CN114486697A - 一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法 - Google Patents
一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114486697A CN114486697A CN202111546827.9A CN202111546827A CN114486697A CN 114486697 A CN114486697 A CN 114486697A CN 202111546827 A CN202111546827 A CN 202111546827A CN 114486697 A CN114486697 A CN 114486697A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aging
- organic resin
- sample
- ultraviolet
- irradiation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000032683 aging Effects 0.000 title claims abstract description 67
- 229920005989 resin Polymers 0.000 title claims abstract description 54
- 239000011347 resin Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 claims description 2
- 238000011002 quantification Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 229920000180 alkyd Polymers 0.000 description 3
- 239000004841 bisphenol A epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- QLBRROYTTDFLDX-UHFFFAOYSA-N [3-(aminomethyl)cyclohexyl]methanamine Chemical compound NCC1CCCC(CN)C1 QLBRROYTTDFLDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012854 evaluation process Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
- G01N17/004—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light to light
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
Abstract
本发明的一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法，包括以下步骤：S1：采用光学透明材料作为基材，将有机树脂涂覆于基材上制备试样；S2：采用透射红外光谱法测定试样的初始红外吸收光谱作为基线，确定表征树脂紫外老化特征谱峰的波数与峰强度；S3：将试样置于标准紫外光源下辐照，再测定试样的红外吸收光谱，以特征谱峰的强度变化描述试样的老化程度；S4：以紫外辐照的剂量为横坐标，以特征谱峰的强度变化为纵坐标做图，得到有机树脂老化程度随福照剂量变化的动力学规律。本发明实现了树脂紫外老化的评价量化，使得分析、评价具备了客观性和系统性，保证了老化动力学表达的一致性。
Description
技术领域
本发明属于涂层评价技术领域，属于有机树脂涂层老化评价技术领域，具体涉一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法。
背景技术
有机涂层广泛应用于海洋大气环境下的金属构件中，有机树脂是有机涂层的主要成膜物质，其在光辐照、温度、湿度等环境因素等作用下易于发生老化反应，其中阳光频谱中的紫外部分对树脂的老化影响最为显著。
目前最常见的有机树脂涂层的紫外老化加速试验方法基本采用标准的直接紫外辐照老化试验。例如在GB/T 23987、ISO 16474或者ASTM 154-05标准中描述的，将标准涂层试样置于紫外老化箱内，经过紫外辐照和冷凝水的综合作用进行老化加速处理。经过规定时间的紫外辐照后，利用目视观察法判断树脂的颜色、光泽度、粉化程度等性质参数的变化，以此类显性的物理变化对树脂的老化程度进行表征。又例如在ISO 4628标准中规定对各种涂层老化评价标准时，在目视观察的基础上，进一步采用分级法对涂层缺陷的变化程度、数量和大小进行等级区分，从而评估有机涂层的老化程度。然而，以上这些目前通用的有机涂层紫外老化评价都是定性的检测方法，虽然操作简单易实施，但其评价结果具有较强的主观性，很大程度上取决于检验人员的经验，且极易受到人员自身状态及环境因素变化的影响，缺乏系统性、客观性和可比性。
对于涂层的评价需求，已经不满足于涂层是否能用这样的简单定性判定，而是需要知道涂层还能用多久。因此，如何量化表征有机树脂涂层的紫外老化程度，进而得到有机涂层的老化速率，对于有机涂层的量化评价具有十分重要的工程意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法，利用标准方法(如GB/T 23987)制备有机涂层老化样品，基于涂层分子结构在紫外老化过程中发生的化学反应动力学过程，对有机涂层的紫外老化动力学进行系统、定量的分析和评价，量化表征有机树脂涂层的紫外老化程度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明的一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法，其特征在于，对经过不同紫外辐照时间的有机树脂试样进行红外光谱分析，根据光谱的位置和强度变化表征所述试样的老化反应及其老化程度，获得该有机树脂的紫外老化反应程度与辐照剂量之间的定量函数关系，从而对该有机树脂的紫外老化性能进行评价。
由于有机树脂在紫外辐照下一般会发生多个老化反应，而速率最大的老化反应会决定该有机树脂的使用状态和质量寿命，因此在评价中采用速率最大的老化反应作为树脂的紫外老化速率。
更具体地，本发明的一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用光学透明材料作为基材，将所述有机树脂涂覆于所述基材之上，制备若干组试样；
为了进行红外光谱测试，涂层厚度需控制在较薄的尺度，干膜厚度应不超过15微米，优选为不超过5微米；然后按照所述有机树脂的固化参数进行固化处理；
所述光学透明材料为透红外材料，如透红外光学玻璃、红外透明陶瓷、碱土-卤族化合物晶体、氟化钙晶体透红外窗片等的一种，优选为氟化钙晶体透红外窗片；
S2：采用透射红外光谱法分别测定所述试样在紫外辐照前的初始红外吸收光谱作为基线，确定表征所述有机树脂紫外老化特征谱峰的波数与峰强度；
S3：分别将所述试样置于标准紫外光源下辐照不同的时间后，再采用红外光谱法测定所述试样的红外吸收光谱，扣除S2得到的基线后，以特征谱峰的强度变化描述所述试样的老化程度；
S4：以紫外辐照的剂量为横坐标，以所述试样的特征谱峰的强度变化为纵坐标做图；其中，所述辐照的剂量是辐照强度与辐照时间的乘积；对数据进行拟合得到所述有机树脂老化程度随福照剂量变化的动力学规律，作为所述试样的紫外老化动力学速率。
有机树脂涂层的紫外老化过程与紫外光的波长、环境的温度和湿度相关，因此在老化评价过程中，应当保持紫外光的波长与评价环境参数的一致性。
本发明具有如下有益技术效果：
本发明实现了树脂紫外老化的评价量化，使得分析、评价具备了客观性和系统性；采用辐照剂量作为自变量，包含了辐照强度和时间两个相关变量，保证了老化动力学表达的一致性，避免了辐照强度变化对树脂抗紫外老化性能评价的影响。
附图说明
图1实施例1中双酚A环氧树脂的紫外老化动力学曲线。
图2实施例2中醇酸树脂的紫外老化动力学曲线。
具体实施方式
本技术领域的一般技术人员应当认识到本实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实施范围内对实施例进行变换、变型都可在本发明权利要求的范围内。
实施例1
一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用氟化钙晶体透红外窗片作为基材，将双酚A型环氧树脂牌号为DER332与固化剂1,3-双(氨甲基)-环己烷按化学计量比混合均匀后，涂覆于所述基材之上固化后得到涂层样品，共制备3组试样，每组试样数量为5个，涂层干膜厚度约为5微米；
S2：采用透射红外光谱法测定每组试样在紫外辐照前的初始红外吸收光谱作为基线；对于实施例1所述的树脂，以1510cm-1波数处的苯环(伸缩振动)的振动峰强度作为表征树脂老化的特征峰，随着树脂的老化其振动峰强度逐渐下降；
S3：分别将每组试样置于标准紫外光源下辐照不同的时间后，再分别采用透射红外光谱法测定每组试样在1510cm-1波数处的振动峰强度，扣除S2得到的基线后，以振动峰的强度差表征该所述涂层试样的老化程度；
S4：以辐照的剂量为横坐标，以所述涂层试样在1510cm-1波数处的振动峰强度差为纵坐标做图，如图1所示；其中，所述辐照的剂量是辐照强度与辐照时间的乘积；以最小二乘法对各个光谱峰的曲线进行拟合(峰强差采用3个平行样品的算术平均值)，得到所述树脂作为辐照剂量函数的老化动力学规律：
Y＝aX2-bX-c
其中，Y是树脂老化特征峰的强度差，表征了树脂的老化程度；X是紫外辐照剂量，是辐照强度与辐照时间的乘积；a、b、c为常数，分别为 10-8、0.0002、0.0182；动力学曲线上任一点的切线就是相应辐照剂量下树脂的瞬时老化速率，即2aX-b。
实施例2
一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用氟化钙晶体透红外窗片作为基材，将待评价的醇酸树脂 (BD-3380)涂覆于所述基材之上，涂装固化(常温自干)后制备涂层试样，共制备3组试样，每组试样有3个平行样品，涂层干膜厚度约为5微米；
S2：采用透射红外光谱法测定每组试样在紫外辐照前的初始红外吸收光谱作为基线；对于实施例2所述的树脂，以1735cm-1波数处的羟基(醇酸酯键)的振动峰作为表征树脂老化的特征峰，随着树脂的老化振动峰强度逐渐下降；
S3：分别将每组试样置于标准紫外光源下辐照不同的时间后，再分别采用透射红外光谱法测定每组试样在1735cm-1波数处的振动峰强度，扣除S2得到的基线后，以振动峰的强度差表征该所述涂层试样的老化程度；
S4：以辐照的剂量为横坐标，以所述涂层试样在1735cm-1波数处的振动峰强度差为纵坐标做图，如图2所示；其中，所述辐照的剂量是辐照强度与辐照时间的乘积；以最小二乘法对各个光谱峰的曲线进行拟合(峰强差采用3个平行样品的算术平均值)，得到所述树脂作为辐照剂量函数的老化动力学规律：
Y＝aX2-bX-c
其中，Y是树脂老化特征峰的强度差，表征了树脂的老化程度；X是紫外辐照剂量，是辐照强度与辐照时间的乘积；a、b、c为常数，分别为 6x10-8、0.0001、0.0006；动力学曲线上任一点的切线就是相应辐照剂量下树脂的瞬时老化速率，即2aX-b。
Claims (5)
1.一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用光学透明材料作为基材，将所述有机树脂涂覆于所述基材之上，制备若干组试样；
S2：采用透射红外光谱法分别测定所述试样在紫外辐照前的初始红外吸收光谱作为基线，确定表征所述有机树脂紫外老化特征谱峰的波数与峰强度；
S3：分别将所述试样置于标准紫外光源下辐照不同的时间后，再采用红外光谱法测定所述试样的红外吸收光谱，扣除S2得到的基线后，以特征谱峰的强度变化描述所述试样的老化程度；
S4：以紫外辐照的剂量为横坐标，以所述试样的特征谱峰的强度变化为纵坐标做图；其中，所述辐照的剂量是辐照强度与辐照时间的乘积；对数据进行拟合得到所述有机树脂老化程度随福照剂量变化的动力学规律，作为所述试样的紫外老化动力学速率。
2.根据权利要求1所述的分析和评价方法，其特征在于，所述有机树脂涂层的干膜厚度应不超过15微米。
3.根据权利要求1所述的分析和评价方法，其特征在于，所述有机树脂涂层的干膜厚度应不超过5微米。
4.根据权利要求1所述的分析和评价方法，其特征在于，所述光学透明材料为透红外光学玻璃、红外透明陶瓷、碱土-卤族化合物晶体、氟化钙晶体透红外窗片中的一种。
5.根据权利要求1所述的分析和评价方法，其特征在于，所述光学透明材料为氟化钙晶体透红外窗片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111546827.9A CN114486697A (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111546827.9A CN114486697A (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114486697A true CN114486697A (zh) | 2022-05-13 |
Family
ID=81494076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111546827.9A Pending CN114486697A (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114486697A (zh) |
-
2021
- 2021-12-16 CN CN202111546827.9A patent/CN114486697A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7919753B2 (en) | Method for performing IR spectroscopy measurements to quantify a level of UV effect | |
| CN108267414B (zh) | 纺织品纤维含量的近红外光谱分析方法 | |
| CN104777149A (zh) | 一种基于拉曼光谱的苯中微量甲苯含量的快速测定方法 | |
| CN112179871B (zh) | 一种酱类食品中己内酰胺含量无损检测的方法 | |
| Larché et al. | Characterisation of accelerated ageing devices for prediction of the service life of acrylic-melamine/urethane thermosets | |
| Schnabel et al. | On the modelling of colour changes of wood surfaces | |
| EP2343531A1 (en) | Method of predicting thermal or chemical effect in a coated or painted composite material | |
| CN115128017A (zh) | 一种彩绘文物照明损伤评估方法及监测方法 | |
| CN111650151A (zh) | 一种利用近红外光谱法评估湿地松林分松脂价值的方法 | |
| CN114486697A (zh) | 一种有机树脂涂层的紫外老化动力学的分析和评价方法 | |
| CN106442474A (zh) | 一种基于偏最小二乘法的水泥生料三率值测量方法 | |
| Wright et al. | Determination of oxidation rates of air‐blown asphalts by infra‐red spectroscopy | |
| CN111811932B (zh) | 复合固体推进剂单向拉伸力学性能近红外光谱分析方法 | |
| DE102006049009B3 (de) | Verfahren zur Quantifizierung der photokatalytischen Aktivität von Oberflächen und dessen Verwendung | |
| JP6417906B2 (ja) | 硬化度測定装置及び硬化度測定方法 | |
| JP6223268B2 (ja) | 塗膜劣化予測方法 | |
| JP2007248431A (ja) | 硬化性樹脂の硬化度測定方法 | |
| KR20140078597A (ko) | 근적외선 분광기를 이용한 이탈리안 라이그라스 사일리지의 ｐＨ, 수분함량 및 젖산함량 측정 방법 | |
| Jiang et al. | Noncontact and rapid analysis of the quality of the recording coating on ink jet printing by near-infrared spectroscopy | |
| WO2014174664A1 (ja) | 高分子材料の耐候性評価方法 | |
| Baraldi et al. | Molecular spectroscopy as an alternative for dating textiles | |
| JP6188625B2 (ja) | 塗膜耐候性予測方法 | |
| JP3567846B2 (ja) | 塗工物の耐候性評価方法 | |
| KR20040046413A (ko) | 비건류 방식에 의한 석탄의 코크스화 특성 분석 방법 | |
| Zanetti et al. | NIR-monitoring of in-service wood structures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |