金屬材料在大氣環(huán)境中受到各種環(huán)境因素的作用而發(fā)生腐蝕，為了避免或者緩解金屬的腐蝕，人們廣泛采用涂層體系來控制腐蝕，提高金屬/涂層體系的日歷壽命和使用壽命。有機(jī)涂層在正常的使用過程中，一般直接暴露于自然環(huán)境下，不但在物理因素(太陽(yáng)光和溫度)和化學(xué)因素(空氣中O2、O、水、酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑)作用下發(fā)生老化，而且在生物因素(微生物、霉菌)作用下也能導(dǎo)致老化。有機(jī)涂層老化后，外觀表現(xiàn)為失光、變色、粉化起泡、生銹、長(zhǎng)霉、斑點(diǎn)、泛金、脫落、沾污等，實(shí)質(zhì)表現(xiàn)為阻擋、電化學(xué)(緩蝕或陰極保護(hù))和沾接性等幾種性能的喪失。因此必須對(duì)最經(jīng)濟(jì)、有效和廣泛被用作防腐蝕手段的有機(jī)涂層進(jìn)行環(huán)境失效的研究，分析其失效規(guī)律，同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)室模擬加速老化方法的研究，對(duì)涂層進(jìn)行加速試驗(yàn)評(píng)價(jià)，這對(duì)于發(fā)展新型涂層以及評(píng)價(jià)涂層的環(huán)境適應(yīng)性具有重要的意義。

影響有機(jī)涂層老化的主要因素及實(shí)驗(yàn)室模擬老化試驗(yàn)方法

1.1輻射一光老化試驗(yàn)方法

到達(dá)地面的太陽(yáng)光所含紫外線一般具有能量為314kJ/mol ~419kJ/mol ，而大部分聚合物的各種化學(xué)鍵離解能為200kJ/mol~500kJ/mol。因此紫外線的能量足以破壞有機(jī)涂層的化學(xué)鍵，引發(fā)涂層的自動(dòng)氧化反應(yīng)造成老化分解。紫外線對(duì)有機(jī)涂層降解過程分為光物理過程和光化學(xué)過程。光化學(xué)過程中的光分解和光氧化作用最后導(dǎo)致有機(jī)涂層主鏈斷裂、過氧化物出現(xiàn)和親水性的小分子產(chǎn)生。為了模擬太陽(yáng)光對(duì)有機(jī)涂層的影響，在實(shí)驗(yàn)室中采用熒光紫外設(shè)備老化、氙弧燈老化設(shè)備以及循環(huán)老化的方式對(duì)多種類型的涂層進(jìn)行光老化試驗(yàn)。

因?yàn)樽贤饩€是涂層老化的主要因素，因此對(duì)涂層的光老化研究主要集中在紫外光老化研究1-41。主要是采用不同的紫外光老化設(shè)備對(duì)環(huán)氧涂層、醇酸涂層、聚氨酯涂層、PVC涂層等涂層種類進(jìn)行紫外光老化研究，發(fā)現(xiàn)紫外線主要使涂層中的CI-N鍵、C-O鍵、C=C鍵、C-CI鍵、C-H鍵和C-N鍵發(fā)生斷裂生成自由基，如果有氧存在，則發(fā)生自動(dòng)氧化反應(yīng)。

1.2 溫度一高溫試驗(yàn)熱試驗(yàn)方法

是促進(jìn)有機(jī)涂層老化的-一個(gè)重要環(huán)境因素，它影響化學(xué)反應(yīng)的速度、添加劑的擴(kuò)散速率，隨著溫度的升高會(huì)使分子的熱運(yùn)動(dòng)加速，從而引起某些高聚物發(fā)生降解與交聯(lián)，溫度每升高10C反應(yīng)速率提高2~3倍。在熱和氧共同作用下，有機(jī)涂層發(fā)生熱氧老化過程，往往是降解與交聯(lián)相互競(jìng)爭(zhēng)的過程。另外，隨著溫度的升高會(huì)使分子的熱運(yùn)動(dòng)加速，從而引起某些高聚物發(fā)生降解與交聯(lián)，并且溫度的改變會(huì)導(dǎo)致涂層的收縮或膨脹，因而加速了涂層的脫粘、開裂、脫落等老化現(xiàn)象。熱老化是研究涂層老化的主要的加速老化方法。

多位研究者對(duì)比了不同老化溫度對(duì)環(huán)氧酯涂層、PVAC涂層、環(huán)氧涂層老化性能變化的影響，表明老化溫度越高，涂層性能變化越明顯。研究了老化時(shí)間對(duì)PAA涂層、植物油混合涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，表明認(rèn)為在熱老化的前期，涂層存在后固化的過程，即在高溫老化的前期階段，老化過程實(shí)際是分子鍵的破壞與進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)之間的一個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的過程，但是以分子鍵的交聯(lián)反應(yīng)為主;在老化的后期階段，主要表現(xiàn)為分子鏈的斷裂，因此涂層性能下降。并且研究了長(zhǎng)期性熱對(duì)有機(jī)涂層物理：老化的影響，認(rèn)為當(dāng)溫度從高于玻璃化溫度下降到低于玻璃化溫度時(shí)，有機(jī)涂層體積處于非平衡態(tài)值，最后涂層的性能如機(jī)械性能、熱性能和絕緣性能發(fā)生變化，即發(fā)生了物理老化。

1.3水一濕熱老化試驗(yàn)方法

空氣中濕氣、雨、雪、露等以物理或者化學(xué)等各種形式在戶外的涂層表面形成- -層水膜。只要有水存在有機(jī)涂層表面，隨著時(shí)間的推移，水通過涂層的各種缺陷(孔隙、裂紋、雜質(zhì)等)進(jìn)人涂層內(nèi)和涂層下，使有機(jī)涂層膨脹、收縮，并最終導(dǎo)致涂層應(yīng)力變化、出現(xiàn)應(yīng)力裂紋、涂層脫落等現(xiàn)象。在高溫下，水汽對(duì)有機(jī)涂層的滲透能力增強(qiáng)，能夠滲透到涂層體系內(nèi)部并積累起來形成微小的水泡。同時(shí)，水的滲人可以導(dǎo)致涂層體系內(nèi)其他可溶添加劑的溶解、抽出或遷移，從而使物理力學(xué)性能發(fā)生改變。部分有機(jī)分子中存在容易被水攻擊的鍵(如-NH-CH2-.-CH = 0.-CH2-0-CH2-等)，在水存在下還會(huì)發(fā)生水降解，生成小分子產(chǎn)物，即有機(jī)涂層腐蝕。我們通過濕熱試驗(yàn)考察涂層的耐水性和水汽滲透性。

濕熱老化試驗(yàn)控制的主要技術(shù)條件是汽滲透性。濕熱老化試驗(yàn)控制的主要技術(shù)條件是溫度和相對(duì)濕度，它直接影響到涂層的老化速度。通過研究濕熱老化對(duì)膨脹型防火有機(jī)涂層隔熱性能的影響，表明涂層中的親水性鏈段不斷的遷移到涂層表面，并被空氣中的水分溶解，經(jīng)過42個(gè)循環(huán)濕熱老化(相當(dāng)于暴露于自然環(huán)境中20年)后，涂層的耐熱性能反而提高了50%~100%。通過研究濕熱老化對(duì)聚乙烯和環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層在缸體結(jié)構(gòu)上附著力的影響，表明濕熱老化之后水分滲入涂層，因此其附著力下降，并且隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，附著力下降越明顯，老化2個(gè)月之后發(fā)現(xiàn)明顯降解現(xiàn)象，出現(xiàn)了涂層裂縫。

1.4 污染物-鹽霧老化試驗(yàn)方法

由于有機(jī)涂層微觀缺陷的存在，在涂層中形成了長(zhǎng)徑比很大的腐蝕通道，海洋大氣中的水、電解質(zhì)等半徑較小的分子可以通過這些通道擴(kuò)散到涂層/基體的界面區(qū)域，形成微觀腐蝕原電池，進(jìn)而使得基體發(fā)生腐蝕。鹽霧試驗(yàn)被認(rèn)為是評(píng)定與海洋氣氛有密切關(guān)系的有機(jī)涂層防護(hù)性能最經(jīng)典、最有效的方法。鹽霧試驗(yàn)可能對(duì)涂層產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)為：導(dǎo)致涂層起泡、附著力下降，甚至使隱身涂層的隱身性能產(chǎn)生波動(dòng)。通過檢測(cè)不同大氣環(huán)境中曝曬后丙烯酸聚氨酯涂層的耐鹽霧腐蝕性來評(píng)價(jià)不同地區(qū)涂層自然老化程度，認(rèn)為涂層在不同地區(qū)自然老化后，耐鹽霧老化性能差異明顯。對(duì)新型環(huán)氧富鋅環(huán)氧鐵紅環(huán)氧云鐵等有機(jī)涂層材料在鹽霧環(huán)境下的腐蝕防護(hù)性能進(jìn)行了研究，表明有機(jī)涂層在鹽霧環(huán)境下的失效機(jī)理為犧牲陽(yáng)極，陰極保護(hù)。鹽霧對(duì)不同配比PET-EMAA有機(jī)涂層劃痕后的耐腐蝕性能，表明鹽霧試驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫膮^(qū)分不同配比涂層對(duì)其防腐性能的差別，隨著鹽霧時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)了起泡、開裂、生銹等宏觀腐蝕現(xiàn)象。

1.5 綜合因素—循環(huán)試驗(yàn)方法

涂層體系在實(shí)際使用過程中受到的是包括高溫、低溫、紫外、水浸、濕熱和介質(zhì)在內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境因素的綜合作用，因此對(duì)涂層體系的加速老化試驗(yàn)可以把綜合環(huán)境因素考慮在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)環(huán)境的模擬，即循環(huán)老化試驗(yàn)。結(jié)合我國(guó)海洋、沿海、濕熱、高原等地區(qū)的典型環(huán)境，通過循環(huán)老化綜合試驗(yàn)，建立環(huán)境試驗(yàn)譜，在實(shí)驗(yàn)室模擬濕熱、紫外光驗(yàn)，建立環(huán)境試驗(yàn)譜，在實(shí)驗(yàn)室模擬濕熱、紫外光照、鹽霧海水、深海壓力以及季節(jié)變換等因素對(duì)涂層性能的影響。合理環(huán)境試驗(yàn)譜的提出為腐蝕條件有機(jī)涂層壽命評(píng)定提供了重要的依據(jù)。

1.6其他環(huán)境試驗(yàn)方法

其他試驗(yàn)方法主要根據(jù)涂層的具體使用環(huán)境進(jìn)行有機(jī)涂層的耐介質(zhì)試驗(yàn)、生物污染試驗(yàn)以及機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)，由于試驗(yàn)條件限制，目前這些試驗(yàn)還進(jìn)行的比較少。SharminaE.]等研究了環(huán)氧樹脂植物油混合涂層浸泡于三乙胺、氯化鈉溶液、氫氧化鈉溶液、二甲苯、以及水中的性能變化，結(jié)果表明涂層具有良好的耐介質(zhì)性能，接著研究了環(huán)氧樹脂植物油混合涂層的抗菌性能，表明涂層具有較好的抗大腸桿菌的性能，對(duì)抗葡萄球菌的能力稍差。

1.7自然環(huán)境老化試驗(yàn)方法

有機(jī)涂層的自然環(huán)境試驗(yàn)?zāi)軌虮容^真實(shí)地反映涂層材料在實(shí)際使用環(huán)境中的老化性能，包括大氣環(huán)境試驗(yàn)和自然環(huán)境加速試驗(yàn)。大氣環(huán)境試驗(yàn)是將涂層體系暴露于典型的自然環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，主要有外戶外暴露、棚下暴露、戶內(nèi)儲(chǔ)存，典型環(huán)境下對(duì)涂料進(jìn)行露天暴露試驗(yàn)是常用的自然老化試驗(yàn)方式，在我國(guó)的沿海、高原、濕熱以及內(nèi)陸重工業(yè)等典型環(huán)境地區(qū)，學(xué)者們進(jìn)行了較多的有機(jī)涂層大氣暴露試驗(yàn)。為了評(píng)定內(nèi)陸工業(yè)污染區(qū)大氣對(duì)涂層的腐蝕作用，研究了武漢的大氣環(huán)境對(duì)丙烯酸聚氨酯涂層耐蝕性能的影響，表明在層老化方法主要是評(píng)估有機(jī)涂層的宏觀性能，如包括失光、粉化、失色、生銹、開裂和裂紋在內(nèi)的外觀變化 微觀分析要全面描述有機(jī)涂層的信息和性質(zhì)，需要從宏觀到微觀按不同層次對(duì)涂層進(jìn)行分析研究。

造成有機(jī)涂層老化、失效的主要環(huán)境因素有太陽(yáng)光、氧氣、高溫、鹽霧、降水、污染物等，通過各種環(huán)境試驗(yàn)可以模擬這幾種因素的作用過程，通過對(duì)老化前后的涂層進(jìn)行計(jì)數(shù)表征，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，可得出涂層的環(huán)境適應(yīng)性情況，為設(shè)計(jì)、研制部門提供參考。