通过分光光度分析法改进抗紫外线的透明涂料配

2018-01-01 Helena K. 292

通过分光光度分析法改进抗紫外线的透明涂料配方


 
通过分光光度分析法改进抗紫外线的透明涂料配方
由紫外线和可见光引起的光降解可能会导致天然木材的颜色剧烈变化。
图片来源:Unsplash用户Zbysiu Rodak

任何人在沙滩上看到漂浮木的白色四肢或风化的谷仓的银灰色,都能看出太阳对木材的色彩变化。或者,更令人沮丧的是,任何人只是移动了一件家具,才发现下面的硬木地板与其余房间的颜色明显不同。这些颜色变化是木材表面主要由紫外线或紫外线引起的一系列光化学反应的产物,其中可见光也促进了着色的变化。

这些色彩变化不仅会破坏木制品美观的外观,而且还会显示木材本身的劣化,从而影响耐久性和结构的完整性。抗紫外线的透明涂层可以防止不希望的美学和材料变化,但是配制这些产品需要严格的颜色测量来优化功效。

 

需要透明的抗紫外线透明涂层系统

为了保护木制品免受由于光线照射引起的颜色变化,商业生产者和业余爱好者都使用一系列抗紫外线的整理产品来屏蔽易损坏的木质表面免受自然和人造光源的光损伤。今天,这些产品主要采取着色污渍的形式,其中颜料本身提供不同程度的紫外线防护。然而,色素产品固有地改变了木材的颜色,而透明涂料替代品在历史上还没有被制定以提供可比较的紫外线防护,这对于希望通过使用透明涂料来保持自然外观的木工的挫败感来说非常大。正如“ 油漆与涂料工业 ”杂志中指出的那样

使木材的自然特征(包括颜色,纹理和纹理)保持可见的透明系统正在引起人们的兴趣,对它们的需求也在不断增加。然而,这种透明系统在室外应用中的长期不稳定性,严重阻碍了它们的广泛应用。这种不稳定性的主要原因是面漆的UV光透明性和某些木材组分特别是木质素对UV光降解的极度敏感性。1

根据森林产品实验室的化学家Mark Knaebe的说法,大多数抗紫外线的透明涂料目前的作用更像是一种防晒剂,而不是一种持久的光降解解决方案。“有机分子在分解之前只能处理如此多的光子。” 2有时,紫外线防护可能会持续几个月,不仅会导致颜色快速变化,还会导致木材机械性能下降,影响外观和功能。

防紫外线
透明的涂料使得木材的自然美感和特征能够通过,但是紫外线防护能力差,容易随着时间的推移变黄和变黑。
图片来源:Unsplash用户Erol Ahmed

朝向增强的紫外线保护

自二十世纪七十年代以来,化学家花费了大量的时间研究透明涂料产品的可能性,该产品提供高水平的长效紫外线防护而不需要着色。在过去的十年里,化学的进步促进了更复杂,更有效和更持久的添加剂的发展,这种添加剂能够提高遮蔽木制品不受颜色变化影响的能力, 而不需要使用三种颜料的颜料:

  • 紫外线吸收剂(UVAs):紫外线吸收剂通过吸收紫外线并以热量形式消散能量,阻止辐射到达木材表面。UVA可以为所有的木材提供保护,但是对于防止浅色木材变黑尤其重要。
  • 受阻胺光稳定剂(HALS):受阻胺光稳定剂不吸收光线,但通过捕捉表面自由基抑制光降解。
  • 木质素稳定剂:木材的颜色变化主要是木质素光氧化的结果。用木质素稳定剂预处理木材可防止木质素降解。

如“ 欧洲涂料杂志 ”所述,极成功的抗紫外线透明涂料使用UVA和HALS与木质素稳定预处理的组合,以“保持木材的美学和机械性能”。3 然而,每种类型的抗紫外线涂料和木质素稳定剂的极佳配方和产品的确切比例仍然是深入研究的主题,并且不断提供具有卓越保色性的新化合物。此外,这些配方的即时防紫外线不是唯一的考虑因素; 木材通常因其美观和后整理产品而受到重视,这既增强了木材自然审美品质的外观,又保持了木材的外观。因此,整理材料本身必须抵抗因曝光而导致的变黄或其他变色。

防紫外线
防紫外线饰面对于保护暴露于自然光下的木制品(如户外建筑材料和家具)至关重要。
图片来源:Pexels用户Jay Mantri

评估抗紫外线的透明涂料配方

紫外 - 可见分光光度法提供了极好的方法来通过精确量化紫外线照射下的颜色变化来评估UVA,HAL和木质素稳定剂所提供的保护。如今先进的比色技术使化学家能够将色彩信息快速蒸馏到客观的色彩数据  ,从而更深入地了解产品的紫外线防护能力。该多功能光学几何 可用于分光光度仪器,可以检测所有样品类型(包括不透明,半透明和透明材料)的极小颜色变化。因此,木制品的颜色,预处理和透明涂层本身可以准确地评估人造风化的反应,以确保抵抗不可接受的颜色变化。随着现代分光光度计的  灵活和可定制的软件包,化学家可以精确地将颜色行为与个体成分和过程变量关联起来。因此,这些仪器是研究和制造更有效的抗紫外线配方的重要组成部分,以满足消费者长期审美和材料保护的需求。

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  1. “木材的颜色稳定性和木材涂层的耐久性改进:用于室内和室外应用的新的UV光保护概念”,2002年2月28日,http://www.pcimag.com/articles/82717-color-stabilization-of木材和耐久性改进的木材涂料,一个新的紫外线光保护概念室内和室外应用
  2. “以纯外套进展使他们更加实用,” http://www.thisoldhouse.com/toh/article/0,,230015,00.html 
  3. “悍从Sun”,2006年12月,http://www.european-coatings.com/content/download/60656/693172/version/1/file/61404.pdf