光稳定剂和抗氧剂在粉末涂料中应用的应用及其对性能的影响

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  摘要：系统介绍了光稳定剂和抗氧剂的种类，分别研究了抗氧剂、光稳定剂及其在粉末涂料中的组合应用，阐述了它们对涂膜光/热的抑制或延缓作用。氧化速率所起的作用机制。

  前言

  随着国民经济的快速发展，粉末涂料在户外的应用越来越普遍。因此，保护​​和装饰用粉末涂料的耐候性和耐久性也越来越受到重视，尤其是天花板、幕墙板、饮水机、空调、洗衣机、铝型材等室内外产品. 涂层。

  影响粉末涂料耐候性的因素很多，包括树脂、固化剂、颜填料和其他助剂的结构和性能等内在因素；以及阳光的作用（主要是紫外线）、大气的成分（氧气、臭氧、工业烟雾等）、湿度（包括酸雨、盐雾等）、自然因素（外部因素）等温度变化。

  紫外线是粉末涂料自然老化的主要原因静电粉末喷枪，大气中的氧气是促进自然老化的重要因素。在紫外线和氧气的作用下，粉末涂料被触发产生自动氧化反应，即氧化链反应，使粉末涂料降解。水和热加速该反应并充当光氧化的催化剂。

  因此，各种因素的影响不容忽视。只有了解各种因素对粉末涂料的作用，把握主要矛盾，才能找到提高其耐候性的对策。

  在粉末涂膜的形成过程中，会出现弱链键和二烯结构的大分子链。紫外线照射后，容易发生光致氧化降解反应（老化），导致涂膜褪色、粉化。

  为了抑制或延缓涂膜的光氧化速度，人们通常会添加抗氧化剂、紫外线吸收剂或光稳定剂或三者的混合物。本文结合实验，探讨了抗氧剂和光稳定剂在粉末涂料中的应用及其对性能的影响。

  1、实验部分

  1.1 测试板的准备

  将树脂、固化剂、流平剂、颜填料等助剂按粉末涂料配方称重，放入搅拌釜中高速混合，然后通过双螺杆挤出机挤出冷却。

  将挤出的物料通过咖啡研磨进行研磨，然后过筛静电粉末喷枪，将得到的成品粉末涂料用40kV高压静电喷枪喷涂到砂纸抛光的钢板上，放入烘箱烘烤固化. 模板。

  1.2 性能测试方法

  人工加速老化试验：QUV用于人工加速老化试验，QUV采用QUB313光源，运行200h，其中：a值试验条件：UV：0.72W/m2，50℃，4h；b值测试条件：冷凝：40℃，4h。

  烘烤试验：为测定光稳定剂的耐热性，采用烘箱烘烤法，烘烤条件为220℃，30min进行耐热试验。

  2、结果与讨论

  2.1 抗氧化剂应用研究

  从聚合物的热氧化降解机理可知，聚合物的热氧化降解主要是由氢过氧化物加热产生自由基引起的链式自由基反应引起的。

  因此，可以通过自由基捕获和氢过氧化物分解来抑制聚合物的热氧化降解，如图1所示。1. 其中，抗氧化剂广泛用于上述的氧化抑制作用。

  

  抗氧化剂（或称热稳定剂）是用来抑制或延缓聚合物在大气中的氧或臭氧作用下降解的添加剂，是高分子材料中应用最广泛的添加剂。

  粉末涂料在高温烘烤或阳光照射后会发生热氧化降解，老化、泛黄等现象会严重影响产品的外观和性能。稳定器来实现。

  抗氧化剂可根据其功能（即干预自氧化化学过程）分为三大类：

  第一类称为链终止抗氧剂，主要捕获或清除聚合物自氧化产生的自由基；

  第二种叫做过氧化氢分解抗氧剂，主要促进聚合物中过氧化氢的非自由基分解；

  第三种称为金属离子钝化型抗氧剂，能与有害金属离子形成稳定的螯合物，从而钝化金属离子对聚合物自氧化过程的催化作用。

  三类抗氧剂中，第一类称为主抗氧剂，主要包括受阻酚类和仲芳胺类；第三种称为辅助抗氧剂，包括亚磷酸盐、二硫代氨基甲酸金属盐等。为了获得满足应用要求的稳定涂层，通常选择多种抗氧剂的组合。

  在下面的测试中，在粉末涂料配方中加入不同的抗氧剂，喷涂固化后制备样品，在相同的涂膜厚度下用比色计测量b值，采用国际通用的粉末涂料CIE Lab色系( DIN 6174、ISO 10526 和 ASTM 2244) 评估涂膜的颜色。

  

  表1是按涂膜颜色由次到优排序的测试结果。可以看出：

  （1)基本配方1失光严重。颜料虽然耐热性好，但成膜后变色。分析认为颜料在高温下被氧化，颜料中的部分基团被氧化在氧气的作用下发生反应。

  (2)公式2和公式3的颜色变化比公式1好，但是提升不明显，公式3比公式2好。

  经分析，抗氧剂阻止了进一步的氧化，减少了变色，抗氧剂3的效果优于抗氧剂2。另一个原因可能是它们都是受阻胺，阻止颜料氧化后产生染色基团，但效果不好，只能在部分氧化后阻止进一步反应，所以效果不是最优的。

  （3)配方4优于配方3，但不是最优的。由于亚磷酸酯类抗氧剂具有良好的护色能力，具有还原性，能快速恢复高温下氧化的颜料，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。在这个配方中，主抗氧剂和辅助抗氧剂并用，既能防止颜料进一步氧化，又能迅速去除氧化基团的还原，辅助抗氧剂可以使主要抗氧剂产生的染色基团变亮，并具有良好的协同作用。

  （5)配方6使用复合抗氧剂的保色效果明显优于配方5。抗氧剂4是高效亚磷酸酯和酚类抗氧剂的混合物，两者比例合适，与非常好的抗氧化作用。

  

  （6)配方7优于配方6，色彩效果与原色基本一致。抗氧剂推荐用量为0.5%～1.0%，所以配方6的用量较少，说明复合抗氧剂用量增加后显色效果更好。

  (7)公式8测试表明，使用抗氧化剂可以有效抑制粉末涂料在挤出成膜固化过程中树脂的氧化降解，提高抗冲击性。

  添加抗氧剂的配方可以提高色母比，达到与不添加抗氧剂的较小色母比相同的性能。这是因为抗氧化剂的加入降低了树脂分解成低分子量产物的趋势，使高分子树脂能够更好地包覆更多具有相同性能的填料。

  （8)配方10和配方9在白色涂膜样品中可见，添加抗氧剂可有效抑制粉末涂料在加工和后固化过程中的黄变，改善白色粉末涂料的颜色性能。

  上述测试结果表明，虽然影响涂膜氧化的因素很多，如树脂、颜料和助剂的质量和种类、涂料的配方设计、生产工艺、温度、气氛、湿度和其他自然因素，适当的抗氧化应用确实减少了这种趋势的发生。

  2.2 光稳定剂的应用研究

  聚合物在光和氧作用下的降解称为“光氧降解”。光稳定剂又称紫外线稳定剂，是一种稳定助剂，用于抑制聚合物树脂的光氧降解，提高粉末涂膜的耐候性。

  根据稳定机理的不同，光稳定剂可分为遮光剂、紫外线吸收剂、激发态猝灭剂和自由基清除剂。

  由于粉末涂料的配方、固化工艺和固化形式的多样化和复杂性，粉末涂料的光固化和光防护非常重要。

  其次，光稳定剂对涂料的光老化和延长涂膜的使用寿命有非常显着的作用，而且用量很小，一般只有0.5%～1.0%的总公式。

  因此，在粉末涂料中应用光稳定剂来提高其耐候性是一种非常简单、成本低、非常有效的方法。表 2、表 3 测试将有助于说明光稳定剂对薄膜性能的影响。

  

  

  按表2配方，在涂料中加入光稳定剂，喷涂固化得到涂膜样品。采用了国际上广泛普及的快速耐候性试验评价方法——人工加速老化（QUV）试验和烘烤试验。

  通过表3的测试结果，光稳定剂的应用性能评价如下：

  （1)室内粉耐候性较差，但添加光稳定剂会起到很大的作用。

  (2)A、D的配方中没有光稳定剂，测试表明明显比加光稳定剂的样品差。

  (3)C、F配方样品表明，光稳定剂用量的增加可以显着提高涂膜的保光保色性。

  (4)烘烤试验结果表明光稳定剂没有耐温性，应加入抗黄变助剂解决涂膜耐温性。

  2.3 抗氧剂与光稳定剂的协同应用

  通过以上试验可知，涂膜的老化实际上是紫外光和氧气共同作用的结果，而这个过程包括光降解和光氧化两个不同的过程。

  但光稳定剂和抗氧剂对涂膜的稳定作用机制不同。两种不同作用机制的稳定剂联合使用，有望获得比单一稳定剂更好的稳定效果，即协同效应。

  目前市场上有这样的稳定​​剂，这也是稳定剂的一种发展趋势。但在协同作用的同时，两种不同的稳定剂之间也会出现相加和拮抗作用。

  因此，当抗氧化剂和光稳定剂一起使用时，了解两者之间的不同反应至关重要。只有掌握两者综合作用的潜在化学反应，才能设计出有效的抗氧化剂和光稳定剂体系。

  最典型的是HALS与抗氧剂的组合，紫外线吸收剂与抗氧剂的组合，以及紫外线屏蔽剂与抗氧剂的组合。

  通过涂膜的加速老化烘烤试验，评价了在粉末涂料配方中添加抗氧剂和光稳定剂的效果。这里使用的光稳定剂就是人们比较关心的HALS光稳定剂。测试公式及结果见表4、表5。

  

  

  通过测试结果，对光稳定剂进行评价：

  （1)添加光稳定剂对粉体的耐候性有显着影响，但涂膜的耐黄变性不会改变。

  (2)光稳定剂和抗氧剂的配合使用对涂膜的耐候性和变色性有显着影响，最佳用量为1:1。

  (3)光稳定剂和抗氧化剂的组合在HAA体系中更有效。

  光稳定剂和抗氧剂的搭配并不像文章中描述的那么简单。不同光稳定剂和抗氧化剂联合使用的效果需要通过进一步的基于理论的实验来证实。

  例如，HALS光稳定剂与含硫抗氧剂合用会产生拮抗作用，降低聚合物的性能；HALS与含磷聚合物并用时，应在1:1浓度条件下发挥协同作用。低分子HALS与HALS组合仅具有相加作用，而高分子HALS与低分子HALS组合则具有协同作用，以此类推。

  3、结束语

  粉末涂料中添加抗氧剂和光稳定剂，能有效抑制和降低聚合物大分子在粉末涂料生产和应用中的热氧化和光氧化反应速度，显着提高涂膜的耐热性和耐光性，延缓涂膜的降解和老化过程延长了涂膜的使用寿命。

  光稳定剂和抗氧化剂的组合应用于高性能粉末涂料。如果使用得当，会有协同效应，显着提高粉末涂料的耐候性，尤其是Super-Duable粉末涂料；

  如果使用不当，会产生累加效应甚至拮抗作用，降低涂膜的稳定性。稳定剂并用的趋势将朝着多功能化方向发展。