耐候性
太阳光按波长范围可以分为紫外光(<380nm)、可见光(380~780nm)、近红外线(780~1200nm)、红外线(>1200nm)。
乙烯基酯树脂玻璃钢及涂料胶泥应用于室外需经受气候的考验,如光照、冷热、风雨、细菌等会导致出现褪色、变色、龟裂、粉化和强度下降等一系列老化的现象,其中紫外光照射是促使其老化的关键因素。这种耐受紫外光老化的能力叫乙烯基酯树脂的耐候性。
从紫外光作用原理而言,只要含有苯环类的有机高分子材料,其耐候性都不会太好。添加抗氧剂、光稳定剂等紫外光吸收剂也仅仅是治标不治本的方法。
乙烯基酯树脂固化物的耐户外太阳光曝晒变质的几点因素如下:①树脂中苯环相对含量,包括酯键部分和稀释单体;②树脂固化程度;③紫外光吸收剂添加;④照射光线波长,华东地区和西南地区的日照光线中紫外光波长域不尽相同;⑤曝晒户外的状态,是否有散热装置;⑥曝晒时接触树脂固化物的气相氛的真空度,表面是否有氧气存在,气相氛中是否有腐蚀性不纯物,如sox、nox等;⑦乙烯基酯树脂固化物表面是否有其他耐候性保护措施,如耐候性涂料等。
根据以上因素可以预见:采用非苯环类环氧树脂,如脂肪族或脂环族环氧树脂得到的乙烯基酯树脂的苯环含量更少,耐候性更好;采用非苯环类稀释单体,如甲基丙烯酸甲酯或其他酯类聚合性单体,得到的乙烯基酯树脂的耐候性会更好;树脂固化程度越高耐候性越好;紫外光添加剂的添加会明显改善乙烯基酯树脂固化物的耐候性;照射光波长越偏向紫外光波长范围,如西南地区的太阳光较之华东地区太阳光紫外光含量更高,对树脂的老化越严重;户外曝晒时,水淋等散热装置可以有效地降低固化物表面的温度,延缓其老化的速度;树脂固化经受紫外光的老化过程也是一个分子链裂解的过程,氧在这个过程中起到非常明显的加速作用,固化物表面真空度会大大延缓其经受紫外光的老化速度;固化物表面气相氛中含有腐蚀性不纯物,如sox、nox等,此时不仅是需要考虑耐候性,还需要考虑耐腐蚀性,腐蚀性气相不纯物也会大大加速乙烯基酯树脂固化物老化的速度;乙烯基酯树脂固化物表面涂有耐候性涂料,或者采取其他的遮盖、抵挡紫外光的措施,会大大延缓固化物经受紫外光的老化速度。
现实中,改善乙烯基酯树脂的耐候性采用多的四个措施是:①采取mma类的不含苯环的稀释单体部分取代苯乙烯;②添加紫外光吸收剂,在树脂中或表面涂层中可以加入0.2%~0.5%的uv吸收剂(uv-9使用居多,吸收波长为280~340nm);③乙烯基酯树脂固化物外表面添加耐候性色浆,做成有色反光的镜面;④乙烯基酯树脂固化物外表面再次涂装耐候性涂料,如pvc含氟萤丹涂料、氟树脂涂料、丙烯酸耐候涂料、聚酰胺或聚氨酯耐候涂料、聚酯耐候涂料等。由于采用耐候性涂料增加了二次成本;改变树脂本身,也会大大增加成本;因而导致在国内目前改善乙烯基酯树脂固化物耐候性的措施还基本上停留在②和③。
紫外光吸收剂是一种光稳定剂,能吸收阳光及荧光光源中的紫外光部分,而本身又不发生变化,保护塑料免受由紫外光照射导致的光氧化降解,因而使产品使用寿命大为延长。塑料和其他高分子材料在日光和荧光下,因紫外光的作用,产生自动氧化反应,导致聚合物的降解而劣化,使外观及机械性能变坏,加入紫外光吸收剂后可选择性地吸收这种高能量的紫外光,使之变成无害的能量而释放或消耗。聚合物的种类不同,使其劣化的紫外光波长也不相同,不同的紫外光吸收剂可吸收不同波长的紫外光,使用时,应根据聚合物的种类选择紫外光吸收剂。紫外光吸收剂应该具备以下条件:①可强烈地吸收紫外光(尤其是波长290~400nm范围);②热稳定性好,即使在加工中也不会因热而变化,热挥发性小;③化学稳定性好,不与制品中材料组分发生不利反应;④混溶性好,可均匀地分散在材料中,不喷霜,不渗出;⑤吸收剂本身的光化学稳定性好,不分解,不变色;⑥无色、无毒、无臭;⑦耐浸洗;⑧价廉、易得;⑨不溶,或难溶于水。
常见的紫外光吸收剂按化学结构可分为以下几类:水杨酯苯酯(如邻羟基苯甲酸苯酯)、苯酮类[如uv-o(2,4-二羟基二苯甲酮)、uv-9(2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮)、uv-531(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)]、苯并三唑类{如uvp-327 [2-(2’-羟基-3’,5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑]}、取代丙烯腈类、三嗪类和其他类。如uv-p(邻硝基苯胺、对甲*的反应产物)、rmb (单苯甲酸*酯)、光稳定剂am-101[2,2’-硫代双(4-叔辛基酚氧基)镍]、光稳定剂gw-540[三(1,2,2,6,6-五甲哌啶基)亚磷酸酯]、光稳定剂744(4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶)、光稳定剂hpt(六甲基磷酰三胺)等也可作为改善乙烯基酯树脂的耐候性能的添加剂。
值得引起大家注意的是,复合材料除了耐紫外线老化之外,还经常需要考虑耐热老化黄变的问题。纤维增强热固性塑料的耐热黄变老化的机理,也是业内讨论的热点。目前,大多数提高纤维增强热固性塑料耐热黄变老化的途径还是想办法去提升制品的玻璃化转变温度。
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