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在地球上，我們主要的輻射能來源是太陽。它提供熱量(熱量或紅外輻射)、光輻射(可見光和紫外光)和各種其他類型的能量(如X射線、伽馬射線和宇宙射線)。這些能量形式，以及無線電波、電視波和雷達波，都是電磁輻射這一現象的密切相關的表現。能量形式的不同僅在於它們的波長(波型的峰到峰的距離)，其範圍可以從幾千米(幾千米)到小於一納米(十億分之一米)。
這些能量形式表麵上的多樣性主要是由於它們被感知的方式不同。例如，人眼具有吸收可見光範圍內的輻射能的獨特能力，但是在這個相當有限的範圍(380 nm-780 nm)之外將不能充分地作為受體。無線電接收器可以識別0.1米至20米範圍內的能量，但接收不到可見光範圍內的輻射。這個月，我們將研究電磁輻射對塗層的影響。
不同形式的電磁輻射可以根據它們的波長λ(lambda)或它們的頻率υ(nu)來分類，如圖1所示。術語“頻率”是每秒波數的量度，並通過圖2所示的公式與波長相關，其中c是光速。
所有類型的分子都被電磁波譜中特定波長的輻射能(來自輻射的能量)激發並選擇性地吸收。玻璃允許可見光通過而不被吸收，但它對紫外光不透明，對較短波長的紫外光幾乎不透明。這就是為什麼塗膜在室內比室外持久的原因之一。大多數有機聚合物在電磁波譜的紅外部分被各種特定波長的輻射能激發並吸收。這一特性有利於有機漆膜分子結構的紅外光譜分析。
當波長變短時，輻射的能量增加到足以分裂化學物質的鍵，並在輻射照射到的任何材料中產生深刻的變化。高能X射線、伽馬射線和宇宙射線是如此強大的輻射，它們可以電離氣體，並在動物組織中引起深刻的和潛在致命的化學變化。而可見光雖然沒有那麼高能，對人體健康威脅不大，但會誘發一定的化學反應，比如照相過程中銀鹽的照射。
然而，紫外光具有足夠的能量來破壞和打斷有機分子的共價鍵。在某些輻射固化方法中，可以利用這種特性(輻射能用於激活光化學活性引發劑，然後引發聚合反應)。紫外線、氧氣和水是導致許多有機聚合物緩慢降解(老化)的三個主要因素之一。這些有機聚合物包括粘合漆膜的聚合物和構成人體組織的聚合物。
紫外線的影響與輻射強度成正比，與輻射波長成反比。從圖3中可以看出，我們的大氣層就像一個巨大的過濾器，在短波紫外線到達地麵之前，吸收了大部分更強的短波輻射。波長在300納米以下的輻射幾乎完全被大氣吸收，隻有相對少量的長波紫外光殘留(300納米至380納米之間)。但是，即使是這麼少量的輻射對漆膜分子結構的有害影響現在也已得到充分認識。
為了充分解決紫外光降解的問題，我們必須了解光降解的機製。我們將首先考慮它對未著色膠片的影響。光化學降解以逐步的方式進行，如圖4所示。第一階段被稱為光解，聚合物吸收紫外線輻射，當它吸收紫外線輻射時，被激發並被提升到比正常情況下更高的能量狀態。這種多餘的能量必須消除。
完成這種消除的一種方式是通過聚合物的一級鍵合結構的斷裂形成高活性自由基。這種共價鍵斷裂的難易程度取決於鍵的強度(例如，-C-C-鍵的粘合強度大於- C = C -鍵)。由較強鍵組成的聚合物在任何給定波長下對紫外線誘導的擊穿都有更強的抵抗力。然而，隨著輻射波長的降低，這些聚合物變得更加脆弱。
在光解開始後，聚合物光化學降解的第二階段，即自動氧化，可以通過自由基與氧反應形成過氧自由基而進行。
過氧自由基然後可以通過奪取(除去)氫原子與聚合物主鏈反應，形成氫過氧化物和另一種自由基。因為氫過氧化物極易光解，所以它很容易分裂，產生更多的自由基。這些自由基然後會攻擊聚合物主鏈上的其他位點。
塗層中其他原子的光解也是可能的，再次產生激發的高能部分，然後產生自由基。在較高的能量水平下，自由基可與氧、水或其它與粘合劑無關的原子反應。所有這些反應都會產生更多同樣危險的自由基，這些自由基可能隨後引發反應，最終導致粘合劑分子的攻擊和斷裂。
膜內高活性自由基產生的增加會導致許多複雜的內部聚合反應的發生。這些反應可能包括斷鏈(分裂)、解聚，甚至更小的聚合物片段的揮發(蒸發)。相反，鏈間交聯導致過度交聯密度和脆化是可能的。
雖然變化的確切性質將取決於聚合物結構，但淨效應是物理、化學和性能的顯著變化(惡化)。在一些反應中，例如氯化物質的脫氯化氫，反應產物(在這種情況下是HCI)可能會對薄膜原本要保護的基材產生腐蝕。
幸運的是，配方可以大大減輕這些破壞性的影響。載體可以選自不吸收紫外光但對輻射透明的脂肪族聚合物(丙烯酸、乙酸乙烯酯、脂肪族聚氨酯等。)並因此不受暴露的影響。由芳族部分組成的載體粘合劑，如雙酚a環氧樹脂和酚醛樹脂，吸收性強得多，因此容易受到紫外線的攻擊。
必須強調的是，如果聚合物不吸收輻射，它就不會受到輻射的影響。然而，它可能對來自膜中其他材料(例如，添加劑)的吸收和激發的自由基的攻擊敏感。紫外輻射會攻擊透明麵漆下麵的紫外光敏感層。在使用這種紫外線透明的載體時，還必須注意確保光敏底漆和基底得到適當的保護。
選擇性吸收
這可以通過用顏料或其他紫外線吸收劑或反射劑適當地改變光穩定的麵漆或通過適當地給底漆著色來實現。某些顏料還吸收紫外線，這種紫外線可用來攻擊對紫外線敏感的塗層載體。有些顏料本身可能把輻射能轉變成破壞性的能量形式(化學能)，這些材料必須小心使用。然而，如果選擇得當，顏料可以有效地以危害較小的方式(如熱)消散破壞性的輻射能，而不是將其轉化為化學能。顏料對紫外光的選擇性吸收保護了載色劑粘合劑並增加了塗膜的耐久性。氧化鋅、硫化鋅、氧化鐵紅、炭黑和金紅石型二氧化鈦等材料都是有效的紫外線吸收劑，能很好地保護敏感聚合物。如圖5所示，氧化鋅在這方麵是特別有價值的顏料。它幾乎可以吸收360納米以下危險波長的所有紫外線輻射，並為其粘合劑提供出色的保護。
並非所有的顏料都是同樣有效的紫外線吸收劑。矽酸鎂和重晶石等填充劑對紫外線相對透明，幾乎沒有保護作用。其他的，如銳鈦礦型二氧化鈦，可能通過一種被稱為光催化降解的機製使事情變得更糟。
銳鈦礦二氧化鈦在其表麵的晶格中具有變形的離子。這些離子很容易被波長低於405納米的紫外光還原成較低的氧化態。這種還原反應釋放出高活性的初生氧，迅速氧化周圍的載體，形成水溶性分解產物。雖然顏料表麵的還原反應通過隨後的氧化是可逆的，但是載體的氧化是不可逆的。載體的氧化表現為嚴重的粉化。顏料周圍的降解載體基本上被洗去，未結合的顏料作為鬆散的白堊層留在表麵上。載體上的光催化侵蝕在顏料表麵附近最強烈(不同於簡單的光化學侵蝕 其中顏料的存在減弱了效果)。對於銳鈦礦二氧化鈦，顏料/載體邊界處的界麵完整性更容易被破壞，並且隨著顏料變得鬆散，粉化更嚴重。所有銳鈦礦型二氧化鈦顏料都具有這種極端的白堊傾向。雖然通常被認為是一個缺點，但顏料的侵蝕性粉化傾向已被用於某些用於室外木質壁板的自潔式房屋塗層中。與光化學降解不同，銳鈦礦型塗層的光催化降解不會隨著輻射波長的減小而明顯增加。
與銳鈦礦型二氧化鈦不同，金紅石型二氧化鈦具有更緊密的晶格結構，變形更小，並且氧更不容易被提取。用無機水合物如二氧化矽、氧化鋁和氧化鋯對顏料進行表麵處理也能進一步減輕粉化。這些處理，現在被廣泛使用，使金紅石型二氧化鈦成為塗層載體的優良紫外線屏蔽劑。
顏料在塗膜中分布的有效性(即顏料分散的效率)可能對塗層的紫外光穩定性有深遠的影響。根據所用顏料的類型，分散也可能產生不同的效果。當顏料是吸收性的並保護載體時，它們的過度聚集(由差的分散引起)或過度絮凝(由差的分散穩定性引起)會導致膜的耐紫外光性降低(與良好分散的體係相比)。由於膜的顏料飽和(聚集和絮凝)區域的存在，膜的一些區域局部失去了顏料。當這種聚集和/或絮凝發生在用光催化敏感顏料如銳鈦礦二氧化鈦配製的漆膜中時，光催化氧化的潛在位置被局限並在一定程度上被屏蔽，導致與類似著色但更好分散的體係相比，粉化減少。
反射性顏料
選擇性吸收並不是顏料減少紫外線對塗膜攻擊的先進方法。
高反射性的顏料，如鋁箔，可以被用來從塗膜上反射紫外線，就像鏡子反射光線一樣。這些顏料將在本係列的下一部分中討論。本係列中的一個部分將討論這些顏料。
發光顏料
發光顏料吸收近紫外和紫色波長的輻射能，並以更長的波長重新發射，以產生紅色、橙色、黃色和綠色波長的更高色度或強度的顏色。這種用於產生豔麗熒光顏色的概念，還沒有被用來專門保護塗層載體免受侵蝕。
有機添加劑
在透明塗層中，以及在一些需要高水平抗紫外線的著色塗層中，使用少量的選擇性吸收紫外線的有機添加劑。
這些紫外光吸收劑在化學性質上各不相同，但包括羥基二苯甲酮衍生物、羥基苯基苯並三唑和取代的丙烯腈。它們本質上類似於防曬霜中使用的防曬劑。像色素一樣，它們吸收短波紫外線並將其轉化為熱能，而不會被紫外線降解。
更有效的是這些材料和非紫外光吸收光穩定劑如空間位阻胺的協同組合。胺吸收降解過程中產生的自由基。這些組合通常用於光敏基材上的透明塗層，如木材和高色度有機顏料塗膜。否則，這些基材可能會在紫外線透明的透明物如丙烯酸樹脂和脂肪族聚氨酯下降解。
