防紫外线透明涂料的试验研究.doc

防紫外线透明涂料的试验研究 引言 阳光曝晒对有机物特别是聚合物材料的危害作用主要是紫外光和氧参与下的一系列复杂反应所造成。紫外线的波长集中在200~400nm之间。聚合物在含氧环境中受紫外光照射后会发生各种物理变化和化学变化，以致最后产生明显的效应，如变色、表面龟裂、粉化、机械性能和电气性能的恶化等。 文中所研究的防紫外透明涂料是一种可阻止紫外线透过的透明涂层，以保护下面的基体不被紫外光辐射而造成危害。它不影响可见光透射，有比较广的适用范围。通过对涂层试样的紫外线透射率的检测、紫外光老化试验及老化后微观形貌的观测等，对其紫外吸收效能和耐久性做出评定。 1 涂料结构与机理 所研究的防紫外涂料主要由高效的紫外线吸收剂、自由基捕获剂和成膜树脂所组成。这种高效紫外线吸收剂可以强烈地吸收紫外线并将其转变成热能释放。为了提高涂层本身的稳定性和耐久性，在涂料中还加入了自由基捕获剂。在成膜树脂吸收了紫外光并分解产生出导致自动氧化反应的活性自由基后，自由基捕获剂可清除活性自由基，从而防止链式氧化反应蔓延下去，使高分子聚合物稳定。 紫外线吸收剂的防护效果取决于保护膜厚度、紫外线吸收剂的性能与浓度．根据Lambert-Beer定理： ln (I/I0) ＝-alc 其中：a 为常数称为吸收系数，c 为紫外吸收剂的浓度，l为膜的厚度，I为透射光的强度，I0为入射光的强度。 不同类型的光稳定剂具有各不相同的作用机理，并且．因聚合物材质而异，其光降解行为和特征亦不尽相同。文中所研究的成膜物质主要是丙烯酸树脂，光稳定剂选用苯胺乙二酸类、苯并三唑类和HALS类化合物等。 2 研究内容 2.1试样制备 选择厚度为lmm 的有机玻璃作为涂层的基体，涂层厚度30μm，以未涂涂料的裸有机玻璃作为对照基准。有机玻璃即聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）对285nm以上的紫外线几乎不吸收，对可见光的透光率大于92％对实验结果的影响较小。2 . 2 紫外线一可见光透射率试验用分光光度计分别测试不同波长的紫外线在基准片和涂有涂料的有机玻璃的透射率，根据后者透射率相对于标准片的透射率的比值便可得出涂层对紫外线的透射情况，从而判定涂料对紫外线的吸收效果。 涂层中紫外吸收剂的含量对紫外线的吸收效果影响显著，随着涂料中紫外吸收剂含量的增加，紫外光透射率明显减少。不同紫外吸收剂之间的组合对紫外线的吸收效果有明显差异，图1所示为3 种不同配方的防紫外涂层对紫外线的吸收曲线，其中下边两条曲线所示的两种涂层，对紫外线的吸收率均在95％以上，对可见光的透光率亦在95％以上。 2.3 紫外光老化试验 紫外光老化试验条件温度：30~40℃ ；光照方式，垂直入射；试样距离光源距离 20cm ；光源功率 20W : 入射能量:100μw/cm2。 紫外光耐久性的测试方法：将有机玻璃片制成50mm x 50mm 的试样，将不同配方的涂料涂在有机玻璃片正反两个面上，边缘用石蜡封闭，以避免紫外反射光对有机玻璃的影响。在照射的过程中始终使正面处于紫外线直射状态。定期观察和记录试样的变化情况。 紫外光老化耐久性测试结果：防紫外涂层和被涂覆有机玻璃在光老化过程中的性能变化如表1所示．未涂涂层有机玻璃在强紫外辐射下，17h就发生变色，43h产生银纹（银纹与裂纹的区别是裂纹的两个张开面之间是完全空的，而银纹面之间是由维系两银纹面的银纹质、高度取向的微纤束和空穴组成）。而防紫外涂膜经强紫外辐射400h没有变化，同时有机玻璃基材无变化。 涂料的紫外吸收稳定性试验是在老化试验中每60h测试涂层的紫外透射率曲线。结果表明透射率曲线随时间的变化不大，在图3中只描述了初始和300h后的透射情况。由图3曲线可以看出这种防紫外涂层在吸收紫外辐射和可见光透射方面具有相当好的时效稳定性。这一结果与老化试验微观形貌的分析是一致的。 4 结语 文中所采用的试验研究方法，比较直观地分析了涂层对紫外线的吸收作用和对可见光的透射效果，以及涂层本身的耐紫外光老化稳定性。所得到的防紫外线辐射的透明涂料，对整个波长范围的紫外线都有十分显著的吸收作用，可以长期有效地屏蔽紫外线辐射，保护易受紫外线破坏、影响的材料。这种涂料已应用到透明塑料板的防护和高原工程设备的防护，还可以制成专门防紫外辐射的透光建材、遮阳材料，防止紫外线对人皮肤的危害。