新型光稳定剂应用于水性环氧涂料的研究
杨永吉，黄世承，宋宇书，邱晓芳，简智娴，黄耀兴( 台湾永光化学工业股份有限公司，台北106)
2. 2 优化探讨
表5 的实验数据分析结果如表6 和表7 所示。
环氧树脂因具有附着力强、优异机械性能和抗渗透等功能，而普遍应用于工业涂料。但环氧树脂也具有明显的缺点: 当其暴露在室内光线或自然太阳光时，颜色容易变化，这是因为当环氧树脂受到UV 光长期照射时，其结构在含氧的环境下很容易断键降解，产生发色机团( 如图1 所示) ，而导致树脂变色、褪色。在环氧树脂材料中添加光稳定剂，可以有效地减少变色、褪色、龟裂、粉化和光泽保持率下降等问题。
随着人类对环境保护日益重视，环氧树脂的水性化是发展趋势和国内外研究的热点。适用期短是水性环氧体系的主要缺点，当超过试用期时，涂料性能会改变很大，因此，延长其适用期有很重要的价值，新型非离子型水性环氧固化剂可以提高其适用期，但涂装后延长涂层使用寿命需要使用光稳定剂，预防光降解的产生。光稳定剂包括紫外线吸收剂( UVA) 和受阻胺光稳定剂( HALS) ，紫外线吸收剂的功能是吸收紫外线转换成热能散发掉; 受阻胺光稳定剂的功能是捕捉自由基，防止降解发生。目前，关于如何解决水性环氧涂料光降解的研究很少，因此本研究将不同类型光稳定剂于不同类型溶液中进行分散过滤试验，后筛选出佳产品进行人工加速老化试验，以了解并有效地改善水性环氧涂层的耐久性。
随着人类对环境保护日益重视，环氧树脂的水性化是发展趋势和国内外研究的热点。适用期短是水性环氧体系的主要缺点，当超过试用期时，涂料性能会改变很大，因此，延长其适用期有很重要的价值，新型非离子型水性环氧固化剂可以提高其适用期，但涂装后延长涂层使用寿命需要使用光稳定剂，预防光降解的产生。光稳定剂包括紫外线吸收剂( UVA) 和受阻胺光稳定剂( HALS) ，紫外线吸收剂的功能是吸收紫外线转换成热能散发掉; 受阻胺光稳定剂的功能是捕捉自由基，防止降解发生。目前，关于如何解决水性环氧涂料光降解的研究很少，因此本研究将不同类型光稳定剂于不同类型溶液中进行分散过滤试验，后筛选出佳产品进行人工加速老化试验，以了解并有效地改善水性环氧涂层的耐久性。
1 实验
1. 1 实验原料
水性环氧树脂( POLYPOX E403) 、水性环氧固化剂( POLYPOXIH 7005W) : 工业级，陶氏化学工业股份有限公司; 水性环氧光稳定剂( EVERSORB EP5) : 工业级，台湾永光化学工业股份有限公司; 光稳定剂EP － A、EP － B: 有机高分子，自制。
1. 2 实验设备
水流抽气机: 厂牌EYELA/型号A － 3S; 滤纸: 厂牌ADVANTEC/型号2# ; 耐黄变试验机: 厂牌Q Panel /型号QUV/Basic; 色差仪: 厂牌MINOLTA/型号CM － 3500d。
1. 3 实验方法
1. 3. 1 分散过滤试验
( 1) 以水为溶剂混合不同类型光稳定剂
称取10 g 不同类型光稳定剂，加入100 g 去离子水中，混合搅拌5 min 后，将溶液倒入含2# 滤纸的水流抽器机抽滤后，于60 ℃烘干后称质量，计算其在滤纸上的残留率( R) ，光稳定剂如表1 所示。
表1 不同类型光稳定剂
表1 不同类型光稳定剂
( 2) 以水性环氧涂料为溶剂混合不同类型光稳定剂
称取10 g 不同类型光稳定剂( 见表1) ，加入100 g 水性环氧涂料中，混合搅拌5 min，再将溶液倒入含2# 滤纸的水流抽器机抽滤后，在60 ℃烘干后称质量，计算其在滤纸上的残留率( R) 。
1. 3. 2 人工加速老化试验前配方的配置
称取不同量水性光稳定剂EVERSORB EP5，混合水性环氧固化剂( POLYPOX IH 7005W) 和水，搅拌5 min 后再混合水性环氧树脂( POLYPOX E403) 。
1. 4 检验方法
1. 4. 1 试材涂装
将配置好的含不同浓度EVERSORB EP5 的水性环氧涂料喷涂至10 cm × 7 cm × 0. 1 cm 铁制试片，室温干燥2 h。
1. 4. 2 人工加速老化试验
按ASTM G154—1( 2006 年改版， 340 nm， 60 ℃，8 h UV 光照/50 ℃，4 h 凝结) ，利用色差仪观察加速老化试验过程变化。
2 结果与讨论
2. 1 在水和水性环氧涂料中分散效果好的光稳定剂的筛选
本研究是利用实验设计测试参数并分析其结果，且更重要的是利用其中的“筛选设计”找出哪一类光稳定剂分散好的关键因子。筛选实验计划如表2 所示。
表2 不同类型光稳定剂筛选实验结果
表2 的实验数据分析结果如表3 和表4 所示。
注: R 平方( 回归分析的判定系数) = 0. 99，调整后的R 平方= 0. 99，均方根误差= 0. 91。
不同类型光稳定剂对不同类型溶液分散结果如图2 所示。横坐标分别为x1 和x2。主效应图说明: 根据表2 真实的实验结果利用统计软件J M P VERSION 5. 0 分析绘制图2( 主效应图) 回归模型( 理论) 的趋势结果，如果图2 跟表2 愈相近，表示所找到的［回归模型( 理论) ］愈能解释真实结果，主效应图，不但能说明佳、差组合，还能看出影响度( 斜率)及预测值。
x1 表示使用不同类型光稳定剂EP － 5、EP － A 和EP － B，x2 表示不同溶液体系环氧和水，纵轴表示经分散过滤后滤纸上残留率( R) ，值越小，代表分散效果越好，值愈大，代表分散效果越差。
由图2 试验结果可以发现，EP － 5 残留率少为2. 25%，分散效果佳，EP － A 和EP － B 分散过滤后残留物较多，分散效果不佳。图3 为实际水溶液过滤测试照片。
不同类型光稳定剂于水性环氧涂料分散残留率比较见图4。
由图4 试验结果可以发现，EP － 5 残留率少为8%，分散效果佳，EP － A 和EP － B 分散过滤后残留物多，分散效果不佳。图5 为实际水性环氧涂料过滤测试照片。
由图4 试验结果可以发现，EP － 5 残留率少为8%，分散效果佳，EP － A 和EP － B 分散过滤后残留物多，分散效果不佳。图5 为实际水性环氧涂料过滤测试照片。
根据表2 实验结果，将筛选出的佳水性光稳定剂EP －5，添加于水性环氧树脂中，在不同浓度和不同涂膜厚度下进行优化探讨，实验结果如表5 所示。
表5 的实验数据分析结果如表6 和表7 所示。
不同浓度水性光稳定剂EP5 与水性环氧树脂混合后，喷涂不同厚度涂膜至铁片上，经耐候测试110 h 结果如图6 所示。
由图6 试验结果可以发现，当涂装添加3% EP － 5 水性光稳定剂的水性环氧涂料，膜厚为20 μm 时，可以得到低黄变值，耐候效果好。相对于增加EP － 5 的有效浓度，增加涂料的膜厚不是一种佳的选择。图7 为实际水性环氧涂料耐候测试照片。
3 结语
( 1) 混合好溶液经滤纸过滤后残留率越低，分散效果越好，EP － 5 于水中或环氧水性树脂中分散性好; EP － A 和EP－ B 于水中或环氧水性树脂中分散性不佳，残留物很多。
( 2) EP － 5 可以提升水性环氧树脂耐候性，提高光稳定剂的用量，可以增强耐候性。
( 3) 膜厚对黄变影响不显著，增加涂料的膜厚无法得到某种程度的保护效果。
