大多数有机涂料的外部耐久性高度依赖于光稳定剂的使用。两种主要的稳定剂是紫外线吸收剂(UVAs)和受阻胺光稳定剂(HALS)。UVA化学类包括苯甲酮类、氰基丙烯酸酯类、恶苯胺类、苯并三唑类和三嗪类。如今，后两类涂料由于其优异的光谱覆盖率、高消光系数和优异的光持久性，对涂料行业的商业意义最大。HALS属于一个更广泛的化学家族，被称为抗氧化剂，但通过其循环机制与该类别的其他材料(如亚磷酸酯、内酯和受阻酚)区别开来，这种机制允许以类似于酮烯醇互变异构的方式对UVAs产生长期效力。
最近UVA的发展主要集中在增加分子量和/或增加功能，从而最大限度地减少涂层的迁移，进一步提高消光系数，提高光持久性，并设计封装技术，便于在不需要溶剂或预乳化的情况下在水性系统中使用。同样，新的HALS发展也反映了这些情况，包括功能化以防止膜外渗出，开发适合与酸性颜料和酸催化涂料使用的非相互作用材料，以及封装以适应零voc涂料的配方。
涂层紫外线防护
众所周知，紫外线辐射有助于暴露的油漆表面的化学修饰。辐射的有害影响包括光泽丧失、颜色变化、白垩化、剥落和薄膜分层。光稳定剂的选择对于木材和塑料等敏感基材的应用变得更加关键。由于木质素的光氧化和对湿度的敏感性，当暴露在光线下时，基材会迅速降解，因此涂覆木材可能特别成问题。使用紫外线屏蔽器可显著减少光引起的损伤。某些色素反射和/或吸收紫外线和可见光。它们有助于减少深层涂层和基材的辐照及其随之而来的降解效应。
在透明系统中，有机紫外线吸收剂通过吸收紫外线具有相同的作用，通常在树脂固体上使用1-5%的活性物质，这取决于涂层厚度和所需的保护程度。有机紫外线吸收剂使涂层完全无色，而不影响薄膜的透明度。像二氧化钛和氧化铁这样的颜料是很好的紫外线屏蔽剂，但会增加颜色和不透明度。这些颜料的微粉化版本可以用作或多或少透明的紫外线屏蔽剂，以克服透明涂料应用中的这些限制。然而，二氧化钛的一个明显缺点是容易重新团聚，在一定的使用水平以上仍然会导致薄膜透明度降低，并呈现出朦胧的、白蓝色的外观。
对于水性系统的另一个缺点是需要大量的分散剂来稳定这些精细的颜料分散体，并使用助溶剂来减少干燥效应。这可能会降低光泽度并影响干膜性能，如抗阻塞性或水敏感性。在氧化铁的情况下，当它们被用于有效的紫外线防护所需的水平时，会发生从黄色到棕色的显著颜色变化。
对于外部应用，UV吸收剂和HALS的协同组合是涂层稳定的最佳选择。紫外线吸收剂受比尔-朗伯定律控制，因此吸光度与UVA浓度、其摩尔吸光度(消光系数)和路径长度(即涂层厚度)呈线性相关。因此，对于透明涂料，它们提供了涂层稳定的主要机制。相比之下，HALS是自由基清除剂，不受比尔定律的约束，在涂层系统的任何地方都有效。这些抑制涂层粘结剂的光氧化反应，并有助于保持其最初的薄膜性质，如灵活性和拒水性。HALS在涂层表面特别有效，在着色系统中提供更好的保光性，更高的抗垩白性，同时避免在透明涂层中形成裂纹。因此，对于色素系统，HALS提供了主要的稳定机制，因为大多数紫外线辐射被色素阻止穿透超过涂层的最初几微米。选择合适的紫外线吸收剂/HALS组合和浓度取决于涂层系统的化学性质、颜料和填料的存在、薄膜厚度和曝光条件。
新型分散技术
稳定剂生产商面临的挑战是开发产品形式，使其能够容易地掺入和无问题地分散到相对疏水材料的最广泛的水性粘结剂体系中。到目前为止，光稳定剂的选择，可以通过简单的后加成，一直局限于少数亲水改性产品。这类产品对于不断增长的水性涂料树脂范围的适用性可能会受到新的标签要求和更高的技术性能要求的限制。t最常用的紫外线吸收剂之一是亲水改性的羟基苯基苯并三唑(BTZ)，它需要助溶剂才能正确掺入并在涂料中获得可接受的存储稳定性。对于室外应用，需要与HALS结合，两种添加剂的结合需要共溶剂或额外的乳化剂。在文献中还提到了将光稳定剂加入水基配方的进一步方法，即通过聚合物乳液。
由于现有的产品大多是疏水的，一种方法是在聚合前将它们混合到单体进料中。(1)可以选择条件，使反应完全后疏水紫外线吸收剂均匀分布在聚合物颗粒中。根据它们的化学性质，可以选择添加剂和聚合物来控制活性物质从颗粒中释放。相比之下，可反应的紫外线吸收剂可共聚到聚合物基体中，使颗粒完全保留紫外线吸收剂，并提供高吸收紫外线的乳液聚合物。(2,3)含有羟基的紫外线吸收剂适合与多异氰酸酯反应，设计聚氨酯分散体。(4)这种方法确保紫外线吸收剂即使在高剂量下也保持相容，并防止涂层在使用寿命期间迁移。这对薄膜应用尤其重要。这两种方法都可以方便地生产改性分散树脂，以改善聚合物和基材的保护。
因此，开发了一种新的技术，使水不溶性紫外线吸收剂与水性涂料系统兼容，采用微型封装技术。新产品形态的制备需要两个步骤。首先，利用高剪切乳化技术生产出由单体和紫外线吸收剂组成的亚微米级液滴尺寸的稳定乳液。其次，这些乳液的聚合产生细粒径，低粘度和稳定的水分散体。
通过分析超离心法进行分散性表征，提供了粒径、分布、密度以及密度分布等信息。测量结果表明，紫外线吸收剂在聚合物颗粒中分布均匀。用动态光散射法测量了新产品的粒径，结果表明，新产品的粒径在0.03 - 0.20 μ m之间，是典型的聚合物分散体。
水性木器涂料的光稳定性
最近，一种新的稳定概念被提出，它在室内应用中提供了更好的木色稳定性，在室外应用中提供了清晰透明的着色木色涂料的长期耐久性。6-9本概念包括首先在木材底漆中使用特定的水溶性HALS化合物。作为一种木质素稳定剂，该化合物必须在稀水溶液中用作预处理，以浸渍木材表面(见图3)。当木质素稳定剂与紫外线吸收剂结合使用时，可获得最佳的木材颜色保护效果。最好的方法是将紫外线吸收剂添加到随后涂抹的面漆中，并作为对木材表面的外部紫外线过滤器。在没有涂面漆的情况下，木质素稳定剂和紫外线吸收剂必须用于相同的木材穿透处理，紫外线吸收剂必须作为木材表层的内部过滤器。由于紫外和450 nm以下的可见光会导致木质素降解，因此使用吸收光谱最广的紫外吸收剂可获得最佳效果。因此，基于红移TRT发色团的新型UV吸收剂制备具有高UV- a射线吸收性能，在护色和耐久性方面明显优于目前使用的苯并三唑(BTZ)。
为了说明这种效果，给出了一些测试结果。用喷嘴改进的QUV测试装置进行加速风化试验，试验周期为50℃下UVA-340光照射5小时，然后在室温下喷水1小时。
在第一个例子中，基于自交联丙烯酸分散树脂的透明涂层被应用于松树面板上，在底漆上涂上两层，底漆中含有或不含先前描述的木质素稳定HALS。在本实验中，通过颜色变化来记录新型紫外线吸收剂与标准亲水BTZ吸收剂的保护效果。
在总曝光1200小时后，未稳定的涂层开始出现严重的裂纹形成，而基材由于木质素光氧化而强烈变暗。用木质素稳定剂处理过的板材尚未发生开裂，颜色变化也小得多。两种稳定的涂层都处于良好的状态，没有出现裂缝。
人们认识到，在某些情况下，为了适应特定的成本结构或生产限制，最好只对木材采用单件制。因此，在松木面板上进行了一些工作，选择了一种透明的、成膜的清漆作为光稳定剂添加剂，供室内使用。这些面板并排比较了加速风化对以下每种情况的影响(在氙弧天气计中为1000小时CAM 0):
•无涂层松木;
涂层松木(无光稳定剂);
•涂层松木，3% w/w标准光稳定剂包(UVA/HALS);而且
•涂有涂层的松树，2% w/w CGL-362 (TRT的水基分散体)+ 1% w/w CGL-355 (NOR型HALS的水基分散体)。
在每种情况下，光稳定剂都是在等效活性成分浓度的基础上添加的。对暴露板的视觉检查和颜色测量表明，UVA/HALS的水基分散体优于疏水类似物(见图3)。
工业水性涂料的光稳定
最后一个例子是在白色聚碳酸酯板上应用并在室温下干燥的基于自交联PU分散体的水性涂料。面板暴露在装有过滤氙气光源的气象计设备上，并按照102分钟的光照照射循环运行，随后是18分钟的光照和喷水。黑色面板干燥阶段温度为65°C，喷涂阶段温度为室温。结果表明，与BTZ UV吸收剂相比，在相同浓度下，即使活性物质浓度较低，HPT分散型紫外线吸收剂对涂层的抗裂性和对聚碳酸酯基材的颜色保护性能都明显更好。当不稳定体系在6400 h后完全开裂时，3% btz稳定的透明涂层可以抵抗8000 h，而HPT制备的8800 h(2%)和远超过9000 h(3%活性紫外线吸收水平)具有明显更好的抗黄变性能。图4总结了这个测试的结果。注意，uva稳定涂层还含有2%的HALS。使用3% HPT UVA制备的基材颜色变化最小。结论
开发了一种新型的微乳液聚合技术来制备疏水紫外线吸收剂，使其易于掺入并有效地用于水性涂料。该产品可以通过简单的搅拌添加到配方中，在制造过程的任何阶段都没有任何助溶剂，是理想的后添加。新的产品形式允许疏水物质分散到水系统中，而不存在存储时的分离问题。分散性添加剂不影响透明涂料的光泽度和透明度等光学性能。因此，它克服了固体有机或矿物紫外线吸收膏体的缺点，导致雾霾和光泽度降低，并可能导致在较长的储存期间在液体配方中沉淀。另一个优点是，与通过极性基团或亲水性基团进行化学改性而实现水相容性的产品相比，分散疏水化合物表现出非常高的抗水浸性和出色的长期保护效果。初步结果表明，在溶剂型涂料体系中，使用这种制剂所获得的性能与疏水添加剂所产生的保护性能相当。这表明分散的程度足以提供预期的性能和持久性。
值得注意的是，除本报告中讨论的三嗪和NOR HALS产品外，该技术正在扩展到其他光稳定剂。当这项技术应用于其他疏水光稳定剂添加剂时，配方商可以根据所需的成本结构和性能水平灵活地开发符合环境要求的无溶剂配方。
本文在2008年由南密西西比大学聚合物与高性能材料学院和南方涂料技术学会主办的水性研讨会上发表。
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