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技術文章

耐候性測試

1、QUV（紫外燈）與WOM（人工加速老化儀）的比較

QUV


WOM


光源


紫外光（313nm,340nm）燈：主要為313，340波長附近的紫外光，沒有可見光


氙燈：摸擬自然光，主要為UV的長波（340）及可見光區域


強度


大大強于自然光照，一般幾百小時就使材料破壞


強于自然光，模擬自然環境，需要2000小時以上，才能分出好壞


破壞


UV短波會破壞樹脂，使樹脂表面失去光澤，脆裂等


UV光+可見光引起表面顏色變化


用途


一般用于檢測樹脂（另行分析）


檢測顏料/染料等著色劑


2、假如客戶使用QUV作為測試手段


國內客戶進行人工加速老化試驗時多數會選擇QUV，主要原因有2個，一方面是QUV的實驗成本*低，而WOM（Weather-O-Meter）要貴很多，做大量數據不是一般人能夠承受的；另一方面是一些做老化設備的廠商為了多賣設備有意無意在誤導客戶，在宣傳上做手腳，讓人以為用QUV就能夠檢測顏料的耐光性能。從上圖可以看出，QUV（尤其是QUV-B）的輻射曲線與自然光相差甚遠，得到的試驗數據也不能準確反映自然曝曬的結果。圖中QUV-B在波長310-320nm有一個高峰，許多結構復雜的高性能顏料（DPP尤其明顯）的化學結構恰恰在這一段上禁不起輻射破壞，然而這在自然環境中是不可能出現的，因此用QUV來檢測高性能顏料往往會得出與自然使用條件下相反的結果，這就是為什么在QUV測試中會出現紅112比紅254好，黃74比鐵黃好的主要原因。許多研究結果已經證明QUV比較適合測試樹脂的耐候性而不是顏料。



3、測試樣片中不添加紫外光穩定劑和吸收劑


有些客戶在做顏料人工加速老化試驗的時候，測試樣片（涂料或塑料）中不加足夠量的紫外光穩定劑吸收劑或者根本就不加，這樣的作法對*終結果影響很大。因為，樹脂在測試的時間內必須保證沒有顏色變化，才能區分出顏料的性能。



首先要明確的是紫外光穩定劑吸收劑的作用是對樹脂進行保護而不是顏料，因此在對顏料耐候性測試時必須加入足夠量的光穩定劑和吸收劑（比如涂料中建議加入2％光吸收劑Eversorb80＋1.5％受阻胺穩定劑Eversorb93），以避免樹脂受紫外光破壞而發生結構斷裂，宏觀現象就是開裂、粉化，一旦樹脂開裂和粉化，在水的作用下會使光線來回折射增加照射量進而使試驗條件更加惡化，*終影響數據的準確性，而且粉化的樹脂表面也增加了判斷顏料好壞的難度。下表是紅254與紅170在不同曝曬條件下失光的結果，可以看出是否添加紫外光吸收劑（如2％光吸收劑Eversorb80）對樣片表面失光（粉化）的影響是多么大，其中紅170明顯不如紅254。


4、人工加速老化和自然曝曬的區別

自然環境中對顏料耐候性能影響的要素包括：光照強度、熱量、水（汽）、污染（化學品、酸雨）等。所有這些因素應該在人工加速老化中要體現出來，而且要得到準確的結果，模擬的量也要等同或接近自然曝曬環境。而且，人工加速老化是在短時間（100-5000小時）內模擬戶外長時間的自然曝曬。加速老化就必須提高單位時間的照射強度以期在短時間里獲得與自然老化相同的輻射能量



衡量人工加速老化的一個重要指標就是UV輻射量。為模擬自然曝曬（如：美國佛羅里達曝曬），人工加速老化中樣品所受到的UV曝曬能量應等量于一定時間內自然老化中光照能量。由于人工老化與自然暴曬有區別（環境，溫度等），會造成試驗結果的差異。我們所要做的，就是如何選取*合適的試驗方法來盡量*近自然條件，得到*準確的結果。



很多客戶認為用人工加速老化試驗就能代替自然曝曬其實是個理解誤區，一般而言，如果是初次進行人工加速老化試驗，應該與自然曝曬同時進行并進行對比，主要目的是為了檢驗所設置的人工加速老化條件（樣片配方、曝曬條件）是否正確，如果人工加速老化*終的數據與自然曝曬差異過大或者出現相反的結果，則說明所設置的條件是錯誤的，所得到的數據不能用于證明顏料的耐候性能。



顏料的耐候性與整個配方有關系，如果要求很高的耐候保證，客戶需要對特定的配方進行測試。


總結：



1、 人工老化是材料老化的快速評估方法。



2、 在顏料/染料等的耐候性評估中，人工加速老化試驗WOM*接近自然曝曬。



3、人工老化與自然老化之間存在一定關聯性。客戶需做足夠多的試驗，才能建立起在一定區域內（如上海和廣東地區是不同的），人工老化與自然老化的關系。但是人工老化也不能完全替代自然曝曬的結果，只能作為參考。



4、 做顏料人工加速老化試驗時，測試樣片中必須加足夠量的紫外光穩定劑吸收劑（比如涂料中建議加入2％光吸收劑Eversorb80＋1.5％受阻胺穩定劑Eversorb 93）對樹脂進行保護，否則會影響測試數據的準確性。



5、 QUV通常用于測試樹脂的耐候性（也要具體問題具體分析），WOM適合用來評估顏料的耐候性。



6、 影響老化性能的因素：配方/顏料濃度/鈦白粉含量



7、 曝曬樣片在評估的時候一定先要沖洗、打磨、拋光表面被粉化的部分，不然會影響評價的準確性。