Spektrochem的Artur Palas博士在本論文中討論了評(píng)估顏料的方法，在本案例中，橙色顏料在水基建筑涂料中作為外墻和室內(nèi)使用的涂料。（本文節(jié)選部分內(nèi)容，如需全文，歡迎致電【13202947058】咨詢獲?。?/p>
無(wú)論是干顏料還是顏料濃縮物(著色劑)，它們都可以獲得彩色涂層，不僅可以裝飾我們的室內(nèi)、圍欄和外墻，還可以作為安全標(biāo)志，例如用于標(biāo)記交通路線或警告標(biāo)志的油漆。從操作和經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，它們的耐久性極其重要，需要了解它們對(duì)天氣條件的耐久性，以便用于不同的應(yīng)用，從暴露在太陽(yáng)輻射下到在高溫下操作。由于作為化合物的顏料易受其性質(zhì)變化的影響，在建筑涂料中更為明顯，因此必須對(duì)它們進(jìn)行適當(dāng)分類和表征，以便在配方中正確使用。
在文章中，我重點(diǎn)介紹了市場(chǎng)上存在的顏料分類及其對(duì)光（耐光性）和天氣因素（耐候性）的抵抗力，以及使用各種方法將三種不同的有機(jī)橙色顏料暴露在人工（實(shí)驗(yàn)室）光源和天氣條件的加速作用下的案例研究。這篇文章致力于評(píng)估水性建筑涂料中的顏料---橙色顏料，作為外墻涂料，因天氣條件而褪色，在室內(nèi)涂料中因窗戶玻璃的光線照射而褪色的方法。本文還以數(shù)據(jù)的形式舉例說(shuō)明了在模擬實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)這些因素的抵抗力，涂料工業(yè)需要開發(fā)室內(nèi)外使用的耐候性和耐光性穩(wěn)定的乳膠漆涂料。這些數(shù)據(jù)通常應(yīng)包括在指導(dǎo)配方和起點(diǎn)配方中，這將大大加快涂料生產(chǎn)公司的研發(fā)工作，最重要的是，決定是否接受給定的原材料進(jìn)行測(cè)試。
圖1. 用于案例研究的各種輻射源曝曬測(cè)試的帶橙色顏料的乳膠漆
顏料的標(biāo)準(zhǔn)分類基于ASTM D4303“藝術(shù)家使用的著色劑耐光性的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法”，該方法描述了四種測(cè)定耐光性的曝光方法，這些方法后來(lái)被用于技術(shù)材料中，以確定給定顏料的耐光性。盡管該標(biāo)準(zhǔn)適用于藝術(shù)涂料中使用的著色劑，但它也被顏料制造商廣泛用于耐光性的一般分類。該標(biāo)準(zhǔn)一開始就強(qiáng)調(diào)，它適用于隨時(shí)間推移的近似顏色變化，非常重要的是，適用于室內(nèi)使用的著色劑(隱含也是顏料)，它們通過(guò)窗戶玻璃暴露在日光下。
根據(jù)ASTM G113“關(guān)于非金屬材料自然和人工老化測(cè)試相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)”，耐光性被定義為人工加速照射，是指材料暴露在實(shí)驗(yàn)室輻射源下，以模擬窗戶玻璃過(guò)濾的太陽(yáng)輻射或來(lái)自室內(nèi)照明源的輻射，并且樣品可能會(huì)受到相對(duì)較小的溫度和相對(duì)濕度變化，試圖更快地產(chǎn)生與材料在室內(nèi)環(huán)境中使用時(shí)相同的變化(討論:這些曝曬通常被稱為褪色或耐光性測(cè)試)。
ASTM D4303試驗(yàn)方法描述了4種確定藝術(shù)家材料顏料耐光性的方法，其中兩種是基于自然條件下的曝曬，另外兩種在氙燈老化試驗(yàn)箱中進(jìn)行：
●測(cè)試方法A:在佛羅里達(dá)州南部透過(guò)窗戶玻璃的自然日光下曝曬
●測(cè)試方法B:在亞利桑那州透過(guò)窗戶玻璃的自然日光下曝曬
●測(cè)試方法C:在模擬日光過(guò)濾窗戶玻璃的非濕度控制氙燈老化試驗(yàn)箱中進(jìn)行曝曬
●測(cè)試方法D:在濕度控制的氙燈老化試驗(yàn)箱中，模擬透過(guò)窗戶玻璃的過(guò)濾日光下曝曬
所用的方法在進(jìn)行展覽的方式以及進(jìn)行展覽的現(xiàn)場(chǎng)站的位置上有所不同。方法A是在亞熱帶潮濕氣候的佛羅里達(dá)州進(jìn)行曝曬，而方法B則是在亞利桑那州的沙漠中進(jìn)行曝曬。方法C和D則是在氙燈老化試驗(yàn)箱中進(jìn)行曝曬，它們之間的區(qū)別在于曝曬時(shí)可以控制室內(nèi)的濕度（方法D）。在每種情況下，都是通過(guò)來(lái)自氙弧燈（方法C和D）或自然太陽(yáng)輻射的過(guò)濾太陽(yáng)輻射來(lái)進(jìn)行曝曬的。ASTM D4303測(cè)試方法還指出，希望將著色劑暴露在熒光下的用戶應(yīng)參考ASTM D4674 "暴露在室內(nèi)辦公環(huán)境中的塑料顏色穩(wěn)定性加速測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)做法"，這里應(yīng)提供更多的定義，例如：
窗玻璃的老化(ASTM G113)是一種將試樣暴露在由木質(zhì)金屬或其他令人滿意的材料構(gòu)成的玻璃框架中，以保護(hù)試樣免受雨水和天氣的影響?？蚣艿谋趁婊騻?cè)面應(yīng)是開放的，以允許環(huán)境空氣在樣品上循環(huán)流通的老化技術(shù)。
氙弧燈(ASTM G113)是一種激發(fā)態(tài)氙等離子體，發(fā)射紫外線、可見(jiàn)光和γ輻射，通過(guò)讓高強(qiáng)度電流通過(guò)含有氙氣的石英管產(chǎn)生(討論:對(duì)于加速老化，氙弧燈的光譜功率分布通常通過(guò)特定類型的過(guò)濾器進(jìn)行修正，以模擬地面太陽(yáng)輻射或透過(guò)窗戶或汽車玻璃的太陽(yáng)輻射)。
玻璃(ASTM D4303) -在這些測(cè)試方法中，玻璃指的是單強(qiáng)度窗戶玻璃。
對(duì)于方法A，在緯度27°以下的佛羅里達(dá)州南部，對(duì)通過(guò)窗戶玻璃過(guò)濾的自然日光進(jìn)行曝曬，用這種方法測(cè)試鋁基材上的油畫顏料或丙烯酸分散體藝術(shù)涂料。按照ASTM G24的做法，在10月至5月期間，將樣品放在玻璃下的一個(gè)開放的架子上，與面向南方的水平面成45°角，使玻璃上入射的總的太陽(yáng)（290至2500nm）輻射劑量為1260MJ/m2。在這個(gè)方法中，我們處理的是ASTM G113定義的典型自然老化，即材料在室外暴露于不集中的陽(yáng)光下，其目的是評(píng)估環(huán)境因素對(duì)各種相關(guān)功能和裝飾參數(shù)的影響。
方法B是基于在亞利桑那州的樣品暴露，亞利桑那州是一個(gè)干燥的沙漠氣候。根據(jù)建議，曝光方法B適用于無(wú)法抵抗佛羅里達(dá)州濕度和溫度波動(dòng)的紙質(zhì)藝術(shù)印刷品樣品，如水彩、水粉、彩色鉛筆、彩色水油墨和粉彩。曝光是在一個(gè)封閉的黑盒子里進(jìn)行的，盒子里有一個(gè)小風(fēng)扇來(lái)循環(huán)空氣。按照ASTM G24的做法，在10月至5月期間，樣品的放置與面向南方的水平面成45°角，使入射在玻璃上的全球太陽(yáng)（290至2500nm）總輻射劑量為1260MJ/m2。
在這種情況下，曝光是在另一個(gè)裝置中進(jìn)行的，這個(gè)裝置就是黑箱，ASTM G113將其定義為外部涂成黑色的平坦的金屬箱，不包括底面，底部表面有一個(gè)開口，待曝光的扁平試樣構(gòu)成了箱的頂部：箱內(nèi)裝有安裝條，可將試樣牢固地固定?。幌涞捻斆姹仨毷冀K完全填充；頂部表面的任何空白空間必須由黑色的 "假 "板占據(jù)以保持正確的操作條件。在方法B的情況下，曝光是在玻璃下進(jìn)行的，這反過(guò)來(lái)將ASTM G113定義為玻璃下的黑箱，指任何尺寸的玻璃覆蓋的外殼或櫥柜。它應(yīng)由耐腐蝕金屬構(gòu)成，并且是封閉的，以防止環(huán)境空氣在樣品上循環(huán)。外部非玻璃表面應(yīng)涂成黑色。內(nèi)部應(yīng)保持不涂漆。這種類型的曝光被定義為加速戶外老化，是指根據(jù)ASTM G113戶外老化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，以太陽(yáng)為輻照源，通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)影響參數(shù)增加到自然環(huán)境中來(lái)加速老化的速度。
根據(jù)方法C和D，曝光是在氙弧老化箱中進(jìn)行的，根據(jù)ASTM G155將輻照度檢查點(diǎn)設(shè)定為0. 35W/m2@340nm，持續(xù)照射，直到在340nm處達(dá)到510K/(m2. nm)的總輻射量，這相當(dāng)于1260MJ/m2的總太陽(yáng)輻射，這是用方法A和B進(jìn)行的。曝曬期間的溫度被設(shè)定為63℃黑板溫度（無(wú)絕緣）。在使用氙弧的測(cè)試方法D中，如果儀器允許，可在曝曬期間設(shè)置濕度的試驗(yàn)室，相對(duì)濕度控制為55%，空氣溫度為43℃。
圖2. 使用Q-SUN氙燈試驗(yàn)箱根據(jù)ASTM D4303程序C測(cè)試的橙色顏料樣品
在完成對(duì)每種ASTM D4303測(cè)試方法的曝曬后，通過(guò)CIE 1976 L*a* b*顏色坐標(biāo)和顏色變化計(jì)算（ASTM D2244慣例）來(lái)評(píng)估和測(cè)量涂料。計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)的ΔE*ab，并根據(jù)ASTM D4306的規(guī)定，按照表1所示的類別將結(jié)果分類。
| Category | Color change (ΔE*ab） |
| Lightfastness I | 4.0 or less |
| Lightfastness II | More than 4.0 but not more than 8.0 |
| Lightfastness III | More than 8.0 but not more than 16.0 |
| Lightfastness IV | More than 16.0 but not more than 24.0 |
| Lightfastness V | More than 24.0 or have lost all but a trace of colour |
表1. 根據(jù)ASTM D4303標(biāo)準(zhǔn)的耐光性分類
然而，在實(shí)踐中，顏料耐光牢度的分類比AATCC等級(jí)更常見(jiàn)。它是由AATCC(美國(guó)紡織化學(xué)家和著色師協(xié)會(huì))開發(fā)的褪色單位標(biāo)準(zhǔn)，ASTM G113將其定義為在各種測(cè)試方法規(guī)定的條件下進(jìn)行的特定曝光量，其中一個(gè)AATCC褪色單位(AFU)是產(chǎn)生顏色變化所需曝光量的二十分之一(1/20)，該顏色變化等于顏色變化灰度標(biāo)度上的第4級(jí)或藍(lán)色羊毛耐光牢度標(biāo)準(zhǔn)L4上的1.7±0.3 CIELAB色差單位或氙氣標(biāo)準(zhǔn)織物上的20±1.7 CIELAB色差單位或其組合?；叶缺欢x為由九對(duì)標(biāo)準(zhǔn)灰度碎片組成的標(biāo)度，每對(duì)碎片代表對(duì)應(yīng)于一個(gè)牢度等級(jí)的顏色或?qū)Ρ榷?色調(diào)和強(qiáng)度)的差異。染色牢度測(cè)試的結(jié)果通過(guò)目測(cè)比較色標(biāo)所代表的顏色差異來(lái)評(píng)定。
本文提供的案例研究表明，對(duì)于相同的顏料，可以獲得完全不同的色調(diào)變化結(jié)果，這取決于為確定耐光性或耐氣候性而進(jìn)行的曝光類型，以及取決于所制備的配方、著色劑的類型和配方中存在的其他原材料。所獲得的結(jié)果可能導(dǎo)致完全不同的褪色值、褪色變淺或變暗。這就是為什么分析顏料在特定類型的輻射下的抗褪色性以及針對(duì)特定類型的粘合劑選擇顏料是如此重要的原因。當(dāng)使用電阻表解釋顏料對(duì)光和風(fēng)化的穩(wěn)定性時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要，電阻表通常基于用溶劑或其他粘合劑進(jìn)行的測(cè)試，與水性粘合劑相比，這些測(cè)試給出了不同的結(jié)果。在不同緯度操作涂料時(shí)，不僅要考慮橙色顏料的應(yīng)用，還要考慮其他顏料的應(yīng)用。暴露在太陽(yáng)輻射和天氣條件下的情況在波蘭不同，在印度南部、印度北部或南美洲也不同。這里特別呼吁為各種應(yīng)用選擇顏料的顧問(wèn)，要始終依靠案例研究，并指導(dǎo)基于特定粘合劑的特定配方，正如我在這里以水基建筑涂料為例所討論的那樣。
當(dāng)配制外墻涂料或內(nèi)墻涂料的配方時(shí)，使用基于藝術(shù)涂料指南的耐顏料表及其在油性粘合劑中的測(cè)試，或者轉(zhuǎn)換從烘箱交聯(lián)三聚氰胺粘合劑中獲得的耐光性和耐候性結(jié)果，都不是一個(gè)好主意。本文中討論的示例是確定建筑底漆和著色系統(tǒng)配方的建議，這些非常重要，因?yàn)樗鼈儧Q定了經(jīng)濟(jì)性和經(jīng)濟(jì)性，影響了噴漆頻率，從而影響了油漆消耗以及日益重要的生態(tài)、碳足跡等。
作者：Artur Palasz, Ph.D. Spektrochem, Formulation and Raw Materials Research, Laboratory for Architectural Paints, Poland
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