有機熒光涂料用高效光穩定劑

有機熒光涂料因具有鮮明色彩而快速地發展應用于不同行業，例如：電動車及自行車涂裝、印刷品和鞋材部件，因此已經有許多開發新型有機熒光涂料的相關研究。

然而現今有機熒光涂料所面臨最大的問題是：1. 有機熒光涂料易受到光照后產生嚴重的褪色及色差，而在涂料業中光穩定劑已廣泛使用，且技術也相當成熟，但未對熒光涂料的耐旋光性能有明顯改善；2. 在人工加速耐候測試的結果與在戶外使用時的情況會有差異，特別是在熒光粉紅色/桃紅色系的變褪色更為嚴重。

因此我們使用不同人工加速老化條件去觀察有機熒光涂料的變化，藉此了解不同光源下的影響度，進而開發有機熒光涂料用高效能光穩定劑Eversorb? FC1 & Eversorb? FP1。

實驗

實驗原料

粉紅色有機熒光顏料，工業級；一液型聚氨酯樹脂，工業級；二液型聚氨酯樹脂，工業級；聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate, PET) 濾光片貼于厚玻璃上，可將400nm以下的紫外光阻隔至5%以下。

實驗設備

可調式涂布器：品牌Zehntner/型號ZUA 2000。人工加速老化試驗機：1. 品牌ATLAS/型號Ci4000，2. 品牌Q Panel/型號QUV/se。色差儀：品牌MINOLTA/型號 CM-3500d。紫外光-可見光光譜儀：品牌 SHIMADZU/型號 UV-2600。烘箱：品牌DENG YNG/型號 DO45。

實驗方法

◆ 配制有機熒光粉紅色涂料

秤取30g 一液型聚氨酯樹脂，加入0.9g粉紅色有機熒光顏料VS-211，設定攪拌器轉速為100rpm，攪拌5分鐘，使用超音波震蕩機消泡10分鐘，靜置10分鐘。

◆ 有機熒光色漆試材涂裝

將完成配制的有機粉紅色涂料使用可調式涂布器以10mm/sec的速度涂布濕膜厚度200um(±5um) 于白色涂布紙/ 白色烤漆試片上，以105℃干燥30分鐘。

利用熒光光譜儀量測熒光放射光譜，如圖1所示，有機熒光粉紅涂料在610nm~620nm有一最大放射峰；

◆ 有機熒光涂料的上層清漆試材涂裝

將透明二液型丙烯酸聚氨酯涂料使用可調式涂布器以10 mm/sec 的速度涂布濕膜厚度200um(±5um) 于干燥完成的熒光色漆試片上，以120℃干燥30 分鐘 。

檢驗方法

◆ 色差量測

使用色差儀量測試片進行人工加速老化試驗前后的L*，a*，b* 值，并透過色差計算公式，如下式(1) 進行換算。

ΔE = √ (ΔL*2 + Δa*2 + Δb*2) (1)

L ( 亮度)-0 為黑色, 100 為白色 a ( 紅- 綠)- 正數表是紅色，負數表示綠色 b ( 黃- 藍)- 正數表是黃色，負數表示藍色。

結果與討論

戶外直接曝曬下的變化

在戶外直接曝曬下，可以看到色差在開始的前6分鐘就產生明顯的變化，繼續至150分鐘后色差以線性方式隨時間而增加，如圖2所示。從圖中可得趨勢線方程式為

yΔE = 0.0247x + 2.6929, x ≥ 150

說明從150分鐘開始，色差將以每分鐘提高0.0247的速率增加。

而從L*、a* 和b* 的推移圖( 圖3) 可知，在前6分鐘L*、a* 和b*皆明顯下降，而使得熒光粉紅在外觀上有變暗沉且帶有藍色色口的現象；b* 在66分鐘開始反轉，而L* 在150分鐘也進行反轉，所以在150分鐘前的色差變化趨緩；超過150分鐘后，L*、a* 和b* 都呈現線性變化，分別可得趨勢線方程式為

yΔL* = 0.0117x – 1.5758, x ≥ 150

yΔa* = -0.0021x – 2.8555, x ≥ 150

yΔb* = 0.024x + 2.0112, x ≥ 150

由此可知在戶外直接曝曬下，L*、a* 和b* 對色差影響大小為：b* > L* > a*

人工加速老化測試結果的差異

使用不同的標準光源進行人工加速老化測試，結果顯示如圖4所示色差在450分鐘時的色差大小為：

戶外直接曝曬 > 燈源A > 燈源B > 燈源C > 燈源D

從趨勢線的斜率大小可以說明當測試時間增加時的色差變化速率如下表1所示：

顯示人工加速老化測試的結果在色差和速率上皆是低于戶外直接曝曬，而不同光源的色差變化速率大小為：

燈源A > 燈源B > 燈源D > 燈源C

分別求得各不同光源下的ΔL*、Δa* 和Δb* 的趨勢線斜率，如下表2所示：


由式(1) 可轉換成下式(2)

ΔE2 = ΔL*2 + Δa*2 + Δb*2

由下式(3)~(5) 分別計算ΔL*2、Δa*2 和Δb*2 對ΔE2的影響度：

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響度，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數據是相近的，但實際上的L*、a* 和b* 的變化是不相同的；而其中由戶外曝曬變化最大的Δb 及ΔL 來看，燈源D 下的三因子影響度是較接近戶外的結果，其次才是燈源A；而燈源B / 燈源C的變化則是在Δa，會與戶外測試的結果差異較大。

光源D中可見光段的影響

使用濾光片將光源D中400nm波段以下的光源進行屏蔽，觀察可見光段對熒光粉紅的色差影響，如下圖5所示：

光源D中的可見光段在仍會產生明顯的色差，但長時間的色差變化速率較全波段小。

而從ΔL*、Δa* 和Δb* 的推移圖( 圖6) 可知，在前66分鐘ΔL*、Δa* 和Δb* 皆明顯下降，b* 在270分鐘開始反轉，而L* 在750分鐘才進行反轉，其反轉所需的時間較長，說明可見光段對ΔL* 和Δb* 的影像較小，而從150分鐘后的Δa*趨勢線方程式為

yΔa* = -0.0022x – 4.0555, x ≥ 150

可得斜率為-0.0022，與戶外直接曝曬的斜率相近，說明光源D的可見光段對Δa* 的影響較高。

Eversorb? FC1 & Eversorb? FP1 對有機熒光涂料的影響

分別在下層的熒光色漆中添加2% Eversorb? FP1( 相對于涂料的總量)，及在上層清漆中添加2% Eversorb? FC1( 相對于涂料的總量)，并進行ASTM G154-2 (QUV-B 313nm) 人工加速老化測試284小時，進而探討光穩定劑在不同涂層中的影響程度，由圖7 可知：熒光涂料中添加Eversorb? FC1 和Eversorb?FP1，皆能有效降低因照光而產生的變褪色問題；且在上層清漆中添加Eversorb? FC1 的耐候保護效果高于僅在熒光色漆中添加Eversorb? FP1；而當清漆和色漆層都有添加時，可達到最好的耐候保護效果。

同時進行ASTM G154-1 (QUV-A 340nm) 人工加速老化測試269小時， 如圖8所示，說明Eversorb? FC1及Eversorb?FP1也具備對QUV-A 340nm紫外光的耐候保護效果，可有效減緩色差的問題。

結語

(1) 熒光粉紅涂料在戶外直接曝曬下，L*、a* 和b* 在前6分鐘持續下降，而造成變暗沉且帶藍色色口的外觀；持續曝曬測試，可從趨勢線斜率知其影響度為：b* > L* > a*。

(2) 由不同人工加速老化光源與戶外直接曝曬進行比對，長時間曝曬下的色差斜率大小為：

戶外 > 光源A> 光源B > 光源D > 光源C；但從ΔL*2 %、Δa*2 % 和Δb*2 % 三因子的影響度進行分析，說明光源D 和光源A 的影響度與戶外曝曬的趨勢較為一致。

(3) 光源D的可見光段仍會影響熒光粉紅涂料的色差問題，而從ΔL* 和Δb* 所需的反轉時間較長，且Δa*的斜率與戶外曝曬的結果相近，說明光源D 的可見光段對a* 的影響較L*和b*高。

(4) 在熒光涂料的色漆中添加Eversorb? FP1，并在上層清漆中添加Eversorb? FC1可以有效提升熒光涂料的耐候性能。