木材涂料人工加速老化试验

　　人工气候老化在改良涂料系统的开发中起着重要的作用，它能够在比自然气候老化更短的时间内提供性能评估结果。

　　但是目前还没有适用于木材衬底的获认可的人工气候老化试验。 在1996年底，欧洲共同体批准一个大范围的欧洲研究项目，名为“Arwood”。在1996年到2000年间，十个木材研究机构(CTBA, BRE, WKI, VTT, TRAETEK, EMPA, CC, NIT和RUG)和四个工业合作伙伴(Tikkurila Oy, Gori-Dyrup, ICI Paints和Cecil)参与了该项目。该项目由CTBA进行协调。

　　该项目的主要目的是开发一种人工气候老化方法，以便在短时间内评估户外木材涂料的耐候性，从而加速新型涂料系统的工业开发，满足日益苛刻的环境规章要求。

　　试验本身的开发必须符合特别的经济标准，也就是必须使用中小型公司也能负担得起的装置。这也是让这些试验使用已经在其他行业(钢铁、塑料)证明切实有效的荧光灯来进行循环试验的原因。

　　本项目的方案必须被视作为EN 927“色漆和清漆-户外木材的涂覆材料和涂覆系统”框架内一个新CEN标准的依据，EN 927系统描述了户外木材涂料的人工气候老化试验。该标准应该是对叙述荧光紫外线人工暴露的几个现有标准的补充，但是这几个现有标准并不针对木材衬底暴露。1,2,3在该研究项目中，用不同的涂料系统和木材衬底进行了几次自然和人工循环暴露试验。本文主要报告两个系列试验的结果，这两个系列试验特别设计用于开发和测试户外木材涂料系统人工气候老化所用荧光紫外线装置的“优化”暴露循环。

　　材料和方法

　　衬底

　　按照prEN 927-34中所述的自然暴露试验规范对涂覆木面板进行暴露试验。试验面板由刨光无缺陷的松(欧洲赤松：Pinus silvestris)边材构成，年轮到暴露面的方向为0到45度。面板大小应适合放到装置特定的样品架上：在评估试验系列中，样品大小为300×75×15mm。某些实验室使用了面板尺寸为150×75×15mm的样品，以便在同一装置内相同试验系列中容纳更多的样品;对于“优化”的试验系列，使用了具有统一尺寸150×74×18mm的稍厚样品。

　　每个实验室对每种涂料系统的三个相同样品进行了试验，一组未暴露样品保存起来用于参考控制。为确保样品材料“一致”，试验样品由参与试验的一家实验室集中制备。

　　涂料系统

　　本研究项目的较大部分是用一个物种(欧洲赤松 Silvestris pine)和六种不同的涂料系统进行的，六种不同的涂料系统分别是：两种白色油漆，其中1种溶剂型的和1种水性的;两种高成膜性木材染料，其中1种溶剂型的(EN927第3部分：自然气候老化试验中使用的ICP)和1种水性的;1种低成膜性溶剂型木材染料;和未涂覆木材，对木材本身的气候老化进行控制。

　　之所以需要未涂覆样品，是为了研究裸木材上的老化效应。为了方便叙述，未涂覆样品在表1及下文中称涂料系统F。表1给出了所选涂料系统的概况。对于每一个系列的试验，通过涂刷进行涂料施用。与prEN 927-3中自然暴露试验不同，面板背面进行了涂覆。

　　表1

　　老化试验设备 2个试验系列中有7个荧光紫外冷凝型老化试验设备，各用一个喷淋系统进行改进。

　　大部分设备都配备了可编程微处理器，以控制暴露循环。有几个设备配备了自动辐照度控制器，而其他的设备必须按照制造商的建议轮换并更换灯管。样品在试验箱内也要定期轮换位置，以确保暴露均匀。

　　性能评估 按照prEN 927-3进行性能评估，包括开裂、起泡、片状剥落、粉化、以及光泽和颜色测量。

　　引入了名为“总体外观”的进一步评估。总体外观是人眼对受测试涂料系统的总体情况的印象。与未暴露参考样品对比，总体外观在视觉标尺上进行分级，分为零级(无变化)到五级(严重变化)。在暴露过程中的评估由每个实验室进行(“现场评估”)，而终评估也由一个参与实验室的一名操作者集中重复进行(“共同评估”)。

　　在下面的图中，时序数据总是代表含有某些可能存在操作者偏差的现场评估。终情况数据是以共同评估为基础的，反映由于暴露效应引起的差异。

　　评价试验系列

　　试验程序基于现有标准1,2,3以及不同实验室的经验。

　　在此评价试验系列中，如表2所列，建立并试验了7种暴露循环。第1到第3种循环是通过早期研发工作对暴露循环的改进，所谓早期研发工作是某些合作伙伴使用冷凝和喷水两种处理方法在荧光紫外装置上进行的。这三种循环主要关注不同的曝晒时间。第4和第5种循环则遵从只使用紫外线照射和冷凝的现有标准中的建议。而它们之间的区别仅在于紫外灯管的类型是不同的(UVA-340nm和UVA-351nm)。第6和第7种循环使用不同的处理方法(浸泡、冷冻)，以增加暴露应力。

　　表2评价试验循环

　　图1显示了7种试验循环下样品在暴露2,000h之后的总体外观。与预期一样，不透明涂料系统A和B的外观只显示出小变化到中等变化，而严重的变化发生于未涂覆木材(F)。丙烯酸着色料D性能明显好于醇酸着色料C，甚至稍好于两种不透明涂料A和B。

　　图1：7种试验循环在2,000h暴露之后的总体外观

　　图2：7种试验循环在2,000h暴露过程中涂料系统E样品的开裂密

　　图3：7种试验循环在2000h暴露过程中涂料系统F样品的开裂密度

　　图4各种不同试验循环在2000h暴露过程中，涂料系统B的样品的保光率

　　图5在7个装置中使用优化循环暴露2000h之后样品的总体外观

　　图6在7个装置中使用优化循环暴露2000h之后的开裂密度

　　图7开裂密度-人工（优化循环）和自然气候老化之间的相关性

　　图8失光-人工(优化循环)和自然气候老化之间的相关性