程 军 黄丹丹 刘芝静 ( 江苏兰陵高分子材料有限公司 )
摘要：颜料是有色粉末涂料配方中不可或缺的重要组成部分，不同颜料因颜色(不同颜色对光线有不同的吸收和反射光谱)、化学性、吸油量、分散性等性能的不同，其在粉末涂料体系中表现的性能也不同，特别是在户外体系中，不同颜色对涂层的耐候性能有很大的影响，通过制备不同颜色的超耐候聚酯粉末涂料，同时进行UVB和户外天然曝晒试验，比较不同颜色对涂层耐候性和变色性能的影响。
0 引言
颜料在粉末涂料配方中的作用是使涂膜着色和产生装饰效果，是有色粉末涂料配方中不可或缺的重要组成部分[1]，颜料从外观可分为非彩色颜料(消色颜料)和彩色颜料两大类，非彩色颜料是指白色、黑色以及在白色和黑色之间的各种深浅不同的灰色颜料，彩色颜料是指黑白色以外的各种色彩的颜料[2]。颜色是一种反射色，即颜料吸收某种波长的光线后，反射出的颜色，属于减色体系。
光是我们人眼能感知到的电磁辐射，每个人可感知的可见光波长范围略有不同，但大多数情况下是在390~700nm。当可见光照射到颜料表面时，不同颜色的颜料会吸收不同的波长的光波，并反射出不能吸收的光波，成为我们所看到的颜色。
各种颜色的涂层，因不同颜色对太阳光的吸收和反射能力不同，从而导致其在耐候性方面会存在差异，本文主要在相同的人工加速老化(UVB)和天然曝晒条件下，对不同颜色的保光率和保色性之间的差别进行试验。
1 试验部分
1.1 主要试验原材料
超耐候聚酯树脂、TGIC、液体流平剂、701、安息香、酞菁蓝颜料、酞菁绿颜料、金红石型钛白粉、炭黑、DPP红、有机黄颜料、铁红、铁黄。以上材料均为工业级。
1.2 主要试验设备
双螺杆挤出机、微型药材粉碎机、静电喷枪、烘箱、光泽仪、色差仪(爱色丽)、测厚仪(易高)，紫外光加速老化试验机(Q-LAB)，天然曝晒场(地点：江苏常州)。
1.3 试验配方
为达到比较效果，对同是有机颜料的酞菁蓝、酞菁绿、DPP红、有机黄四种颜色与钛白粉的冲淡比例均为1:1，同时配方中的添加量也保持一致，配方见表1。
1.4 试验方法
按配方称取原料，经高速预混合后，采用双螺杆机挤出机熔融挤出，压片破碎，采用微型药材粉碎机粉碎，过160目筛网，得到粉末涂料。将粉末涂料采用高压静电喷枪，喷涂在铝板上，再经过10 min@200 ℃固化，然后再将试板进行UVB人工加速老化检测和天然曝晒检测。
2 试验结果与讨论
2.1 不同颜色涂膜外观和性能
将主要的颜料GB/T 5211.15-2014《颜料和体质颜料通用试验方法 第15部分：吸油量的测定》，各颜料吸油量见表2。不同颜色涂膜外观和性能见表3。
从以上两个表格可以看出：①不同吸油量的颜料对涂膜水平流动性影响较大，吸油量越大，流平性越差。②不同的颜料对冲击、光泽和胶化时间的影响没有明确的规律可循。
2.2 不同颜色耐人工加速老化(UVB)性能比较
将以上试板按GB/T 23987-2009《色漆和清漆 涂层的人工气候老化曝露 曝露于荧光紫外线和水》标准中A法进行，4 h@50±3 ℃凝露，4 h@60±3 ℃光照，光照强度0.68 W/m2。试验的保光率数据见见表4和图1，色差数据见表5和图2。
结果表明，人工加速老化(UVB)650 h后，保光率由高到低依次为白色、棕色、蓝色、黑色、红色、灰色、绿色、黄色。
结果表明，人工加速老化(UVB)650 h后，耐变色性由好到坏依次为白色、黑色、蓝色、棕色、绿色、黄色、灰色、红色。
2.3 不同颜色耐天然曝晒比较
将以上试板参考GB/T9276-1996《涂层自然气候曝露试验方法》标准中的方法进行天然曝晒，曝晒地点为江苏省常州市(本试验主要是在同等条件下，进行的对比试验，因此天然曝晒为到标准的天然曝晒场进行曝晒试验)。试验的保光率数据见见表6和图3，色差数据见表7和图4。
结果表明，天然曝晒5年后，保光率由高到低依次为棕色、黑色、灰色、绿色、黄色、蓝色、红色、白色，保光率最好。结果表明，天然曝晒5年后，耐变色性由好到坏依次为黑色、棕色、灰色、绿色、白色、蓝色、黄色、红色。
2.4 讨论
通过以上试验可以看出，UVB人工加速老化和天然曝晒之间的试验结果没有必然的联系。在UVB人工加速老化试验中白色保光率和耐变色性能都优于其他颜色，但在户外天然曝晒中，棕色和黑色的保光率和耐变色性能反而更加优秀。UVB主要采用的是313 nm的紫外线进行照射，白色可能对该波长具有极高的反射率，极大降低了313 nm紫外线对涂层的破坏，但在天然曝晒中，太阳光谱包含从紫外到红外的所有光，其对涂层和颜料也是一种更加综合的考验，此外大气环境的空气、水和酸雨等各种因素的耦合发生，也会导致涂层整体的降解与人工加速老化之间存在差异。
3 结语
在《有机涂料科学和技术》一书中，户外耐久性章节的颜料化效应是这么说的：许多颜料能吸收紫外线的辐射。其中细粒度的炭黑是最强的紫外线吸收剂。许多炭黑的结构上都会带有多个芳香稠环，有时在颜料表面还有苯酚基团。在后一种情况下，这些黑色颜料既是紫外线吸收剂有时抗氧化剂。以炭黑为颜料的涂层户外耐久性可得到很大的提高[2]。本次天然曝晒的试验结果也正好验证了这句话。颜料粒径在0.05~0.5 μm范围时，具有最佳的遮盖力、着色力和耐候性。大多数商品颜料的原级粒子粒径都在这个范围内。但由于在煅烧、烘干过程中，颜料的粒子常处于附聚态或聚集态[3]。在粉末涂料制备过程中，颜料经过高速预分散和熔融挤出分散后，因粉末涂料制备工艺的分散性的限制，其颜料基本还是处于附聚态或聚集态，远没有液体涂料中颜料分散的更加彻底(液体涂料颜料经过浸润、研磨分散、稳定，颜料可基本接近原级粒子)，后续感兴趣的可以对颜料分散性对涂层耐候性的影响进行试验。
参考文献：
[1]南仁植, 魏育福. 《粉末涂料与涂装技术》, 化学工业出版社, 2022年, 第4版.
[2]Frank N. Jones, Mark E. Nichols, Socrates Peter Pappas. Or-ganic Coating: Science and Technology, 化学工业出版社, 2021 年, 第1版.
[3]钱伯容. 《颜(填)料在涂料中的应用》, 2021年.
来源：粉末涂料与涂装2025年第五期
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