第九章-涂层老化ppt课件

,涂装工艺学,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,返回首页,1,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,返回首页,*,涂装工艺学,沈阳理工大学,涂装工艺学沈阳理工大学,第九章涂层的老化,教学要求：,1.了解老化的概念及其影响,2.理解掌握老化机理,3.掌握防止老化的措施,第九章涂层的老化教学要求：,目 录,第,9.2,节 老化机理,第,9.3,节 涂层的老化与耐大气性,的关系及防老化措施,第,9.4,节 复习题,第,9.1,节,老化及其影响因素,目 录第9.2节 老化机理第9.3节 涂层的老化,9.1,老化及其影响因素,.1.1 老化的概念,涂层在使用过程中会产生如下现象：,(1)涂层表面外观的变化：龟裂、出现斑点、粉化、光泽、,颜色的改变等。,(3)机械性能的变化：降低冲击强度、弹性等性能变化。,(4)防腐性能的变化：降低以致失去防腐效能的变化。,(5)电性能的变化：如绝缘电阻等电性能的变化。,上述涂层性能的变化是属于老化现象。所谓老化是指涂层在使用过程中，由于受到内外因素的综合影响，使涂层逐步失去原有的优良性能，以致最后丧失使用价值。,(2)物理性能的变化：耐热、耐寒、透气、透水等性能的变化。,9.1老化及其影响因素 .1.1 老化的概念,.1.2 影响老化的因素,9.1.2 影响老化的因素,外在因素,物理因素,化学因素,生物因素,大气气候、日光（紫外线）因素,热作用,光作用,机械作用,氧化作用,化学介质（水、酸、碱、盐雾等）作用,微生物的作用,昆虫的作用,海生物的作用,.1.2 影响老化的因素9.1.2 影响老化的因,内在因素,主要是涂层中的,主要成膜物质的分子结构,。它是,涂层耐老化性能好坏的基本因素,。因为外因是通过内因而起作用的。,如,硅氧键结构的主要成膜物质就比碳碳结构的主要成膜物质耐老化性能好。这是因为硅氧键结合的键能比较大（键能348kj/mol，i键能为374kj/mol。,9.1.2 影响老化的因素,另一内在因素还与,涂层的内部组分与配方,有关。,例如,，为了提高涂层的性能往往在涂料中要添加,增塑剂、光热稳定剂、颜料,等。,它们的种类、性能、用途、用量，直接关系到涂层的老化性能。如在一般情况下聚氯乙烯涂层在130,140就要开始分解，如果加入热稳定剂，就可以在170180温度条件下使用。,综上所述，可见老化是涂层本身新陈代谢的过程，是一种不可逆的反应或把它称为永久的化学变化。涂层的老化也像岩石的风化、钢铁的锈蚀、生命的衰亡等等一样是个不可抗拒的客观过程，因此绝对地防止老化是办不到的。不过，我们掌握其变化的规律性采取各种有效的措施，以减缓其变化的速度，达到提高涂层的防老化性能，延长使用寿命则是完全可能的。,内在因素主要是涂层中的主要成膜物质的分子结,9.2老化机理,9.2.1 关于游离基的概念,游离基,原子游离基：如氢原子H、氯原子Cl,分之游离基：如氧分子OO,离子游离基：如果硫酸根离子游离基SO,电中性的化合物残剩基：如甲基游离基,稳定性高的游离基甚至在室温下也能以游离基状态长期存在。它们有的完全没有促使单体聚合的能力，它们对游离基型链式聚合反应就会起阻聚作用。,2.游离子基的种类,游离基分类,(按活性大小),参加化学反应的能力强，在室温（或更低的温度）下只能瞬时的独立存在。,活泼的游离基,稳定的游离基,1.,游离基,：,凡是带有,孤对电子,（不成对电子）的分子、原子、离子或电中性的化合物的残剩基都称游离基（即自由基）。如果只有一个不成对电子称单基。有两个不成对电子称双基，依次类推。,9.2老化机理 9.2.1 关于游离基的概念游离基,9.2.2,老化过程的实质,9.2.2 老化过程的实质,一般认为老化过程主要是游离基的反应过程。当涂层受到大气中的氧、光、热等作用时，使涂层中主要成膜物质分子链的断裂形成非常活泼的游离基，这些游离基进一步能引起整个主要成膜物质分子链的分解，最后导致涂层老化变质。,如果游离基能聚合成大分子趋于更稳定的状态，则会产生聚合。实际上，老化过程基本上有平行的化学过程：分解作用和聚合作用所构成。即在老化分解成低分子物的同时，也存在着聚合大分子的过程。例如，油基涂层在大气中老化和聚氯乙烯涂层的受热老化，在析出低分子产物和失重的同时，由于伴随着聚合作用，涂层的溶解性降低而硬度增加，但是，从老化的整个过程来看，涂层的重量减少，强度降低，脆裂等变化时经常，因而分解作用是主要的。,9.2.2 老化过程的实质9.2.2 老化过程的实质,9.2.3,空气中的氧化分解老化,在大气条件下主要成膜物质的稳定性仅为室内的1/101/50。在红外线老化的涂层中可以检验出主要成膜物质的某些氧化产物，如醛基、酮基与羧基。可见，涂层在红外大气层中的老化主要是空气的氧化裂解，而阳光、风、雨及所带来的干湿交替、冷热变化，则大大促进了氧的破坏作用。经验证明，涂层中含有易被氧化的活性基团（如双键、羧基、醛基)越多，则其大气稳定性越差。,升高温度则氧化过程会显著加速，如至150,以上则逐渐转入热分解过程。由于氧气及阳光都是由外部转入，所以涂层的老化从表层开始，朝阳面先于蔽阴面，逐渐遍及整个涂层。,9.2.3 空气中的氧化分解老化,9.2.4 光的化学分解老化,照射到地面的阳光仅含5的紫外线，因其能量大是引起涂层老化的主要因素之一。紫外线常引起涂层中主要成膜物质的强烈分解老化。对有机涂层来讲，太阳辐射的紫外线是所有在大气条件下作用于涂层的其它各因素中最有侵蚀性的因素。太阳紫外线的能量与地区的纬度、高度、一日中的时间、季节以及地区的大气状况等因素有很大关系。分解作用将随照射强度和时间的增加而增加，如在高空、高山都会加强光的化学分解能力。,9.2.3 空气中的氧化分解老化 在大气条件下,涂层中的主要成膜物质，在光照下，有选择的吸收一定波长范围的光，也会变成游离基。,漆膜对光线的吸收，既与主要成膜物质的本性有关，又与颜料性质有关。涂料中的颜料使光线透过性愈小则对主要成膜物质防止光线作用的保护能力愈强，如果用白色颜色可降低紫外线的透过率。,9.2.4 光的化学分解老化,9.2.5 热分解老化,有机涂层具有有限的耐热性，允许使用温度的最高限度有200250，仅有耐热涂层（如硅有机涂层）在较高的温度下才能达到持久的稳定性。,在低温下又无机械影响时，一般有利于延长涂层的寿命，因为老化过程进行的较缓慢。低温下涂层的变形，在大多数场合下，能迅速引起涂层的破坏。随着温度的升高，分解速度增大，温度每升高10，分解速度大约增加一倍。,在实际条件下主要成膜物质的热分解老化是在大气中发生的，所以它是和氧化分解作用结合进行的。,涂层中的主要成膜物质，在光照下，有选择的吸收一定波长,9.3 涂层的老化与耐大气性 的关系及防老化措施,9.3.1 涂层的老化与耐大气性的关系,涂层的耐大气性是一个极为复杂的指标，它几乎决定于涂层的化学性质及物理性质。该指标可按涂层在大气条件下作用，经一定时间后遭受腐蚀的基体金属表面所占的百分数表示。,由前所述，可知涂层的老化与耐大气性是有很大关系的。也就是说若涂层已老化，它也就丧失了耐大气性。相反，涂层的耐大气性愈高，也就愈耐老化，可见两者是相辅相成的关系。,涂层的耐大气性有下列因素决定：,1.涂漆金属的本性：由附着力的四种来源可知，涂漆金属的本性首先影响到涂层最重要的性质之一附着力。经测定各种漆膜的附着力与金属本性间的关系，按着附着力的大小，可将金属排列如下：镍钢铁铜黄铜铝锡铅。,这种情况解释了如下事实：如对钢有良好的附着力的涂层可能对铝、锡的附着力是不良的。对这类金属必须采用附着力较大的涂层。,9.3 涂层的老化与耐大气性,9.3.1 涂层的老化与耐大气性的关系,2.涂装前的表面处理。,3.漆膜的主要成膜物质对周围介质作用的稳定性。,4.颜料的化学稳定性。,5.涂层的使用条件及周围介质的性质（大气条件、海水、酸液等）。,6.涂装工程的质量。,可见，要提高涂层的耐大气性，就要从上述因素来考虑，也可以把这些因素看作是影响涂层老化的因素。,9.3.2 防老化措施,由前所述，影响老化的有内、外两个方面的因素，而以内因为主。因此在防老化问题上也应这样考虑。一般的防老化措施如下：,1.采用异类涂层,要求一种涂层具既具有对周围介质作用的稳定性又具有对金属表面的良好附着力，有些涂层是达不到的。因此，为了达到提高涂层的耐大气性或延缓涂层的老化，底层（底漆）要采用与基体金属附着力良好的涂料，而外表涂层（面漆）要采用对周围介质作用稳定性好的涂料。,9.3.1 涂层的老化与耐大气性的关系2.涂装前的表,9.3.2 防老化措施,如过氯乙烯清漆，化学稳定性较好，但同时却具有极低的附着性能。油性甘油邻苯二甲酸树脂清漆具有很高的附着力，但与过氯乙烯甘油邻苯二甲酸多层异类涂层便具有良好的附着性能和化学稳定性。,2.涂料中添加剂光屏蔽剂、耐蚀颜料,有些颜料是一种能屏蔽紫外线的物质，能阻止紫外线穿透漆膜，通常把它们称为光屏蔽剂，如碳黑、氧化锌、鳞片状颜料（铝粉）等另外，铝粉对水的渗透作用，还有相当强的抵抗力。在涂料中加入光屏蔽剂就会推迟老化进程，延长其使用寿命。,在涂料中加入一些具有防锈能力的颜料，如红丹、锌铬黄、氧化铁红等，能提高涂层的防锈能力。,3.采用紫外线吸收剂,紫外线吸收剂对紫外线的吸收能力可超过涂料中主要成膜物质的1000倍。在涂料中加入它可防止涂层光的化学分解老化，紫外线吸收剂的光稳定机理是能够将所吸收的紫外线能量转变为热能，所以也可认为紫外线吸收剂是涂料很有效的助剂。,9.3.2 防老化措施 如过氯乙烯清漆，化,9.3.2 防老化措施,实践证明，在颜料屏蔽作用小的涂层中，特别是过氯乙烯，醇酸树脂清漆等，加入紫外线吸收剂对提高某些涂层的耐老化性能是很有效的。,常采用的紫外线吸收剂：邻羟基二苯甲酮、水杨酸酯,。,4.保证涂装工程的质量,如上所述，涂层的老化或者说其使用寿命，在很大程度上有赖于涂装工程的质量。在涂装施工中应当保证严格遵守涂装工艺过程的所有工序。这里，再进一步强调一下涂装前的金属表面处理问题。通常，若在被涂金属表面上沾污有杂质（铁锈、氧化皮及其各种脏物），对涂层的老化有极大影响。在氧化皮的影响下，腐蚀速度可增加到3040倍。所以在强烈腐蚀条件下使用的产品或工件在进行涂装时，必须特别注意清除氧化皮及铁锈。各种油污、盐类及尘埃等均能影响涂层的附着力。因而，在涂装前金属的表面处理具有重要的意义。,5.对涂料的主要成膜物质进行改性,（1）改变主要成膜物质的化学组成和分子结构，如采取合成新单体聚合等。,9.3.2 防老化措施 实践证明，在颜料屏,9.3.2 防老化措施,（2）成型材料改性，如采用高分子共混，与各种添加剂共混，增强复合。,（3）成型品改性，如选用有CF键的单体作为原料进行聚合，此键能高，耐紫外线或在生产原料时尽力采用低温聚合，减少不稳定支链的生成，提高热稳定性和耐热性。,双键、支链、羰基都是容易引起老化的，可采用取代或加成的办法使之提高热稳定性。,采用封闭端基，由于分子末端有易受氧化的羟基，可采用一定办法,把OH基分解掉，使之成为稳定的结构。,还可以引进耐老化结构，在主要成膜物质的分子主链中引进微量元,素（Al、Ti，Si）官能团使之含有,i,i,结构，能明显提,高耐老化性能。,9.3.2 防老化措施 （2）成型材料改性，,103 涂层的老化与耐大气性的关系及防老化措施,1031 涂层的老化与耐大气性的关系,涂层的耐大气性是一个极为复杂的指标，它几乎决定于涂层的化学性质及物理性质。该指标可按涂层在大气条件下作用，经一定时间后遭受腐蚀的基体金属表面所占的百分数表示。,由前所述可知涂层的老化与耐大气性是有很大关系的。也就是说若涂层已老化，它也就丧失了耐大气性。相反，涂层的耐大气件愈高，也就愈耐老化，可见两者是相辅相成的关系。,涂层的耐大气性由下列因素决定：,涂漆金属的本性：由附着力的四种来源可知，涂漆金属的本性首先影响到涂层最重要