比較了自然戶外暴露和氙燈加速老化試驗的結(jié)果。檢驗表明它們之間有很好的相關(guān)性。通過實驗室加速老化試驗來評價顏料和涂料體系的耐久性是可行的、可靠的。
近年來，人們越來越關(guān)注涂料中顏料的耐候老化性能。室外涂料在大氣條件下受光照、溫度、濕度等因素影響時，會出現(xiàn)褪色、顏色遷移、顏色強度變化等老化現(xiàn)象。
戶外暴露和加速老化試驗箱是測試材料耐候性的主要方法。戶外大氣老化試驗在國內(nèi)外涂料行業(yè)開展已久。我國海南、廣州、敦煌等地都有不同規(guī)模的戶外暴露場地，國際上通常以美國的佛羅里達和亞利桑那、澳大利亞作為基準(zhǔn)暴露場地。戶外暴露試驗具有真實性、廉價性和易操作性等優(yōu)點。
室外暴露試驗時間比較長，需要在實驗室進行加速老化試驗。在加速老化試驗方面，除了少數(shù)日本公司還在使用碳弧燈外，主要的試驗方法是紫外線燈和氙燈。但是氙燈加速老化試驗箱并不能模擬所有的老化參數(shù)，有些測試變量很容易導(dǎo)致錯誤的測試結(jié)果，從而得出錯誤的結(jié)論。但室外暴露的結(jié)果可以作為檢驗加速老化試驗真實性的參考，這將使加速老化試驗更加實用。
1.測試目的
本文旨在比較自然室外曝曬和氙燈實驗室加速老化試驗方法的結(jié)果，通過實驗數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)計算找出兩者之間的對應(yīng)關(guān)系。
2.兩種測試方法
2.1 自然戶外暴露
本研究的自然室外暴露在澳大利亞(緯度19，南半球)進行，樣品架朝北，樣品架與水平面的夾角為19°。暴露時間為24個月，在不同時間段取出樣品，測試其顏色變化。
2.2 實驗室加速試驗
2.2.1氙燈試驗箱老化原理
氙燈試驗箱可以模擬全光譜太陽光，包括紫外線、可見光和紅外線。它的優(yōu)點是1a內(nèi)隨時可重現(xiàn)，速度快，是接近太陽光源的人工光源。
氙燈產(chǎn)生的光譜必須被過濾以減少不想要的光譜成分。不同類型的玻璃濾光器可以用來獲得不同的光譜。常用的濾光器有三種:日光、窗玻璃和紫外線擴展濾光器。在這個實驗中，使用了日光過濾器。
大多數(shù)氙燈檢測設(shè)備通過噴水或濕度控制系統(tǒng)來模擬濕度的影響。噴水可以很好地模擬熱沖擊和機械侵蝕。在測試系統(tǒng)中，為了防止水污染樣品，測試中使用了高純度去離子水。
2.2.2氙燈試驗箱的試驗條件
在不同時間段取出待測樣品，觀察其顏色變化。
2.3樣品制備和評價方法
將彩色END1、2、3、4、5、6#六種不同的待測建筑涂料色漿按一定比例加入到標(biāo)準(zhǔn)檢測的平面外墻涂料中，達到1/25顏色的標(biāo)準(zhǔn)深度。在振蕩器上搖動3分鐘，能混合，并用100μm的金屬線在預(yù)先涂好底漆的鋁板上涂兩次。在室溫下放置5天后，進行暴露試驗。對于每種顏色的同一個測試，準(zhǔn)備四個樣品，三個樣品投入測試，一個樣品放在標(biāo)準(zhǔn)板房。
戶外暴露共24個月，每6個月、9個月、12個月、18個月、24個月評估一次；氙燈實驗室加速試驗的試驗條件運行2000小時，樣品評價間隔期為500小時。在D65標(biāo)準(zhǔn)光源下用分光光度計與標(biāo)準(zhǔn)板比較顏色，記錄色差。目視檢查涂膜表面是否粗糙、粉化、開裂、脫落和有斑點。本實驗采用高耐候性的平面外墻涂料。經(jīng)2000h氙燈照射和24個月自然暴露后，涂膜表面無失光、粉化、開裂、脫落和斑點，不影響顏色評價。
3.室外暴露與氙燈實驗室加速試驗的比較。
根據(jù)評價結(jié)果的數(shù)據(jù)，計算了室外自然暴露與氙燈實驗室加速試驗方法的相關(guān)系數(shù)rs(spearman)。相關(guān)系數(shù)是指用兩種不同的測試方法測試一組樣本所得到的測試結(jié)果之間的相關(guān)性。
相關(guān)系數(shù)rs的公式為:rs=1-6∑ d i2/[n(n2-1)]，其中n為樣本數(shù)，d i為兩列中各組的秩之差。rs越接近1，相關(guān)性越好。通過上述方法，得出氙燈實驗室自然室外曝曬與加速老化試驗結(jié)果的相關(guān)系數(shù)，并對試驗數(shù)據(jù)進行評估，解決了人們通常關(guān)心的問題——對于不同的顏料類型，如果實驗室加速試驗與室外曝曬結(jié)果的相關(guān)性足夠好，在氙燈試驗箱中測試多少小時，相當(dāng)于室外曝曬多少個月的結(jié)果。
數(shù)據(jù)可以看出，無論室外曝曬還是氙燈加速測試，每個樣品的顏色都有變化，DE的值隨著測試時間的增加而增加。在計算多少個月的氙燈測試2000h小時相當(dāng)于戶外暴露之前，我們需要知道它們之間的相關(guān)性。只有相關(guān)性好的情況下，計算2000h小時的氙燈測試相當(dāng)于多少個月的戶外暴露才有意義。根據(jù)rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]，得出自然室外曝曬與氙燈實驗室加速試驗的相關(guān)系數(shù)。以500h氙燈與6個月自然暴露的相關(guān)性為例。
根據(jù)公式RS = 1-6×[(1-1)2+(6-6)2+(4-5)2+(3-2)2+(5-4)2+(2-3)2]/6×(62-1)，rs=0.89。戶外暴露6個月、9個月、12個月、18個月、24個月的結(jié)果與氙燈試驗箱500h、1000h、1500h、2000h的相關(guān)性較好。樣品在氙弧燈試驗箱中測試2000h小時的顏色變化沒有在室外暴露24個月的顏色變化大。根據(jù)在氙弧燈試驗箱中測試的1000小時、1500小時和2000小時樣品的顏色變化，我們計算了每個樣品在氙弧燈試驗箱中分別測試1000小時、1500小時和2000小時時暴露在陽光下的月數(shù)，然后取算術(shù)平均值。
4.結(jié)論
室外試驗是實驗室加速老化試驗的基礎(chǔ)。通過本文的研究，我們認(rèn)為兩者的實驗數(shù)據(jù)之間存在一定的相關(guān)性。我們進一步認(rèn)識到積極開展室外老化試驗并指導(dǎo)實驗室加速試驗的重要性。當(dāng)然，由于室外測試的地理位置、氣候變化、基材種類變化等原因，兩者的對應(yīng)關(guān)系會有所不同。更重要的是，顏料和涂層是作為一個整體來測試的。不同的涂層系統(tǒng)會得到不同的結(jié)果。如果涂層系統(tǒng)、顏料類型或顏料含量中的任一一個發(fā)生變化，我們只能推測終的結(jié)果。因為這些變化可能會對終的結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。
