rs的公式為:rs=1-6∑ d i2/[n(n2-1)]，其中n為樣本數(shù)，d i為兩列中各組的秩之差。rs越接近1，相關(guān)性越好。通過(guò)上述方法，得出氙燈實(shí)驗(yàn)室自然室外曝曬與加速老化試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，解決了人們通常關(guān)心的問(wèn)題——對(duì)于不同的顏料類(lèi)型，如果實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)與室外曝曬結(jié)果的相關(guān)性足夠好，在氙燈試驗(yàn)箱中測(cè)試多少小時(shí)，相當(dāng)于室外曝曬多少個(gè)月的結(jié)果。
數(shù)據(jù)可以看出，無(wú)論室外曝曬還是氙燈加速測(cè)試，每個(gè)樣品的顏色都有變化，DE的值隨著測(cè)試時(shí)間的增加而增加。在計(jì)算多少個(gè)月的氙燈測(cè)試2000h小時(shí)相當(dāng)于戶(hù)外暴露之前，我們需要知道它們之間的相關(guān)性。只有相關(guān)性好的情況下，計(jì)算2000h小時(shí)的氙燈測(cè)試相當(dāng)于多少個(gè)月的戶(hù)外暴露才有意義。根據(jù)rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]，得出自然室外曝曬與氙燈實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)。以500h氙燈與6個(gè)月自然暴露的相關(guān)性為例。
根據(jù)公式RS = 1-6×[(1-1)2+(6-6)2+(4-5)2+(3-2)2+(5-4)2+(2-3)2]/6×(62-1)，rs=0.89。戶(hù)外暴露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500h、1000h、1500h、2000h的相關(guān)性較好。樣品在氙弧燈試驗(yàn)箱中測(cè)試2000h小時(shí)的顏色變化沒(méi)有在室外暴露24個(gè)月的顏色變化大。根據(jù)在氙弧燈試驗(yàn)箱中測(cè)試的1000小時(shí)、1500小時(shí)和2000小時(shí)樣品的顏色變化，我們計(jì)算了每個(gè)樣品在氙弧燈試驗(yàn)箱中分別測(cè)試1000小時(shí)、1500小時(shí)和2000小時(shí)時(shí)暴露在陽(yáng)光下的月數(shù)，然后取算術(shù)平均值。
4.結(jié)論
室外試驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)。通過(guò)本文的研究，我們認(rèn)為兩者的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間存在一定的相關(guān)性。我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到積極開(kāi)展室外老化試驗(yàn)并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的重要性。當(dāng)然，由于室外測(cè)試的地理位置、氣候變化、基材種類(lèi)變化等原因，兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系會(huì)有所不同。更重要的是，顏料和涂層是作為一個(gè)整體來(lái)測(cè)試的。不同的涂層系統(tǒng)會(huì)得到不同的結(jié)果。如果涂層系統(tǒng)、顏料類(lèi)型或顏料含量中的任一一個(gè)發(fā)生變化，我們只能推測(cè)終的結(jié)果。因?yàn)檫@些變化可能會(huì)對(duì)終的結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。
