建築塗料的外部抗沾汙性評估方法：QUV紫外老化測試

ASTM 油漆和相關(guan) 塗料、材料和應用委員會(hui) (D01.42) 的建築小組委員會(hui) 與(yu) 工業(ye) 合作夥(huo) 伴合作，研究了一種加速實驗室方法來評估建築塗料的外部抗沾汙性。

一項同時進行的外部暴露研究在美國各地 7 個(ge) 不同氣候的地點對 7 種商業(ye) 塗料進行了 36 個(ge) 月。加速實驗室方法探索了多個(ge) 變量，包括塗層的幹燥時間和QUV曝光時間。

對於(yu) 外部研究，為(wei) 了了解多個(ge) 變量及其相互作用對最終響應的影響，應用了穩健的統計方法，利用具有固定和隨機效應的混合模型來解釋重複測量分析和標準最小二乘線性回歸。最後，比較了實驗室和外部兩(liang) 種方法的結果，以了解總體(ti) 趨勢的相似性。

介紹

ASTM D01.42 分委員會(hui) 負責油漆和塗料的測試方法，耐沾汙性 (DPUR) 是外牆塗料的重要性能屬性。隨著全球塗料行業(ye) 對可持續性的重視程度不斷提高，減少低 VOC 乳膠漆中的揮發性有機化合物 (VOC) 成為(wei) 行業(ye) 當務之急。

塗料行業(ye) 通常使用非揮發性聚結劑和低 T g聚合物，減少對聚結劑的需求，導致塗料特別容易積聚難看的汙垢。通過自然風化評估 DPUR 既昂貴又耗時。1,2由於(yu) DPUR 也是氣候和空氣質量的函數，因此仔細協調跨多個(ge) 地理位置的暴露數據收集是數據質量和後續分析和解釋的關(guan) 鍵。

ASTM D01.42 分委員會(hui) 致力於(yu) 開發一種與(yu) 自然暴露密切相關(guan) 的加速 DPUR 標準方法。在加速方法開發的早期，為(wei) 了比較目的，生成自然風化吸塵數據被認為(wei) 是至關(guan) 重要的。

外部暴露於(yu) 2015 年 6 月開始，到 2019 年 4 月完成。每項研究都積累了三年的數據。風險敞口和數據收集在多個(ge) 地理位置進行了仔細實施，以確保用於(yu) 分析和解釋的高數據質量。一項初步的實驗室研究證實了所提議的加速 DPUR 方法與(yu) 自然外部暴露的相關(guan) 性。

這項工作的完成依賴於(yu) 數家塗料公司和原材料供應商的廣泛參與(yu) ，本文末尾的致謝中對此進行了總結。除了個(ge) 人貢獻外，還投入了大量的企業(ye) 資源來支持這項合作研究。參與(yu) 的公司包括阿科瑪、ASTM 實驗室間研究計劃、Atlas、Azelis Americas、波音、陶氏化學公司、伊士曼化學公司、馬歇爾實驗室、PPG 工業(ye) 、宣威威廉姆斯公司和瓦克。

實驗過程

材料

選擇並購買(mai) 了七種匿名商業(ye) 白色基礎塗料，用於(yu) 自然暴露和加速實驗室測試。每種塗料的樣品都被運送到參與(yu) 的實驗室，並期望在未來的實驗室間研究中使用相同的塗料來驗證加速方法。選擇油漆代表三種光澤類別（半光、緞麵和平光）以及兩(liang) 種質量類別（標準和優(you) 質）。油漆說明總結在表 1中。

使用進行DPUR測試方法

用於(yu) 測試 DPUR 的加速實驗室方法是使用在鋁板上塗下測試塗層，然後是塗層的實驗室條件固化時間、標準 QUV 暴露期和應用水性汙垢漿料來進行的。然後用水清洗弄髒的麵板，並使用反射率測量來確定塗層保留汙垢的趨勢。

使用的基板是10 × 15 cm 的鋁板。使用下拉式塗抹器工具來產(chan) 生大約 5 密耳的濕膜厚度。固化時間和 QUV 暴露時間各不相同。固化時間在室溫下為(wei) 1 天或 7 天，而 QUV 調節持續時間為(wei) 1 天或 5 天。

實驗中使用的汙垢漿是棕色氧化鐵顏料的水分散體(ti) 。在自來水下輕輕攪拌清潔麵板。在每種測試條件下為(wei) 每種油漆製備兩(liang) 個(ge) 複製板。Y 反射率 (45/0) 和 L * a * b * (D65/10 CIE SPIN) 是在麵板被弄髒之前和清潔泥漿應用之後測量的。ΔY（初始 Y-最終 Y）和 ΔL *（初始 L * -最終 L *）值是根據讀數計算得出的。較大的 ΔY 或 ΔL *值表示較高的汙垢收集和較差的汙垢吸收阻力。

用於(yu) 評估 DPUR 的塗料自然老化

為(wei) ASTM 研究實施了自然風化，塗料暴露在由不同組織和人員管理的七個(ge) 不同地點。因此，很難用單一的方法來描述外部測試，並且可能存在未知的不受控製的變量。

該研究的暴露地點包括美國各地的設施，這些設施具有代表美國東(dong) 北部、中東(dong) 、東(dong) 南部、中部、西南和西北部地區的各種氣候。為(wei) 了管理基材和油漆應用技術的差異，所有油漆都從(cong) 單一來源的單一位置應用於(yu) 麵板。油漆被塗在 102 × 305 厘米的鋁板上。

使用下拉式塗抹器工具來產(chan) 生大約 5 密耳的濕膜厚度。幹燥的麵板被運送到這些地點，目的是在油漆應用後一周內(nei) 開始自然暴露。

麵板以四個(ge) 方向暴露：水平向上 5° 朝南 (S5)、45° 角朝南 (S45)、垂直朝南 (SV) 和垂直朝北 (NV)。麵板在四個(ge) 不同的開始日期暴露，旨在代表四個(ge) 季節中的每個(ge) 季節發生的油漆應用：2015 年 6 月、2015 年 9 月、2015 年 12 月和 2016 年 4 月。

在九個(ge) 時間間隔進行讀數，包括：0、1、3、6、12、18、24、30 和 36 個(ge) 月。在每個(ge) 時間間隔進行了多種測量類型，包括 Y 反射率 (45/0)、L * a * b * (D65/10 CIE SPIN)、光澤度 (20、60、80°)，以及主觀汙垢和黴菌ASTM 方法 D3274。每個(ge) 暴露位置的結果由 ASTM ILS 委員會(hui) 收集，並為(wei) 暴露位置匿名進行編碼。

結果與討論

使用 JMP ® Pro 15.1 軟件對加速 DPUR 和外部老化的結果進行統計分析。

使用油漆 ID、幹燥時間和 QUV 時間作為(wei) 輸入組，ΔY 作為(wei) 響應，進行了具有加速 DPUR 結果的方差分量分析。可變性圖表如圖 1所示，方差分量的分解如圖 2 所示。從(cong) 圖 2中可以看出，油漆 ID 是決(jue) 定 ΔY 響應的主要因素，油漆 ID 占變異性的 96%。

初始油漆幹燥時間和 QUV 暴露時間似乎對響應沒有顯著影響。圖 2中的方差分量表表明，無法解釋的因素造成的變異性很低。在圖 1中，圖表 x 軸標簽的底行標識了油漆 ID，並顯示整個(ge) 係列的油漆有很好的區別。

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