D0I:10.13374/1.issm100I103.2008.02.009 第30卷第2期 北京科技大学学报 Vol.30 No.2 2008年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feh.2008 光辐射对丙烯酸聚氨酯涂层防腐保护性能的影响 王玲高瑾李晓刚胡建文 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要以氙灯为光源，对丙烯酸聚氨酯涂层/碳钢体系进行人工加速老化实验，用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、光学显微 镜和光泽仪对老化的涂层进行分析表征，用盐雾实验测试涂层老化后的防腐性能，初步探讨了光辐射对涂层保护性能的影 响·结果表明，不同老化周期的体系在盐雾实验后，表面涂层的保护状态均基本完好，但膜下金属腐蚀程度随老化时间的增加 而加剧.其原因是：光辐射使涂层中C一N键断裂，且随老化时间的延长，涂层表面粗糙程度增加，光泽度下降：涂层化学结构 及表面状态的变化加速了腐蚀介质在涂层中的渗透，从而导致膜下金属腐蚀加重· 关键词丙烯酸聚氨酯涂层：人工加速老化：氙灯：膜下腐蚀 分类号TG174.2 Effect of photo-radiation on anti-corrosion and protection performance of acrylic polyurethane coating WA NG Ling,GAO Jin,LI Xiaogang.HU Jianwen School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China ABSTRACT To evaluate the aging behavior of acrylic polyurethane coating/carbon steel system.an artificial accelerated aging test was carried out with the aid of a xenon lamp.The aged coatings were characterized with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR),optical microscope and vancometer.The corrosion resistance of the aged coatings was evaluated by salt spray test,and the effect of photo"radiation on the corrosion of the metal underneath the coating was investigated preliminary.The results show that the coatings with different aging periods all keep good protection state after salt spray test.However,the metal underneath the coating is corroded more severely with the increase of aging time.It can be concluded that the C-N bond of the coating breaks after the expo- sure to photo"radiation,which causes the increase in surface roughness and the decrease in gloss with the increase of aging time.Fur- thermore.these surface changes build the access to the underneath metal,which accelerates the penetration of medium into the coat- ing and therefore makes the metal corrode severely. KEY WORDS acrylic polyurethane coating:artificial accelerated aging:xenon lamp:underfilm corrosion 有机涂层是迄今为止金属防腐最有效、经济和 机理，因此，研究西部地区的涂层老化规律，尤其是 应用最普遍的方法].随着我国西部地区的发展 强太阳光辐射造成的涂层光损伤及其对膜下金属腐 和建设，涂层在西部的应用也越来越广泛·但涂层 蚀的影响十分必要，本文结合我国西部地区典型自 对西部地区的光辐射强、昼夜温差大等苛刻环境条 然环境的特点，采用氙灯老化实验箱对丙烯酸聚氨 件更为敏感，使得涂层较快地发生老化，如变色和粉 酯涂层进行多因素加速老化实验，初步研究了涂层 化，严重影响其保护性能和使用寿命]， 的早期光老化（即老化时间比较短）规律及光辐射对 西部地区的建设和发展迫切需要了解和掌握高 膜下金属腐蚀的影响， 分子涂层在我国西部典型自然环境中的老化规律及 1实验材料及方法 收稿日期：2006-11-21修回日期：2006-12-27 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50571013):科技部科 1.1试样制备 技条件平台建设项目(No-2005DKA10400) 钢板规格为135mmX45mm×1mm,经喷砂处 作者简介：王玲(1982-)，女，硕士研究生：高瑾(1963-)，女， 理后，选用丙烯酸聚氨酯面漆及丙烯酸聚氨酯底漆， 副教授，硕士 以刷涂方式制备，涂层厚度约为140m
光辐射对丙烯酸聚氨酯涂层防腐保护性能的影响 王 玲 高 瑾 李晓刚 胡建文 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 摘 要 以氙灯为光源对丙烯酸聚氨酯涂层／碳钢体系进行人工加速老化实验用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、光学显微 镜和光泽仪对老化的涂层进行分析表征用盐雾实验测试涂层老化后的防腐性能初步探讨了光辐射对涂层保护性能的影 响．结果表明不同老化周期的体系在盐雾实验后表面涂层的保护状态均基本完好但膜下金属腐蚀程度随老化时间的增加 而加剧．其原因是：光辐射使涂层中 C—N 键断裂且随老化时间的延长涂层表面粗糙程度增加光泽度下降；涂层化学结构 及表面状态的变化加速了腐蚀介质在涂层中的渗透从而导致膜下金属腐蚀加重． 关键词 丙烯酸聚氨酯涂层；人工加速老化；氙灯；膜下腐蚀 分类号 TG174∙2 Effect of photo-radiation on ant-i corrosion and protection performance of acrylic polyurethane coating W A NG LingGA O JinLI XiaogangHU Jianwen School of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT To evaluate the aging behavior of acrylic polyurethane coating／carbon steel systeman artificial accelerated aging test was carried out with the aid of a xenon lamp．T he aged coatings were characterized with Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）optical microscope and vancometer．T he corrosion resistance of the aged coatings was evaluated by salt spray testand the effect of photo-radiation on the corrosion of the metal underneath the coating was investigated preliminary．T he results show that the coatings with different aging periods all keep good protection state after salt spray test．Howeverthe metal underneath the coating is corroded more severely with the increase of aging time．It can be concluded that the C─N bond of the coating breaks after the exposure to photo-radiationwhich causes the increase in surface roughness and the decrease in gloss with the increase of aging time．Furthermorethese surface changes build the access to the underneath metalwhich accelerates the penetration of medium into the coating and therefore makes the metal corrode severely． KEY WORDS acrylic polyurethane coating；artificial accelerated aging；xenon lamp；underfilm corrosion 收稿日期：2006-11-21 修回日期：2006-12-27 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50571013）；科技部科 技条件平台建设项目（No．2005DKA10400） 作者简介：王 玲（1982—）女硕士研究生；高 瑾（1963—）女 副教授硕士 有机涂层是迄今为止金属防腐最有效、经济和 应用最普遍的方法［1—2］．随着我国西部地区的发展 和建设涂层在西部的应用也越来越广泛．但涂层 对西部地区的光辐射强、昼夜温差大等苛刻环境条 件更为敏感使得涂层较快地发生老化如变色和粉 化严重影响其保护性能和使用寿命［3］． 西部地区的建设和发展迫切需要了解和掌握高 分子涂层在我国西部典型自然环境中的老化规律及 机理．因此研究西部地区的涂层老化规律尤其是 强太阳光辐射造成的涂层光损伤及其对膜下金属腐 蚀的影响十分必要．本文结合我国西部地区典型自 然环境的特点采用氙灯老化实验箱对丙烯酸聚氨 酯涂层进行多因素加速老化实验初步研究了涂层 的早期光老化（即老化时间比较短）规律及光辐射对 膜下金属腐蚀的影响． 1 实验材料及方法 1∙1 试样制备 钢板规格为135mm×45mm×1mm经喷砂处 理后选用丙烯酸聚氨酯面漆及丙烯酸聚氨酯底漆 以刷涂方式制备涂层厚度约为140μm． 第30卷 第2期 2008年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．2 Feb．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．02．009
第2期 王玲等：光辐射对丙烯酸聚氨酯涂层防腐保护性能的影响 153. 1.2实验方法 光泽度计测量涂层的光泽度 (I)老化实验，采用美国ATLAS氙灯老化实 2结果与讨论 验箱，对涂层进行人工加速老化实验.，实验条件为： 102min光照+18min雨淋. 2.1老化过程涂层表面及膜下金属腐蚀特征 (2)盐雾实验，参考ASTM B117,采用 为考察不同老化时间后涂层的保护性能，对未 NQ0105型气流式盐雾箱对老化前及不同老化周 老化、老化500h和800h的试样进行中性盐雾实 期后的试样进行中性盐雾实验， 验.盐雾实验15d后，为观察划线处涂层表面的形 (3)性能表征，采用美国NEXUS670型傅里叶 貌，将划线周围的锈迹轻轻去除，发现不同老化周期 变换红外光谱仪分析涂层的化学结构；VHX一1O0K 的体系，其涂层表面的宏观状态基本完好且差别很 型三维显微系统和Reichert-Jung显微镜观察涂层 小（见图1），只在划线槽内部发生腐蚀，而划线槽附 表面及膜下金属腐蚀的形貌；XGP系列便携式镜向 近的涂层并没有发生起泡或者剥离等破坏现象，说 a (b) 图1盐雾实验15d后涂层的宏观形貌.(a)未老化；(b)老化500h；(c)老化800h Fig-1 Surface images of coatings after salt spray test for 15d:(a)unaged:(b)aged for 500h:(c)aged for 800h 明早期光辐射对涂层的外观影响较小. 对而言，未老化试样的划线槽周围腐蚀程度最轻；老 为进一步研究光辐射对膜下金属腐蚀的影响， 化500h试样表面的锈迹已经将整个划线槽覆盖； 将基体表面的涂层去除，发现三种试样的基体划线 而老化800h的试样，沿划线槽边缘已出现了锈迹 槽附近均发生了不同程度的腐蚀，如图2所示.相 的扩展趋势，说明随着光辐射时间的延长，涂层对 1 mm 1mm I mm 图2盐雾实验15d后膜下金属腐蚀形貌.(a)未老化；(b)老化500h:(c)老化800h Fig.2 Micrographs of corroded metal under the coatings after salt spray test for 15d:(a)unaged:(b)aged for 500h:(e)aged for 800h 金属的保护作用已经逐渐下降 划线槽附近的金属腐蚀甚至产生锈蚀的扩展，使涂 综合以上结果可以看出，老化时间不同的体系 层的实际保护性能逐渐下降 在盐雾实验后，虽然涂层外观变化很小，但膜下金属 2.2光辐射对涂层保护性能影响分析 已发生不同程度的腐蚀，说明早期光辐射对膜下金 涂层对金属的保护作用，主要是对腐蚀性介质 属腐蚀已有显著的影响，分析其原因，认为试样老 的阻挡作用，使之不容易进入涂层/金属界面而侵蚀 化时间越长，在盐雾实验中腐蚀介质越容易通过老 金属.以下着重从光辐射导致的涂层化学结构及表 化涂层逐渐渗入到涂层/金属界面上，加剧金属的腐 面状态的变化来分析涂层在光辐射下的早期老化及 蚀；同时，涂层/基体间的结合力可能随着老化时间 对其保护性能的影响， 的加长逐渐下降，划线槽内的腐蚀介质更易进一步 2.2.1涂层化学结构的变化 破坏界面结合力并沿划线槽向周围扩散，从而加剧 图3为相同厚度的涂层老化前后的红外光谱
1∙2 实验方法 （1） 老化实验．采用美国 ATLAS 氙灯老化实 验箱对涂层进行人工加速老化实验．实验条件为： 102min 光照＋18min 雨淋． （2） 盐 雾 实 验． 参 考 AST M B117采 用 NQ—0105型气流式盐雾箱对老化前及不同老化周 期后的试样进行中性盐雾实验． （3） 性能表征．采用美国 NEXUS670型傅里叶 变换红外光谱仪分析涂层的化学结构；VHX—100K 型三维显微系统和 Reichert-Jung 显微镜观察涂层 表面及膜下金属腐蚀的形貌；XGP 系列便携式镜向 光泽度计测量涂层的光泽度． 2 结果与讨论 2∙1 老化过程涂层表面及膜下金属腐蚀特征 为考察不同老化时间后涂层的保护性能对未 老化、老化500h 和800h 的试样进行中性盐雾实 验．盐雾实验15d 后为观察划线处涂层表面的形 貌将划线周围的锈迹轻轻去除发现不同老化周期 的体系其涂层表面的宏观状态基本完好且差别很 小（见图1）只在划线槽内部发生腐蚀而划线槽附 近的涂层并没有发生起泡或者剥离等破坏现象说 图1 盐雾实验15d 后涂层的宏观形貌．（a） 未老化；（b） 老化500h；（c） 老化800h Fig．1 Surface images of coatings after salt spray test for15d：（a） unaged；（b） aged for500h；（c） aged for800h 明早期光辐射对涂层的外观影响较小． 为进一步研究光辐射对膜下金属腐蚀的影响 将基体表面的涂层去除发现三种试样的基体划线 槽附近均发生了不同程度的腐蚀如图2所示．相 对而言未老化试样的划线槽周围腐蚀程度最轻；老 化500h 试样表面的锈迹已经将整个划线槽覆盖； 而老化800h 的试样沿划线槽边缘已出现了锈迹 的扩展趋势．说明随着光辐射时间的延长涂层对 图2 盐雾实验15d 后膜下金属腐蚀形貌．（a） 未老化；（b） 老化500h；（c） 老化800h Fig．2 Micrographs of corroded metal under the coatings after salt spray test for15d：（a） unaged；（b） aged for500h；（c） aged for800h 金属的保护作用已经逐渐下降． 综合以上结果可以看出老化时间不同的体系 在盐雾实验后虽然涂层外观变化很小但膜下金属 已发生不同程度的腐蚀说明早期光辐射对膜下金 属腐蚀已有显著的影响．分析其原因认为试样老 化时间越长在盐雾实验中腐蚀介质越容易通过老 化涂层逐渐渗入到涂层／金属界面上加剧金属的腐 蚀；同时涂层／基体间的结合力可能随着老化时间 的加长逐渐下降划线槽内的腐蚀介质更易进一步 破坏界面结合力并沿划线槽向周围扩散从而加剧 划线槽附近的金属腐蚀甚至产生锈蚀的扩展使涂 层的实际保护性能逐渐下降． 2∙2 光辐射对涂层保护性能影响分析 涂层对金属的保护作用主要是对腐蚀性介质 的阻挡作用使之不容易进入涂层／金属界面而侵蚀 金属．以下着重从光辐射导致的涂层化学结构及表 面状态的变化来分析涂层在光辐射下的早期老化及 对其保护性能的影响． 2∙2∙1 涂层化学结构的变化 图3为相同厚度的涂层老化前后的红外光谱 第2期 王 玲等： 光辐射对丙烯酸聚氨酯涂层防腐保护性能的影响 ·153·
.154 北京科技大学学报 第30卷 图.可以看出，老化800h后的试样，其C一0的伸 使得涂层中羧基含量增加，这与红外光谱分析结果 缩振动峰(1733.83cm-1,1691.5cm-1)和-0H的 一致 伸缩振动峰(3500cm附近)有所增强，而C一N的 伸缩振动峰（约1538.02cm)降低；说明丙烯酸聚 CH,FNH- 氨酯涂层中C一N键发生了断裂，羰基和羟基含量 (自由基) 直接断裂 增加，涂层发生降解，并有降解产物生成 100 (3 538.02 OH H.N-C-0 (b) 80 图4丙烯酸聚氨酯降解机理模型 SE'LZb Fig.4 Degradation mechanism of acrylic polyurethane coating 60 2.2.2光辐射对涂层表面微观形貌的影响 56-88 图5是涂层光老化不同时间后的微观形貌，可 401 3500 3000 25002000 1500 以看出，光辐射对涂层的表面形貌有明显的影响， 波数/cm 老化前的试样表面平整，无明显缺陷；老化200h后 图3涂层老化前后的红外光谱图.(a)未老化：(b)老化800h 的试样表面开始出现少量孔洞：随着老化时间的延 Fig.3 FT-IR spectra of the coatings:(a)unaged;(b)aged for 长，涂层表面变得越来越粗糙，老化800h后的涂层 800h 表面有明显的褶皱状形貌，这是由于在光照、温度 文献[4]表明，丙烯酸聚氨酯的降解有两种方 及湿度的共同作用下，随着老化时间的延长，涂层表 式，而两种方式的最终产物相同，均为含有一C(0) 面发生降解；并且在老化实验的雨淋阶段，降解产物 OH和含有H2N一C(O)0一的产物（见图4）.从丙 有可能被冲洗掉，造成涂层表面物质的损失，从而导 烯酸聚氨酯的降解机理也可看到，降解产物的牛成， 致涂层表面的粗糙程度不断增大， (a) b 20四 20m 204山m 201m 图5涂层老化不同时间的表面形貌.(a)0h:(b)200h:(c)500h;(d)800h Fig-5 Morphologies of the coatings aged for different periods of time:(a)unaged:(b)200h:(c)500h:(d)800h 2.2.3光辐射对涂层光泽度的影响 涂层内部残留的溶剂或其他挥发性物质的挥发造成 涂层在环境中的老化始于其表面，而表面的变 涂层表面状态的破坏引起的句.对于涂层光泽度的 化必定会影响涂层的光泽度，所以光泽度的变化可 下降，传统的解释认为，由于涂层老化降解，基料不 作为评价涂层老化程度的指标之一·随着老化时间 断损失并留下较为稳定的颜料粒子暴露于涂层的表 的延长，涂层的光泽度不断下降（图6），老化100h 面，使得涂层表面变得粗糙，光泽度降低·Yang等 后涂层的光泽度下降比较大，可能是由于老化初期 人[]研究发现涂层的早期光泽度下降要比颜料粒
图．可以看出老化800h 后的试样其 C O 的伸 缩振动峰（1733∙83cm —11691∙5cm —1）和—OH 的 伸缩振动峰（3500cm —1附近）有所增强而 C—N 的 伸缩振动峰（约1538∙02cm —1）降低；说明丙烯酸聚 氨酯涂层中 C—N 键发生了断裂羰基和羟基含量 增加涂层发生降解并有降解产物生成． 图3 涂层老化前后的红外光谱图．（a） 未老化；（b） 老化800h Fig．3 FT-IR spectra of the coatings：（a） unaged；（b） aged for 800h 文献［4］表明丙烯酸聚氨酯的降解有两种方 式而两种方式的最终产物相同均为含有—C（O） OH 和含有 H2N—C（O）O—的产物（见图4）．从丙 烯酸聚氨酯的降解机理也可看到降解产物的生成 使得涂层中羧基含量增加这与红外光谱分析结果 一致． 图4 丙烯酸聚氨酯降解机理模型 Fig．4 Degradation mechanism of acrylic polyurethane coating 2∙2∙2 光辐射对涂层表面微观形貌的影响 图5是涂层光老化不同时间后的微观形貌．可 以看出光辐射对涂层的表面形貌有明显的影响． 老化前的试样表面平整无明显缺陷；老化200h 后 的试样表面开始出现少量孔洞；随着老化时间的延 长涂层表面变得越来越粗糙老化800h 后的涂层 表面有明显的褶皱状形貌．这是由于在光照、温度 及湿度的共同作用下随着老化时间的延长涂层表 面发生降解；并且在老化实验的雨淋阶段降解产物 有可能被冲洗掉造成涂层表面物质的损失从而导 致涂层表面的粗糙程度不断增大． 图5 涂层老化不同时间的表面形貌．（a）0h；（b）200h；（c）500h；（d）800h Fig．5 Morphologies of the coatings aged for different periods of time：（a） unaged；（b）200h；（c）500h；（d）800h 2∙2∙3 光辐射对涂层光泽度的影响 涂层在环境中的老化始于其表面而表面的变 化必定会影响涂层的光泽度所以光泽度的变化可 作为评价涂层老化程度的指标之一．随着老化时间 的延长涂层的光泽度不断下降（图6）老化100h 后涂层的光泽度下降比较大可能是由于老化初期 涂层内部残留的溶剂或其他挥发性物质的挥发造成 涂层表面状态的破坏引起的［5］．对于涂层光泽度的 下降传统的解释认为由于涂层老化降解基料不 断损失并留下较为稳定的颜料粒子暴露于涂层的表 面使得涂层表面变得粗糙光泽度降低．Yang 等 人［6］研究发现涂层的早期光泽度下降要比颜料粒 ·154· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第2期 王玲等：光辐射对丙烯酸聚氨酯涂层防腐保护性能的影响 .155. 子暴露发生得早，分析认为，对于早期光老化，光泽 观状态良好的情况下，膜下金属的腐蚀程度随老化 度的下降主要是由于涂层表面发生降解，表面形貌 时间的延长而加剧，说明涂层的早期光老化对其防 发生改变，涂层表面的孔洞及褶皱状形貌特征增强， 腐保护性能已有显著影响， 一定程度上增大了涂层表面的粗糙程度；此外，老化 (2)随老化时间的延长，涂层表面的褶皱状形 过程中，干湿交替、温度变化等因素都会进一步使涂 貌及微孔特征更加明显，光泽度下降；红外光谱结果 层表面变得粗糙，从而导致光泽度下降 分析表明，涂层中C一N键断裂，涂层表面发生降 70 解.涂层的光老化特性更有利于腐蚀介质在涂层表 60 面的附着及传输，从而导致涂层保护性能下降 是50 参考文献 [1]Nguyen T N.Hubbard J B.MeFadden G B.A mathematical 30 model for the cathodic blistering of organic coatings on steel im mersed in electrolytes.J Coat Technol,1991,63:43 0 200400 600 800 [2]Xu Y X.Yan C W.Gao Y M,et al.Underfilm corrosion of met- 老化时间h als and failure of organic coatings in atmosphere.Chin Soc Cor- ros Prot,2002,22(4):249 图6光泽度变化曲线 (徐永祥，严川伟，高延敏，等.大气环境中涂层下金属的腐 Fig.6 Gloss dependence on aging time 蚀和涂层的失效.中国腐蚀与防护学报，2002,22(4)：249) 从以上光辐射对涂层化学结构及表面状态的影 [3]Xiao Y D,Wang G Y.Li X G,et al.Corrosion behavior of at 响可以看出，随着老化时间的延长，涂层表面发生降 mospheric environment and corrosion feature materials in our 解，造成涂层表面光泽度下降，表面凹凸不平的褶皱 western area.J Chin Soc Corras Prot,2003.23(4):253 状形貌及微孔特征也越明显， (萧以德，王光雍，李晓刚，等，我国西部地区大气环境腐蚀 性及材料腐蚀特征.中国腐蚀与防护学报，2003,23(4)： 一般，涂装金属的腐蚀首先是腐蚀介质在涂层 253) 中的传输刀.光辐射造成丙烯酸聚氨酯涂层表面发 [4]Perrin F X.Irigoyen M.Aragon E.et al.Artificial aging of 生降解。一方面，涂层中C一N键断裂，分子量下 acrylurethane and alkyd paints:a micro-ATR spectroscopic study 降，使得表面涂层对腐蚀介质的屏蔽性能有所下降； Polym Degrad Stab.2000.70:469 另一方面，老化涂层表面的褶皱状形貌，有利于盐雾 [5]Wypych G.Handbook of Material Weathering.3rd ed.Ma Y 实验中腐蚀介质在涂层表面的锁定，同时微孔也可 Q.Wang R H.Liu S H.et al.translated.Beijing:China Petro- 成为腐蚀介质到达涂层/金属界面的“快速通道”， chemical Press.2004:169 (微皮希。乔治.材料自然老化手册.3版.马艳秋，王仁辉， 此外，降解产物的生成及涂层表面物质的损失可能 刘树华，等，译.北京：中国石化出版社，2004：169) 会使涂层厚度减少，一定程度上缩短了腐蚀介质到 [6]Yang X F.Vang C.Tallman D E.et al.Weathering degradation 达涂层/金属界面的距离.所以，盐雾实验中，在外 of a polyurethane coating.Polym Degrad Stab.2001.74:341 观变化差别很小的情况下，老化时间长的试样，腐蚀 [7]Li W M.Song Y S.Deng S Z.Corrosion of Coating Metal. 介质可以更快地渗入并聚集到涂层/金属界面，导致 Changsha:National University of Defense Technology Press, 膜下金属腐蚀，使得涂层的实际保护性能下降 2003:109 (黎完膜，宋玉苏，邓淑珍.涂装金属的腐蚀，长沙：国防科技 3结论 大学出版社，2003：109) (1)氙灯老化后的盐雾实验中，在涂层表面外
子暴露发生得早．分析认为对于早期光老化光泽 度的下降主要是由于涂层表面发生降解表面形貌 发生改变涂层表面的孔洞及褶皱状形貌特征增强 一定程度上增大了涂层表面的粗糙程度；此外老化 过程中干湿交替、温度变化等因素都会进一步使涂 层表面变得粗糙从而导致光泽度下降． 图6 光泽度变化曲线 Fig．6 Gloss dependence on aging time 从以上光辐射对涂层化学结构及表面状态的影 响可以看出随着老化时间的延长涂层表面发生降 解造成涂层表面光泽度下降表面凹凸不平的褶皱 状形貌及微孔特征也越明显． 一般涂装金属的腐蚀首先是腐蚀介质在涂层 中的传输［7］．光辐射造成丙烯酸聚氨酯涂层表面发 生降解．一方面涂层中 C─N 键断裂分子量下 降使得表面涂层对腐蚀介质的屏蔽性能有所下降； 另一方面老化涂层表面的褶皱状形貌有利于盐雾 实验中腐蚀介质在涂层表面的锁定同时微孔也可 成为腐蚀介质到达涂层／金属界面的“快速通道”． 此外降解产物的生成及涂层表面物质的损失可能 会使涂层厚度减少一定程度上缩短了腐蚀介质到 达涂层／金属界面的距离．所以盐雾实验中在外 观变化差别很小的情况下老化时间长的试样腐蚀 介质可以更快地渗入并聚集到涂层／金属界面导致 膜下金属腐蚀使得涂层的实际保护性能下降． 3 结论 （1） 氙灯老化后的盐雾实验中在涂层表面外 观状态良好的情况下膜下金属的腐蚀程度随老化 时间的延长而加剧说明涂层的早期光老化对其防 腐保护性能已有显著影响． （2） 随老化时间的延长涂层表面的褶皱状形 貌及微孔特征更加明显光泽度下降；红外光谱结果 分析表明涂层中 C─N 键断裂涂层表面发生降 解．涂层的光老化特性更有利于腐蚀介质在涂层表 面的附着及传输从而导致涂层保护性能下降． 参 考 文 献 ［1］ Nguyen T NHubbard J BMcFadden G B．A mathematical model for the cathodic blistering of organic coatings on steel immersed in electrolytes．J Coat Technol199163：43 ［2］ Xu Y XYan C WGao Y Met al．Underfilm corrosion of metals and failure of organic coatings in atmosphere．J Chin Soc Corros Prot200222（4）：249 （徐永祥严川伟高延敏等．大气环境中涂层下金属的腐 蚀和涂层的失效．中国腐蚀与防护学报200222（4）：249） ［3］ Xiao Y DWang G YLi X Get al．Corrosion behavior of atmospheric environment and corrosion feature materials in our western area．J Chin Soc Corros Prot200323（4）：253 （萧以德王光雍李晓刚等．我国西部地区大气环境腐蚀 性及材料腐蚀特征．中国腐蚀与防护学报200323（4）： 253） ［4］ Perrin F XIrigoyen MAragon Eet al．Artificial aging of acrylurethane and alkyd paints：a micro-ATR spectroscopic study． Polym Degrad Stab200070：469 ［5］ Wypych G．Handbook of Material Weathering．3rd ed．Ma Y QWang R HLiu S Het altranslated．Beijing：China Petrochemical Press2004：169 （微皮希．乔治．材料自然老化手册．3版．马艳秋王仁辉 刘树华等译．北京：中国石化出版社2004：169） ［6］ Yang X FVang CTallman D Eet al．Weathering degradation of a polyurethane coating．Polym Degrad Stab200174：341 ［7］ Li W MSong Y SDeng S Z．Corrosion of Coating Metal． Changsha： National University of Defense Technology Press 2003：109 （黎完膜宋玉苏邓淑珍．涂装金属的腐蚀．长沙：国防科技 大学出版社2003：109） 第2期 王 玲等： 光辐射对丙烯酸聚氨酯涂层防腐保护性能的影响 ·155·