近(jìn)年(nián)來,人們越來(lái)越關(guān)心塗料(liào)中顏料(liào)的耐候(hòu)老化性(xìng)能(néng)。當(dāng)室(shì)外(wài)塗(tú)料(liào)受(shòu)到大氣(qì)條件下光照(zhào)，溫度，潮(cháo)濕等(děng)因(yīn)素的影響,會產生(shēng)褪色，色(sè)遷移(yí)，色強度(dù)變化等(děng)老(lǎo)化(huà)現象。

自然戶外曝曬(shài)和(hé)加速老(lǎo)化試(shì)驗箱(xiāng)是(shì)測試(shì)材(cái)料耐候老化(huà)性能的(dí)主(zhǔ)要方法。國(guó)內外塗料(liào)行業長期開展了(liǎo)戶外大氣(qì)老化測試。國內在(zài)海南(nán)，廣州(zhōu)，敦煌等地都有規模(mó)不(bù)等(děng)的戶外(wài)曝曬場(cháng),國際(jì)上通常(cháng)作為(wéi)基(jī)準曝曬地點(diǎn)的有美國的(dí)佛羅裏(lǐ)達(dá)和(hé)亞(yà)利桑那(nà)，澳大(dà)利亞(yà)的阿倫加(jiā)(Allunga)等。戶(hù)外曝(pù)曬(shài)測試有(yǒu)很多優點,如(rú)真實，便(biàn)宜，易(yì)於操作(zuò)等(děng)。

戶外曝(pù)曬(shài)的測試(shì)時間(jiān)相(xiāng)對(duì)較長,所以有必(bì)要(yào)進行(háng)試驗室加(jiā)速老(lǎo)化測試。在(zài)加速老化測試方麵,除(chú)少(shǎo)數的日本企業(yè)仍(réng)沿用(yòng)碳弧燈(dēng)外,主(zhǔ)要(yào)的(dí)測試方(fāng)法(fǎ)有(yǒu)紫(zǐ)外光(guāng)照(zhào)和氙(xiān)燈(dēng)兩(liǎng)種。

然(rán)而(ér),氙燈加速老化(huà)試(shì)驗箱(xiāng)不(bù)能模(mó)擬所有(yǒu)的老(lǎo)化參(cān)數(shù),而且(qiě)有(yǒu)一些測試變量(liáng)容(róng)易(yì)引起(qǐ)錯(cuò)誤(wù)的(dí)試(shì)驗結(jié)果(guǒ),從而導(dǎo)致錯(cuò)誤(wù)的結論(lùn)。但是(shì)可(kě)以(yǐ)利(lì)用(yòng)戶外(wài)曝(pù)曬的(dí)結(jié)果(guǒ)作(zuò)為參考來(lái)檢驗(yàn)加速老化測(cè)試(shì)的真實性(xìng), 從後(hòu)使得(dé)加速(sù)老化(huà)試驗(yàn)更(gēng)具有實際使(shǐ)用價(jià)值。

1 試驗目的(dí)

本文試(shì)驗目(mù)的是比較自然戶(hù)外曝曬(shài)與氙(xiān)燈試驗(yàn)室(shì)加速(sù)老化(huà)測試(shì)方(fāng)法(fǎ)  之間(jiān)的(dí)結(jié)果,並(bìng)通(tōng)過(guò)試驗數據(jù)及數(shù)學計算,找(zhǎo)出(chū)兩者之間(jiān)的對(duì)應(yīng)關(guān)係。

2 兩(liǎng)種測(cè)試(shì)方(fāng)法簡(jiǎn)介(jiè)

2.1 Allunga 自然戶(hù)外曝曬(shài)

本(běn)文(wén)所(suǒ)做研究的自然(rán)戶外(wài)曝(pù)曬在(zài)澳大(dà)利(lì)亞(yà)的(dí) Allunga(緯(wěi)度(dù)19°,南(nán)半(bàn)球(qiú))進行,樣品架(jià)朝北,與(yǔ)水(shuǐ)平麵之間(jiān)的夾(jiā)角為(wéi)19°。曝(pù)曬時間(jiān)為24個(gè)月,並在(zài)不同(tóng)時(shí)間段(duàn)取出(chū)樣(yàng)品,測試它們的(dí)顏(yán)色(sè)變(biàn)化。測試樣(yàng)品架及(jí)曝曬(shài)場如圖1所(suǒ)示。

戶(hù)外(wài)暴曬(shài)場(cháng)

測試期間2007年(nián)及2008年的氣候條(tiáo)件如表1所示(shì)。

表(biǎo)1 2007及2008年(nián)度(dù)Allunga的氣候情況

2.2 Q-Sun 試(shì)驗(yàn)室加(jiā)速(sù)測(cè)試

2.2.1 氙燈(dēng)試(shì)驗箱的老化(huà)原理

氙燈(dēng)試驗箱(xiāng)可以(yǐ)模(mó)擬全光譜太(tài)陽(yáng)光(guāng),包括(kuò)紫外綫(xiàn)，可見光(guāng)和紅(hóng)外綫(xiàn)。其優點(diǎn)是1 a中任何(hé)時候(hòu)都有重(zhòng)現(xiàn)性,快速,它是(shì)與(yǔ)日光(guāng)源(yuán)最(zuì)接(jiē)近的人(rén)工光源。

氙燈產(chǎn)生的光譜(pǔ)必須(xū)經過(guò)過濾來減少不需要(yào)的(dí)光譜(pǔ)成分(fēn)。使用(yòng)不同類(lèi)型(xíng)的(dí)玻(bō)璃過濾(lǜ)器可得(dé)到(dào)不(bù)同(tóng)的(dí)光(guāng)譜(pǔ)。有(yǒu)經(jīng)常使用的(dí)3種類型過(guò)濾(lǜ)器(qì)：日光，窗玻(bō)璃和(hé)紫(zǐ)外延伸(shēn)過濾器(qì)。本次試驗中,采用日光(guāng)過濾器,圖(tú)2顯(xiǎn)示(shì)了這種過(guò)濾器(qì)產(chǎn)生的光譜,同時也顯示(shì)了295~400 nm的(dí)紫(zǐ)外綫(xiàn)短波(bō)段(duàn)的光譜圖(tú)。可以看出該(gāi)光譜(pǔ)較好地(dì)模擬了(liǎo)太陽(yáng)光譜。

圖2 配備有日(rì)光過(guò)濾(lǜ)器的Q-SUN光譜和(hé)太陽光(guāng)譜的比(bǐ)較

大(dà)多(duō)數(shù)氙燈(dēng)檢(jiǎn)測(cè)設(shè)備通(tōng)過水(shuǐ)噴(pēn)淋或濕(shī)度控(kòng)製係(xì)統來模擬(nǐ)濕度(dù)的影響。水(shuǐ)噴淋可很好(hǎo)地模擬熱衝(chōng)擊和(hé)機(jī)械侵蝕。在(zài)測試係統(tǒng)中,為(wéi)了防止(zhǐ)水對樣(yàng)品(pǐn)的(dí)汙染,試驗(yàn)用高純度(dù)的去離子(zǐ)水。

氙燈試(shì)驗箱的工作示意圖如圖3所示。

2.2.2 氙燈試驗箱測(cè)試條(tiáo)件

按照表(biǎo)2測試條(tiáo)件對測(cè)試樣板進(jìn)行曝(pù)曬,同(tóng)樣(yàng)在不同(tóng)時間段取(qǔ)出待測(cè)樣(yàng)板,觀察它們的(dí)顏色(sè)變化(huà)。

表(biǎo)2 氙(xiān)燈實(shí)驗室(shì)加(jiā)速(sù)測試(shì)程序(xù)參(cān)數

2.3 樣(yàng)板(bǎn)製備及評(píng)估方法

將待檢測的COLORTREND?1，2，3，4，5， 6 # 共6種不(bù)同(tóng)的建(jiàn)築(zhù)塗料用(yòng)色(sè)漿,按一(yī)定的(dí)比(bǐ)例(lì)加(jiā)入到(dào)標(biāo)準檢測用(yòng)平光(guāng)外牆(qiáng)塗(tú)料(liào)中,使之(zhī)達到1/25顏色標準深(shēn)度。在(zài)震(zhèn)蕩機上(shàng)震(zhèn)蕩3 min混匀,在(zài)預塗(tú)了(liǎo)底(dǐ)漆的鋁板上用100 μm綫(xiàn)棒塗布2道(dào)。在(zài)室(shì)溫放置5 d後(hòu)進(jìn)行(háng)曝曬試(shì)驗。每種顏色的(dí)同(tóng)一試(shì)驗各製(zhì)備4塊樣板(bǎn),3塊(kuài)投(tóu)入試(shì)驗,1塊(kuài)作(zuò)為標(biāo)準(zhǔn)板(bǎn)室內(nèi)放置(zhì)。

自然(rán)戶外曝(pù)曬(shài)共24個(gè)月(yuè),在6個月(yuè)，9個月(yuè)，12 個月，18個月，24個(gè)月各評(píng)估一次;氙燈(dēng)試驗室加速測試按表(biǎo)2試驗條件(jiàn)運(yùn)行(háng)2 000 h,樣(yàng)板(bǎn)評(píng)估間(jiān)隔周期為(wéi)500 h。用(yòng)分光光度計(jì)在D 65 標準光源下(xià)與標準(zhǔn)板(bǎn)對比(bǐ)檢測(cè)顏色,記(jì)錄(lù)色(sè)差(chà)DE值(zhí)。目(mù)測(cè)塗(tú)膜表麵(miàn)是否(fǒu)有(yǒu)失(shī)光，粉化，開裂(liè)，脫(tuō)落(là)及(jí)斑點等現(xiàn)象 。本試驗(yàn)中(zhōng)使(shǐ)用(yòng)了(liǎo)高耐(nài)候的(dí)平光(guāng)外(wài)牆塗(tú)料,經2 000 h 氙燈(dēng)及(jí)24個月自(zì)然(rán)曝曬,塗膜表麵(miàn)均(jūn)無失光，粉化(huà)，開裂，脫(tuō)落(là)及斑點等現象(xiàng),不(bù)影響顏色評(píng)判(pàn)。

3 戶(hù)外(wài)曝曬(shài)與氙(xiān)燈(dēng)試(shì)驗室(shì)加速(sù)測(cè)試(shì)之間的(dí)比較

根據(jù)所(suǒ)得評估(gū)結果(guǒ)的數據(jù),分(fēn)別計算了(liǎo)自然戶(hù)外(wài)曝曬與(yǔ)氙燈試(shì)驗室(shì)加速測(cè)試方法(fǎ)之間(jiān)的相關(guān)係數 rs (spearman)。該(gāi)相(xiāng)關(guān)係數指(zhǐ)的是利用兩種不(bù)同(tóng)的測試方法(fǎ)對一(yī)組樣(yàng)品(pǐn)進行測試(shì),所得試驗(yàn)結果(guǒ)之(zhī)間(jiān)的(dí)相(xiāng)關性。

相關(guān)係(xì)數 rs 的計算公式(shì)為： r s =1-6 ∑ d_i² /[n(n² -1)]

其(qí)中,n是(shì)樣(yàng)品的個(gè)數, d i 是(shì)兩列排(pái)序中(zhōng)每(měi)一組(zǔ)排位數之間的(dí)差(chà)值(zhí)。 r s 越接(jiē)近於(yú)1,相關(guān)性越好。通過(guò)以上方法(fǎ)求出自然(rán)戶外(wài)曝(pù)曬與(yǔ)氙燈試驗室加(jiā)速老化(huà)測(cè)試(shì)結果之(zhī)間(jiān)的(dí)相(xiāng)關(guān)係數(shù),並(bìng)對試驗(yàn)數據(jù)進(jìn)行(háng)評(píng)估,解(jiě)決大家(jiā)通常(cháng)比較關心(xīn)的問(wèn)題——對於不(bù)同(tóng)顏料(liào)類(lèi)型,如果試(shì)驗室(shì)加(jiā)速(sù)測試與戶(hù)外曝曬結(jié)果(guǒ)的相關性足夠(gòu)好(hǎo),那(nà)麼在氙燈試(shì)驗箱中測試多(duō)少小(xiǎo)時相當(dāng)於在(zài)戶外曝曬(shài)多(duō)少(shǎo)個月(yuè)的結果(guǒ)。 6種樣(yàng)品(pǐn)在戶外(wài)曝(pù)曬的(dí)顏(yán)色(sè)變化(huà)(DE)的值如(rú)圖(tú)4 所示(shì)。

氙燈(dēng)試驗室加(jiā)速測(cè)試的顏(yán)色變化(huà)(DE)的值如圖 5所(suǒ)示(shì)。

觀(guān)察圖(tú)4，圖(tú)5的數據(jù),可(kě)以(yǐ)看(kàn)出,不管是(shì)戶外(wài)曝曬(shài)還是氙燈(dēng)加(jiā)速測試(shì),每(měi)種樣(yàng)品的(dí)顏(yán)色均發生(shēng)變化, 而且隨(suí)著試驗時間(jiān)的(dí)增長(cháng),DE的(dí)值(zhí)都(dū)在增加。在計算氙燈測(cè)試(shì)2 000 h相(xiāng)當於(yú)戶(hù)外(wài)曝曬多(duō)少個(gè)月(yuè)之前,我(wǒ)們需要(yào)知(zhī)道(dào)它們之(zhī)間(jiān)的(dí)相(xiāng)關性如何。隻有(yǒu)在相(xiāng)關(guān)性(xìng)好的情況(kuàng)下(xià),計(jì)算氙(xiān)燈測試2 000 h相(xiāng)當於戶外(wài)曝(pù)曬(shài)多(duō)少個(gè)月(yuè)才有意義。

由 rs =1-6 ∑ d_i² /[n(n² -1)]計(jì)算,得出(chū)Allunga自然戶(hù)外(wài)曝曬與氙(xiān)燈試(shì)驗(yàn)室加速(sù)測試(shì)之間的(dí)相(xiāng)關(guān)係(xì)數。以(yǐ)500 h氙(xiān)燈與6個(gè)月(yuè)自然(rán)曝曬(shài)之間的(dí)相關(guān)性為例(lì),相關(guān)係(xì)數 rs 的(dí)計算方(fāng)法(fǎ)如表3。依(yī)據公(gōng)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) 則 rs =0.89

所有(yǒu)相關係數的(dí)數(shù)值如表4所示。

表4 Allunga自然戶外曝(pù)曬(shài)與氙燈實驗室(shì)加(jiā)速測試之(zhī)間的相(xiāng)關(guān)係數

從(cóng)表4可以看出(chū),Allunga戶(hù)外曝曬6個(gè)月(yuè)，9個月(yuè)，12個(gè)月(yuè)，18個(gè)月，24個月的結果(guǒ)與(yǔ)氙燈試(shì)驗(yàn)箱 500 h，1 000 h，1 500 h，2 000 h各時(shí)間段的(dí)相(xiāng)關性都比較(jiào)好。

根據圖(tú)4，圖5的顏(yán)色變化(huà)數據(jù)可(kě)知(zhī),在氙弧(hú)燈(dēng)試(shì)驗箱(xiāng)中(zhōng)測試2 000 h,其樣品的(dí)顏(yán)色變(biàn)化(huà)沒有(yǒu)戶外曝曬(shài)24個(gè)月(yuè)的(dí)顏色變化大。我們以在氙弧燈試驗箱中測(cè)試(shì)1 000 h，1 500 h，2 000 h樣品(pǐn)發(fā)生的(dí)顏(yán)色變化(huà)為基(jī)準,計算每(měi)種(zhǒng)樣(yàng)品(pǐn)在(zài)氙弧(hú)燈試(shì)驗箱中測試(shì)1 000 h，1 500 h，2 000 h分(fēn)別相當於(yú)戶外曝(pù)曬多少個(gè)月,然(rán)後取(qǔ)其算術平(píng)均值。通過計算,其對(duì)應關係(xì)如表5所示。

表5 Allunga自然(rán)戶外(wài)曝曬與氙(xiān)燈實驗室加速測試(shì)時(shí)間的(dí)對(duì)應關係

4 結論

戶外測(cè)試是試驗室(shì)加速(sù)老化(huà)測(cè)試的基(jī)礎。通過本文研(yán)究,我(wǒ)們認為兩者(zhě)試驗(yàn)數據間(jiān)有一定的(dí)關聯(lián)性(xìng)。我(wǒ)們(mén)也(yě)進(jìn)一步認識到積極(jí)開展(zhǎn)戶(hù)外老(lǎo)化測試,並(bìng)用(yòng)以指(zhǐ)導(dǎo)試驗室加(jiā)速測試的重(zhòng)要性(xìng)。當(dāng)然兩(liǎng)者之間(jiān)的對應關係會因戶(hù)外(wài)測(cè)試(shì)的(dí)地理(lǐ)位(wèi)置，氣候變(biàn)化，底材種(zhǒng)類(lèi)的(dí)變化等(děng)而有所(suǒ)不(bù)同。

更(gēng)重(zhòng)要的是顏(yán)料(liào)與塗(tú)料作為(wéi)一個(gè)整(zhěng)體進行試驗(yàn)。不同的塗料(liào)體(tǐ)係(xì)會得(dé)到不(bù)同的結果。如果塗料(liào)體係(xì)，顏料類型，或顏(yán)料含量等任(rèn)意一項發生改(gǎi)變(biàn),我們(mén)隻能(néng)對最(zuì)終(zhōng)結(jié)果作推(tuī)測(cè)。因為這些(xiē)改變(biàn)可能對最(zuì)終結果(guǒ)產生較(jiào)大的影響。