有机荧光涂料用高效光稳定剂

有机荧光涂料因具有鲜明色彩而快速地发展应用于不同行业，例如：电动车及自行车涂装、印刷品和鞋材部件，因此已经有许多开发新型有机荧光涂料的相关研究。

然而现今有机荧光涂料所面临最大的问题是：1. 有机荧光涂料易受到光照后产生严重的褪色及色差，而在涂料业中光稳定剂已广泛使用，且技术也相当成熟，但未对荧光涂料的耐旋光性能有明显改善；2. 在人工加速耐候测试的结果与在户外使用时的情况会有差异，特别是在荧光粉红色/桃红色系的变褪色更为严重。

因此我们使用不同人工加速老化条件去观察有机荧光涂料的变化，藉此了解不同光源下的影响度，进而开发有机荧光涂料用高效能光稳定剂Eversorb® FC1 & Eversorb® FP1。

实验

实验原料

粉红色有机荧光颜料，工业级；一液型聚氨酯树脂，工业级；二液型聚氨酯树脂，工业级；聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET) 滤光片贴于厚玻璃上，可将400nm以下的紫外光阻隔至5%以下。

实验设备

可调式涂布器：品牌Zehntner/型号ZUA 2000。人工加速老化试验机：1. 品牌ATLAS/型号Ci4000，2. 品牌Q Panel/型号QUV/se。色差仪：品牌MINOLTA/型号 CM-3500d。紫外光-可见光光谱仪：品牌 SHIMADZU/型号 UV-2600。烘箱：品牌DENG YNG/型号 DO45。

实验方法

◆ 配制有机荧光粉红色涂料

秤取30g 一液型聚氨酯树脂，加入0.9g粉红色有机荧光颜料VS-211，设定搅拌器转速为100rpm，搅拌5分钟，使用超音波震荡机消泡10分钟，静置10分钟。

◆ 有机荧光色漆试材涂装

将完成配制的有机粉红色涂料使用可调式涂布器以10mm/sec的速度涂布湿膜厚度200um(±5um) 于白色涂布纸/ 白色烤漆试片上，以105℃干燥30分钟。

利用荧光光谱仪量测荧光放射光谱，如图1所示，有机荧光粉红涂料在610nm~620nm有一最大放射峰；

◆ 有机荧光涂料的上层清漆试材涂装

将透明二液型丙烯酸聚氨酯涂料使用可调式涂布器以10 mm/sec 的速度涂布湿膜厚度200um(±5um) 于干燥完成的荧光色漆试片上，以120℃干燥30 分钟 。

检验方法

◆ 色差量测

使用色差仪量测试片进行人工加速老化试验前后的L*，a*，b* 值，并透过色差计算公式，如下式(1) 进行换算。

ΔE = √ (ΔL*2 + Δa*2 + Δb*2) (1)

L ( 亮度)-0 为黑色, 100 为白色 a ( 红- 绿)- 正数表是红色，负数表示绿色 b ( 黄- 蓝)- 正数表是黄色，负数表示蓝色。

结果与讨论

户外直接曝晒下的变化

在户外直接曝晒下，可以看到色差在开始的前6分钟就产生明显的变化，继续至150分钟后色差以线性方式随时间而增加，如图2所示。从图中可得趋势线方程式为

yΔE = 0.0247x + 2.6929, x ≥ 150

说明从150分钟开始，色差将以每分钟提高0.0247的速率增加。

而从L*、a* 和b* 的推移图( 图3) 可知，在前6分钟L*、a* 和b*皆明显下降，而使得荧光粉红在外观上有变暗沉且带有蓝色色口的现象；b* 在66分钟开始反转，而L* 在150分钟也进行反转，所以在150分钟前的色差变化趋缓；超过150分钟后，L*、a* 和b* 都呈现线性变化，分别可得趋势线方程式为

yΔL* = 0.0117x – 1.5758, x ≥ 150

yΔa* = -0.0021x – 2.8555, x ≥ 150

yΔb* = 0.024x + 2.0112, x ≥ 150

由此可知在户外直接曝晒下，L*、a* 和b* 对色差影响大小为：b* > L* > a*

人工加速老化测试结果的差异

使用不同的标准光源进行人工加速老化测试，结果显示如图4所示色差在450分钟时的色差大小为：

户外直接曝晒 > 灯源A > 灯源B > 灯源C > 灯源D

从趋势线的斜率大小可以说明当测试时间增加时的色差变化速率如下表1所示：

显示人工加速老化测试的结果在色差和速率上皆是低于户外直接曝晒，而不同光源的色差变化速率大小为：

灯源A > 灯源B > 灯源D > 灯源C

分别求得各不同光源下的ΔL*、Δa* 和Δb* 的趋势线斜率，如下表2所示：


由式(1) 可转换成下式(2)

ΔE2 = ΔL*2 + Δa*2 + Δb*2

由下式(3)~(5) 分别计算ΔL*2、Δa*2 和Δb*2 对ΔE2的影响度：

ΔL*2 % = ΔL*2 /(ΔL*2 + Δa*2 + Δb*2) x 100%

Δa*2 % = Δa*2 /(ΔL*2 + Δa*2 + Δb*2) x 100%

Δb*2 % = Δb*2 /(ΔL*2 + Δa*2 + Δb*2) x 100%

即可得不同光源下各因子的影响度，如下表3所示：

由此可知，色差在不同光源下的人工加速老化的数据是相近的，但实际上的L*、a* 和b* 的变化是不相同的；而其中由户外曝晒变化最大的Δb 及ΔL 来看，灯源D 下的三因子影响度是较接近户外的结果，其次才是灯源A；而灯源B / 灯源C的变化则是在Δa，会与户外测试的结果差异较大。

光源D中可见光段的影响

使用滤光片将光源D中400nm波段以下的光源进行屏蔽，观察可见光段对荧光粉红的色差影响，如下图5所示：

光源D中的可见光段在仍会产生明显的色差，但长时间的色差变化速率较全波段小。

而从ΔL*、Δa* 和Δb* 的推移图( 图6) 可知，在前66分钟ΔL*、Δa* 和Δb* 皆明显下降，b* 在270分钟开始反转，而L* 在750分钟才进行反转，其反转所需的时间较长，说明可见光段对ΔL* 和Δb* 的影像较小，而从150分钟后的Δa*趋势线方程式为

yΔa* = -0.0022x – 4.0555, x ≥ 150

可得斜率为-0.0022，与户外直接曝晒的斜率相近，说明光源D的可见光段对Δa* 的影响较高。

Eversorb® FC1 & Eversorb® FP1 对有机荧光涂料的影响

分别在下层的荧光色漆中添加2% Eversorb® FP1( 相对于涂料的总量)，及在上层清漆中添加2% Eversorb® FC1( 相对于涂料的总量)，并进行ASTM G154-2 (QUV-B 313nm) 人工加速老化测试284小时，进而探讨光稳定剂在不同涂层中的影响程度，由图7 可知：荧光涂料中添加Eversorb® FC1 和Eversorb®FP1，皆能有效降低因照光而产生的变褪色问题；且在上层清漆中添加Eversorb® FC1 的耐候保护效果高于仅在荧光色漆中添加Eversorb® FP1；而当清漆和色漆层都有添加时，可达到最好的耐候保护效果。

同时进行ASTM G154-1 (QUV-A 340nm) 人工加速老化测试269小时， 如图8所示，说明Eversorb® FC1及Eversorb®FP1也具备对QUV-A 340nm紫外光的耐候保护效果，可有效减缓色差的问题。

结语

(1) 荧光粉红涂料在户外直接曝晒下，L*、a* 和b* 在前6分钟持续下降，而造成变暗沉且带蓝色色口的外观；持续曝晒测试，可从趋势线斜率知其影响度为：b* > L* > a*。

(2) 由不同人工加速老化光源与户外直接曝晒进行比对，长时间曝晒下的色差斜率大小为：

户外 > 光源A> 光源B > 光源D > 光源C；但从ΔL*2 %、Δa*2 % 和Δb*2 % 三因子的影响度进行分析，说明光源D 和光源A 的影响度与户外曝晒的趋势较为一致。

(3) 光源D的可见光段仍会影响荧光粉红涂料的色差问题，而从ΔL* 和Δb* 所需的反转时间较长，且Δa*的斜率与户外曝晒的结果相近，说明光源D 的可见光段对a* 的影响较L*和b*高。

(4) 在荧光涂料的色漆中添加Eversorb® FP1，并在上层清漆中添加Eversorb® FC1可以有效提升荧光涂料的耐候性能。