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(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，粉末涂料在戶外的應(yīng)用越來(lái)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(lái)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(shù)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(yáng)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(guò)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?，人們通常?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(shù)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(guò)雙螺桿擠出機(jī)擠出冷卻。

  將擠出的物料通過(guò)咖啡研磨進(jìn)行研磨，然后過(guò)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(guò)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(guò)自由基捕獲和氫過(guò)氧化物分解來(lái)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(lái)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(yáng)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(lái)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(guò)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(guò)氧化氫分解抗氧劑，主要促進(jìn)聚合物中過(guò)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(guò)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(guó)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?？梢钥闯觯?/p>

  （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?？寡鮿?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?？寡鮿┩扑]用量為0.5%～1.0%，所以配方6的用量較少，說(shuō)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(guò)程中樹(shù)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?shù)脂分解成低分子量產(chǎn)物的趨勢(shì)，使高分子樹(shù)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(jiàn)，添加抗氧劑可有效抑制粉末涂料在加工和后固化過(guò)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(shù)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(shù)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(lái)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(shuō)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(guó)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(guò)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(méi)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(méi)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(guò)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(guò)程包括光降解和光氧化兩個(gè)不同的過(guò)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(guò)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(jiàn)表4、表5。

  

  

  通過(guò)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(guò)進(jìn)一步的基于理論的實(shí)驗(yàn)來(lái)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(yǔ)

  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^(guò)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。