氙燈加速耐老化試驗(yàn)與自然曝曬試驗(yàn)相關(guān)性的對(duì)比：作為運(yùn)輸包裝的一種，彩色瓦楞紙箱必然會(huì)面臨長(zhǎng)期自然曝曬的情況，如果其表面印刷的油墨耐光性較差，將直接影響其外觀效果。為保證彩色瓦楞紙箱能長(zhǎng)時(shí)間呈現(xiàn)較好的色彩效果，油墨的耐光性試驗(yàn)十分必要。本文將采用氙燈加速老化試驗(yàn)箱來(lái)測(cè)試油墨的耐光性，并對(duì)油墨氙燈加速耐光性試驗(yàn)與自然曝曬試驗(yàn)之間的相關(guān)性進(jìn)行探討。

戶外老化因素

戶外老化主要與3個(gè)因素有關(guān)：光照、溫度和濕度。其中任何一個(gè)因素都會(huì)導(dǎo)致油墨老化，且三者共同作用所造成的老化程度最大。
1.光照
高分子材料的化學(xué)鍵對(duì)日光中不同波段光線的敏感程度不同，短波段的紫外線是引起大部分聚合物物理性能老化的主要原因。然而，對(duì)于某些印刷品和油墨，除了日光中短波段的紫外線之外，長(zhǎng)波段的紫外線甚至可見光也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，從而引起變色或退色現(xiàn)象的發(fā)生。
2.溫度
老化反應(yīng)是一種光致化學(xué)反應(yīng)，溫度雖然不影響光致反應(yīng)速度，但會(huì)會(huì)影響后繼的化學(xué)反應(yīng)速度。因此，溫度對(duì)油墨老化的影響是非線性的。
3.濕度
水會(huì)直接參與油墨的老化反應(yīng)。研究表明，戶外材料每天都長(zhǎng)時(shí)間(平均每天長(zhǎng)達(dá)8～12小時(shí))處于潮濕狀態(tài)，而露水是引起戶外材料潮濕的主要原因。

氙燈加速耐光性試驗(yàn)原理

1.日光模擬
作為氙燈試驗(yàn)箱的光源，氙燈可產(chǎn)生紫外線、可見光和紅外線，能夠很好地模擬全光譜日光。
在進(jìn)行加速耐光性試驗(yàn)之前，氙燈產(chǎn)生的光譜必須經(jīng)濾光器過(guò)濾，以減少不需要的紫外線。使用不同類型的濾光器過(guò)濾能得到不同的光譜，尤其是紫外線短波段的截止點(diǎn)不同，將在很大程度上影響油墨老化的速度。濾光器的選擇取決于試驗(yàn)材料和產(chǎn)品的最終使用條件，通常使用的濾光器有3種：日光過(guò)濾器、窗玻璃過(guò)濾器和紫外延展過(guò)濾器。在氙燈加速耐光性試驗(yàn)中，一般選擇的是窗玻璃過(guò)濾器。
2.輻照度控制
最新的氙燈試驗(yàn)箱均配備了輻照 度 控 制 系 統(tǒng) ， 如 Q -Lab 公司的Q-Sun Xe-3氙燈試驗(yàn)箱配備了太陽(yáng)眼閉環(huán)控制系統(tǒng)，以提供更加穩(wěn)定的光照強(qiáng)度。
在氙燈試驗(yàn)系統(tǒng)中，對(duì)輻照度的控制非常重要。氙燈的光譜范圍一般為295～3000nm，最新標(biāo)準(zhǔn)要求光強(qiáng)的控制應(yīng)基于點(diǎn)控制(如ISO 11341-2004、ASTM G155-05a、ISO 4892-2∶2003等)，控制點(diǎn)的選擇則基于模擬環(huán)境和試驗(yàn)材料和產(chǎn)品的物理性能。對(duì)于戶外環(huán)境，一般采用340nm。
3.溫度控制
溫度是影響油墨老化速度的直接因素，因此需要嚴(yán)格控制氙燈試驗(yàn)箱的溫度。氙燈試驗(yàn)箱一般是通過(guò)黑板溫度計(jì)或黑標(biāo)溫度計(jì)來(lái)精確控制試驗(yàn)樣品的表面溫度的。其中，ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大多使用黑標(biāo)溫度計(jì)，而美國(guó)的一些標(biāo)準(zhǔn)則使用黑板溫度計(jì)。有些氙燈試驗(yàn)箱還能同時(shí)控制箱體空氣溫度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)曝曬環(huán)境溫度的全面控制。
4.濕度模擬
一般，氙燈試驗(yàn)箱通過(guò)水噴淋或濕度控制系統(tǒng)來(lái)模擬濕度對(duì)油墨的影響。其中，水噴淋用于模擬雨水對(duì)戶外彩色瓦楞紙箱的熱沖擊和應(yīng)力腐蝕;濕度控制系統(tǒng)則用于控制試驗(yàn)過(guò)程中的相對(duì)濕度。
氙燈加速耐光性試驗(yàn)

1.試驗(yàn)條件
按照GB/T 22771-2008標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)條件，對(duì)11種不同的油墨樣品進(jìn)行氙燈加速耐光性試驗(yàn)。具體試驗(yàn)條件見表1。

試驗(yàn)設(shè)備?? ?科賽德公司的氙燈老化試驗(yàn)箱
試驗(yàn)樣品?? ?11種不同的油墨樣品，分別命名為樣品1、樣品2……樣品11
試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)?? ?GB/T 22771-2008
輻照度?? ?1.10W/m2@420nm
濾光器?? ?Window IR過(guò)濾器
黑標(biāo)溫度?? ?50℃
箱體空氣溫度?? ?44℃
相對(duì)濕度?? ?50%
試驗(yàn)時(shí)間?? ?5小時(shí)（第1階段）、10小時(shí)（第2階段）、15小時(shí)（第3階段）、20小時(shí)（第4階段）、30小時(shí) (第5階段）、40小時(shí)（第6階段）

2.試驗(yàn)結(jié)果
使用儀器測(cè)量法測(cè)得油墨樣品試驗(yàn)前后的色差△E*(采用D65光源、10°觀察角)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。
△E
5小時(shí)?? ?10小時(shí)?? ?15小時(shí)?? ?20小時(shí)?? ?30小時(shí)?? ?40小時(shí)
1?? ?35.77?? ?36.82?? ?37.64?? ?41.88?? ?42.33?? ?43.26
2?? ?15.52?? ?19.31?? ?21.15?? ?23.03?? ?27.14?? ?32.23
3?? ?1.94?? ?3.52?? ?5.45?? ?6.91?? ?7.13?? ?8.29
4?? ?2.67?? ?3.00?? ?4.07?? ?4.39?? ?4.68?? ?4.78
5?? ?1.52?? ?1.79?? ?2.28?? ?2.59?? ?2.79?? ?2.97
6?? ?1.01?? ?1.20?? ?1.83?? ?2.00?? ?2.70?? ?4.92
7?? ?2.00?? ?2.23?? ?3.17?? ?3.77?? ?5.62?? ?9.64
8?? ?3.57?? ?5.71?? ?7.29?? ?7.82?? ?9.93?? ?11.98
9?? ?0.77?? ?0.93?? ?1.30?? ?1.42?? ?1.70?? ?2.66
10?? ?2.35?? ?3.28?? ?3.37?? ?3.59?? ?4.03?? ?4.36
11?? ?1.75?? ?2.45?? ?2.79?? ?3.16?? ?3.74?? ?4.15
表2 氙燈加速耐老化試驗(yàn)結(jié)果
3.結(jié)果分析
在進(jìn)行氙燈加速耐老化試驗(yàn)之前，我們已經(jīng)知道，這11種油墨樣品中，有的耐光性較好，有的耐光性一般，有的耐光性較差，差異性較大。而試驗(yàn)結(jié)果也正好驗(yàn)證了這一點(diǎn)，并充分證明了使用氙燈試驗(yàn)箱可以區(qū)分油墨樣品不同的耐光等級(jí)。如表2中樣品9的耐光性較好，樣品3耐光性一般，而樣品1的耐光性較差。這3種油墨樣品在不同試驗(yàn)階段的△E*變化示意圖見圖1。
自然曝曬試驗(yàn)

1.試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果
在進(jìn)行氙燈加速耐光性試驗(yàn)的同時(shí)，我們還對(duì)這些油墨樣品進(jìn)行了自然曝曬試驗(yàn)。將11種油墨樣品放置在靠近工廠倉(cāng)庫(kù)的窗玻璃旁，用以模擬油墨樣品在實(shí)際應(yīng)用中遇到的較為嚴(yán)酷的環(huán)境。將這些油墨樣品曝曬61天后，使用儀器測(cè)量法測(cè)得油墨樣品試驗(yàn)前后的色差△E*，試驗(yàn)結(jié)果見表3。
2.結(jié)果分析
同氙燈加速耐光性試驗(yàn)的結(jié)果類似，不同油墨樣品的自然曝曬試驗(yàn)結(jié)果也不同，有的較好，有的一般，有的較差。
氙燈加速耐光性試驗(yàn)與自然曝曬試驗(yàn)的相關(guān)性

表2和表3分別列出了氙燈加速耐光性試驗(yàn)和自然曝曬試驗(yàn)中11種油墨樣品在試驗(yàn)前后的色差△E*。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分別計(jì)算了不同試驗(yàn)階段氙燈加速耐光性試驗(yàn)和自然曝曬試驗(yàn)之間的相關(guān)系數(shù)(rs)(見表4)。該相關(guān)系數(shù)是指利用兩種不同的試驗(yàn)方法對(duì)同一組油墨樣品進(jìn)行試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)rs的計(jì)算公式為rs=1-6∑di2/[n(n2-1)]，其中，n表示油墨樣品的個(gè)數(shù)，di表示兩列數(shù)據(jù)中每一行數(shù)據(jù)之間的差值。rs越接近1，氙燈加速耐光性試驗(yàn)與自然曝曬試驗(yàn)的相關(guān)性就越好。
△E
3天?? ?8天?? ?13天?? ?18天?? ?24天?? ?30天?? ?61天
1?? ?19.08?? ?31.24?? ?32.78?? ?34.52?? ?34.67?? ?35.03?? ?35.96
2?? ?4.87?? ?9.94?? ?10.76?? ?12.35?? ?14.29?? ?15.53?? ?20.40
3?? ?4.16?? ?5.25?? ?6.20?? ?6.86?? ?7.66?? ?8.52?? ?8.89
4?? ?1.54?? ?2.03?? ?2.17?? ?2.26?? ?2.28?? ?2.47?? ?3.42
5?? ?0.52?? ?0.97?? ?1.07?? ?1.40?? ?2.00?? ?2.60?? ?2.85
6?? ?0.58?? ?1.20?? ?2.00?? ?2.34?? ?2.52?? ?2.87?? ?8.59
7?? ?0.9?? ?1.24?? ?1.88?? ?2.24?? ?2.46?? ?2.46?? ?7.10
8?? ?2.39?? ?3.32?? ?4.72?? ?5.74?? ?5.92?? ?6.92?? ?9.57
9?? ?0.41?? ?0.87?? ?0.94?? ?1.19?? ?1.39?? ?1.42?? ?1.59
10?? ?1.58?? ?2.21?? ?2.63?? ?3.34?? ?3.59?? ?3.60?? ?3.77
11?? ?1.55?? ?2.25?? ?2.78?? ?3.67?? ?4.13?? ?4.13?? ?4.15
表3 自然曝曬試驗(yàn)結(jié)果
從表4可以看出，氙燈加速耐老化試驗(yàn)與自然曝曬試驗(yàn)所有試驗(yàn)階段的相關(guān)系數(shù)多大于0.70，相關(guān)性非常好。其中，氙燈加速耐光性試驗(yàn)10小時(shí)與自然曝曬試驗(yàn)3天之間的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.98。
Rs?? ?3天?? ?8天?? ?13天?? ?18天?? ?24天?? ?30天?? ?61天
5小時(shí)?? ?0.89?? ?0.84?? ?0.8?? ?0.79?? ?0.74?? ?0.67?? ?0.69
10小時(shí)?? ?0.98?? ?0.96?? ?0.94?? ?0.93?? ?0.89?? ?0.86?? ?0.78
15小時(shí)?? ?0.96?? ?0.92?? ?0.89?? ?0.88?? ?0.84?? ?0.78?? ?0.78
20小時(shí)?? ?0.94?? ?0.89?? ?0.86?? ?0.86?? ?0.83?? ?0.75?? ?0.8
30小時(shí)?? ?0.93?? ?0.89?? ?0.86?? ?0.88?? ?0.86?? ?0.76?? ?0.85
40小時(shí)?? ?0.78?? ?0.77?? ?0.75?? ?0.79?? ?0.8?? ?0.7?? ?0.94
表4 氙燈加速耐老化試驗(yàn)與和自然曝曬試驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)
從表2和表3的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，油墨樣品自然曝曬試驗(yàn)61天的色差值并沒有氙燈加速耐光性試驗(yàn)40小時(shí)的色差值大。我們以自然曝曬試驗(yàn)61天時(shí)油墨樣品的色差值為基準(zhǔn)，分別換算氙燈加速耐光性試驗(yàn)中每種油墨樣品達(dá)到同樣色差值時(shí)的時(shí)間，再取其算術(shù)平均值，最后得出：氙 燈 加 速 耐光性試驗(yàn)29小 時(shí) 相 當(dāng)于自然曝曬試驗(yàn) 61天 的效果，也就是說(shuō)氙燈加速耐光性試驗(yàn)的速率是自然曝曬試驗(yàn)速率的50倍。當(dāng)然，這個(gè)倍數(shù)只是針對(duì)本文研究的11種油墨樣品而言，對(duì)于其他油墨樣品或者其他包裝材料未必適用。