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建筑涂料的外部抗沾污性评估方法:QUV紫外老化测试

发布于:2022-08-15
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ASTM 油漆和相关涂料、材料和应用委员会 (D01.42) 的建筑小组委员会与工业合作伙伴合作,研究了一种加速实验室方法来评估建筑涂料的外部抗沾污性。

一项同时进行的外部暴露研究在美国各地 7 个不同气候的地点对 7 种商业涂料进行了 36 个月。加速实验室方法探索了多个变量,包括涂层的干燥时间和QUV曝光时间。

建筑涂料户外老化测试

对于外部研究,为了了解多个变量及其相互作用对最终响应的影响,应用了稳健的统计方法,利用具有固定和随机效应的混合模型来解释重复测量分析和标准最小二乘线性回归。最后,比较了实验室和外部两种方法的结果,以了解总体趋势的相似性。

介绍

ASTM D01.42 分委员会负责油漆和涂料的测试方法,耐沾污性 (DPUR) 是外墙涂料的重要性能属性。随着全球涂料行业对可持续性的重视程度不断提高,减少低 VOC 乳胶漆中的挥发性有机化合物 (VOC) 成为行业当务之急。

涂料行业通常使用非挥发性聚结剂和低 T g聚合物,减少对聚结剂的需求,导致涂料特别容易积聚难看的污垢。通过自然风化评估 DPUR 既昂贵又耗时。1,2由于 DPUR 也是气候和空气质量的函数,因此仔细协调跨多个地理位置的暴露数据收集是数据质量和后续分析和解释的关键。

ASTM D01.42 分委员会致力于开发一种与自然暴露密切相关的加速 DPUR 标准方法。在加速方法开发的早期,为了比较目的,生成自然风化吸尘数据被认为是至关重要的。

外部暴露于 2015 年 6 月开始,到 2019 年 4 月完成。每项研究都积累了三年的数据。风险敞口和数据收集在多个地理位置进行了仔细实施,以确保用于分析和解释的高数据质量。一项初步的实验室研究证实了所提议的加速 DPUR 方法与自然外部暴露的相关性。

这项工作的完成依赖于数家涂料公司和原材料供应商的广泛参与,本文末尾的致谢中对此进行了总结。除了个人贡献外,还投入了大量的企业资源来支持这项合作研究。参与的公司包括阿科玛、ASTM 实验室间研究计划、Atlas、Azelis Americas、波音、陶氏化学公司、伊士曼化学公司、马歇尔实验室、PPG 工业、宣威威廉姆斯公司和瓦克。

实验过程

材料

选择并购买了七种匿名商业白色基础涂料,用于自然暴露和加速实验室测试。每种涂料的样品都被运送到参与的实验室,并期望在未来的实验室间研究中使用相同的涂料来验证加速方法。选择油漆代表三种光泽类别(半光、缎面和平光)以及两种质量类别(标准和优质)。油漆说明总结在表 1中。

表1油漆类型说明

使用QUV进行DPUR测试方法

用于测试 DPUR 的加速实验室方法是使用在铝板上涂下测试涂层,然后是涂层的实验室条件固化时间、标准 QUV 暴露期和应用水性污垢浆料来进行的。然后用水清洗弄脏的面板,并使用反射率测量来确定涂层保留污垢的趋势。

使用的基板是10 × 15 cm 的铝板。使用下拉式涂抹器工具来产生大约 5 密耳的湿膜厚度。固化时间和 QUV 暴露时间各不相同。固化时间在室温下为 1 天或 7 天,而 QUV 调节持续时间为 1 天或 5 天。

实验中使用的污垢浆是棕色氧化铁颜料的水分散体。在自来水下轻轻搅拌清洁面板。在每种测试条件下为每种油漆制备两个复制板。Y 反射率 (45/0) 和 L * a * b * (D65/10 CIE SPIN) 是在面板被弄脏之前和清洁泥浆应用之后测量的。ΔY(初始 Y-最终 Y)和 ΔL *(初始 L * -最终 L *)值是根据读数计算得出的。较大的 ΔY 或 ΔL *值表示较高的污垢收集和较差的污垢吸收阻力。

用于评估 DPUR 的涂料自然老化

为 ASTM 研究实施了自然风化,涂料暴露在由不同组织和人员管理的七个不同地点。因此,很难用单一的方法来描述外部测试,并且可能存在未知的不受控制的变量。

该研究的暴露地点包括美国各地的设施,这些设施具有代表美国东北部、中东、东南部、中部、西南和西北部地区的各种气候。为了管理基材和油漆应用技术的差异,所有油漆都从单一来源的单一位置应用于面板。油漆被涂在 102 × 305 厘米的铝板上。

使用下拉式涂抹器工具来产生大约 5 密耳的湿膜厚度。干燥的面板被运送到这些地点,目的是在油漆应用后一周内开始自然暴露。

面板以四个方向暴露:水平向上 5° 朝南 (S5)、45° 角朝南 (S45)、垂直朝南 (SV) 和垂直朝北 (NV)。面板在四个不同的开始日期暴露,旨在代表四个季节中的每个季节发生的油漆应用:2015 年 6 月、2015 年 9 月、2015 年 12 月和 2016 年 4 月。

在九个时间间隔进行读数,包括:0、1、3、6、12、18、24、30 和 36 个月。在每个时间间隔进行了多种测量类型,包括 Y 反射率 (45/0)、L * a * b * (D65/10 CIE SPIN)、光泽度 (20、60、80°),以及主观污垢和霉菌ASTM 方法 D3274。每个暴露位置的结果由 ASTM ILS 委员会收集,并为暴露位置匿名进行编码。

结果与讨论

使用 JMP ® Pro 15.1 软件对加速 DPUR 和外部老化的结果进行统计分析。

图 1—加速实验室 DPUR 方法中 ΔY 的变异性图表

使用油漆 ID、干燥时间和 QUV 时间作为输入组,ΔY 作为响应,进行了具有加速 DPUR 结果的方差分量分析。可变性图表如图 1所示,方差分量的分解如图 2 所示。从图 2中可以看出,油漆 ID 是决定 ΔY 响应的主要因素,油漆 ID 占变异性的 96%。

初始油漆干燥时间和 QUV 暴露时间似乎对响应没有显着影响。图 2中的方差分量表表明,无法解释的因素造成的变异性很低。在图 1中,图表 x 轴标签的底行标识了油漆 ID,并显示整个系列的油漆有很好的区别。

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