分析评估涂层各种加速老化的原理

简 介

涂料，最重要的特性之一是将其应用于施工环境后，在较长的一段时间内保持性能不变。这种应用环境可能是某个居民住宅的内墙，地下管道的外壁，或汽车的面漆。虽然这三种应用环境完全不同，但依然需要维持涂料性能不变，具体是指：美观、附着力、防腐蚀性和机械性能。

对于涂料来说，多数情况下应用在户外物体表面是最具挑战性的施工环境之一。其原因在于，阳光曝晒、温度变化、雨雪天气和环境恶化（酸雨）均对涂料性能有影响。常见的暴露在这种户外环境中经过涂料施工的物体包括汽车、飞机、基础设施（桥梁和道路）、房屋和建筑物。为了达到性能长期维持不变的目标，物体外部涂层需要具备抗紫外线辐射降解、抗水解、抗雨雪侵蚀的性能。

涂料的耐久性通常是将涂层自然暴露在户外选定的位置进行测试，从而量化评估涂层在真实世界中的性能。虽然户外自然暴露是一种可靠的评估方法，但却几乎没有加速老化的作用。比如，一种在佛罗里达州暴露五年后其性能仍然可以被接受的涂层，这意味着该涂层将在佛罗里达州暴露五年后存活下来，但这并没有说明它在5.5年或10年后的性能。

这种方法确实意味着涂层在不太恶劣的环境中可能存活超过五年，但使涂层失效的方式可能会不一样，因为不同地区的环境负荷可能会有很大的不同。由于产品开发的时间周期与测试所需的5年甚至更久的时间周期不相匹配，因此利用户外自然暴露作为评估涂层长期耐久性的方法来指导开发涂料是不切实际的。

故而，涂料配方师在很大程度上依赖于加速老化试验来开发和优化涂料配方。与自然暴露测试方法相比，加速老化试验目的是以更快的速度降解涂层。然而，为了结果的可靠性和有效性，降解速度的提升不能以牺牲结果的准确性为代价，这意味着加速老化结果和自然风化结果之间的相关性必须相当高。快速产出的不可靠结果是无效的，并且可能对公司的声誉和底线造成相当大的损害。本文主体将讨论涂料降解背后的科学机理以及评估涂料耐候性的各种方法。

涂料降解化学机理

当涂料暴露在户外时，水分、热量和紫外线辐射的影响会导致涂料的各种成分降解。一般来说，涂料中最容易受影响的组分是粘结剂和粉料。紫外线辐射和水分会使这些材料发生化学降解，当温度升高时，这些降解反应往往会加速。

紫外线辐射引起的降解通常被称为光氧化，由紫外线辐射引发反应，大气中的氧气参与化学降解。简而言之，涂料体系中的某些东西必须吸收辐射光子才能引发降解过程。这类吸收光子的物质被称为发色团，可以是颜料颗粒、主链或聚合物粘结剂、杂质、残留溶剂或添加剂的末端基团。一旦光子被吸收，发色团就必然会散发能量。该过程通常是通过断开共价键形成两个自由基来实现的。这些自由基对氧具有典型的高活性，与氧结合形成以氧为中心的自由基。一旦这些自由基形成，它们就可以通过各种化学反应步骤来切断其它化学键，从而产生链式反应导致聚合物降解。光氧化过程的全部细节本文不予赘述，但推荐几本书和手稿供感兴趣的读者查阅。其简化原理图如图1所示。聚合物经历的特定降解途径在很大程度上取决于聚合物的性质。根据聚合物的不同，可以观察到交联密度的增加或降低，或分子量大小。前者可能引起开裂问题，后者可能导致发黏，耐溶剂性或抗划伤性变差。但无论具体的降解途径如何，涂料光泽都会失去，且颜色发生变化。

图1 聚合物光氧化反应原理图。

实际上，大多数耐用性涂层粘结剂都需要由光稳定的聚合物参与制成。因此，丙烯酸树脂通常用于最苛刻的应用，其户外耐候性是必不可少的。如果合成聚合得当，丙烯酸树脂基本上完全不会吸收紫外线能量。在光谱的另一端，芳香族环氧聚合物和与芳香族异氰酸酯交联的聚氨酯由于聚合物主链中的芳香族基团会强烈吸收达到地面的紫外光，从而具有非常差的户外耐久性。

除了光氧化，尤其当阳光高温照射下，涂层温度升高时，涂层中的粘合剂还可以通过水解降解，在这些条件下，涂层中吸收的水分子可以攻击粘合剂中的共价键并切断聚合物链，从而导致分子量降低。聚酯和醇酸树脂比聚氨酯和环氧树脂更易受此影响。

涂层稳定化

涂料中除了粘合剂和颜料外，光稳定剂对涂料的长期耐候性有着非常重要的影响。紫外光吸收剂（UVAS）和受阻胺类光稳定剂（HALS）都能显著延长暴露在户外的涂层的寿命。UVAS的工作原理是抢先吸收紫外光，这样才能避免紫外光能量被涂料中其它成分所吸收。吸收的光然后以热量的形式无害地消散。因此，UVAs是从源头阻止了光氧化产生。它们往往在面漆涂层的效果最好，并且能防止降解反应深入涂层内部。它们不能保护涂层的整个表面，因为它们需要有限的路径长度才能获得显著的吸光度。

在光氧化过程中，HALS作为自由基捕捉剂并切断氧化链反应。它们在整个涂层体系中非常有效，并且可以显著降低涂层的降解速率。配方中HALS和UVAs都可以延长涂层耐候性。然而，它们在老化过程中会慢慢消耗，不能为涂层提供无限期保护。UVAs和HALS的损失可分别通过UV光谱和ESR光谱进行定量。Valet详细说明了HALS和UVAs工作机理。

自然老化试验

理论上应用于户外的所有涂料都应该在户外测试来确认它们的性能。正如先前所说，对于户外性能而言，自然老化测试提供的加速效果很少，这是不争的事实。

事实上，户外暴露测试的标准地点是美国佛罗里达州南部，因为与其它大多数地点相比，它的气候相对恶劣。迈阿密每年平均降雨量超过1.6米，超过美国大陆任何其他主要城市。此外，它每年接受的总辐射量约为6500MJ/平方米（285-2500nm），是美国大陆接受的辐射量的前10%。因此，由于降雨和夜间露水的形成，这种气候具有强烈的紫外线、高湿度、高温和潮湿时间长的特点。

自然老化试验也会在其它地点进行测试。美国亚利桑那州菲尼克斯作为沙漠气候的代表也经常进行涂料老化试验测试地点。这里的辐射量比南佛罗里达州高约10%，但降雨量和湿度却远远低于后者。当涂料失效的原因主要由紫外线辐射造成时，在亚利桑那州进行暴露测试是合乎逻辑的。

世界各地还存在其他耐候性暴露测试地点，可根据不同类型的涂层因地制宜。在美国北部的暴露测试地点可以测试耐寒性。澳大利亚北部暴露测试地点则可以测试涂料热带辐射的性能。亚洲和欧洲的不同地点也可用来评估涂料在这些地区的性能。户外老化测试评估是由几家专门维护世界各地暴露地点的公司提供的，它们会记录环境变量、跟踪样本和评估涂料的性能在耐候性暴露测试期间和之后的性能表现。

测试地点一旦选择，就需要定义其暴露类型。在北半球，测试样板通常朝南，以确保它们在白天朝向太阳。而在南半球暴露测试的样板则恰恰相反。当样板暴露在“特定纬度”，即样板与水平面的夹角等于曝光点的纬度进行测试时，其全年UV辐射量达到最大值。在佛罗里达南部，这意味着样板将朝南和且以相对水平线26°角的位置暴露测试。

其它典型的暴露条件为：测试汽车涂料时，样板朝南5°放置，允许液态水停留在样板表面从而使其更强烈地参与降解过程；测试建筑涂料时，样板朝南90°放置，允许液态水停留在表面上（朝南重点测试降解，朝北则重点测试霉菌和藻类的侵蚀）。其它条件也有可能。常见的耐候性测试架如图2所示。

图2-佛罗里达州南部的耐候性测试架上的涂料样板。（上图）汽车涂料样板朝南5°放置；和（下图）建筑涂料样板朝南90°放置。

加速老化试验

加速老化试验的目的是在较短的测试时间内预测涂料体系的长期性能。精确的预测结果不仅要求加速老化试验的条件与自然老化试验的条件非常接近，而且与自然老化相比，也能加速降解速度。因为涂料产品的开发周期并不能通过漫长的自然老化周期去检验，很多开发工作都是依靠加速老化试验来指导涂料应用配方的开发。理想情况下，加速老化试验将加速自然老化暴露期间相同的降解化学反应，具备类似的物理应力，以便高度还原自然老化期间观察到的极限失效状态。

实际上，许多最常见的加速老化试验要么没考虑到化学降解，要么没考虑到物理失效模式，或者两者都没考虑到，以致于老化试验假通过或假失败都是最常见的现象。配方设计师了解其中的缘由，因此在对比两个配方时常常依赖朝向的差异。如果经过老化试验基地测试7年后，显示配方B比配方A的性能更好，那么在实际应用过程中，配方B表现出的性能优良的时间可能远远不止7年。虽然这种方法可以直观地向人们展示（涂料性能及差异），但通常微妙的外界变化会导致现场表现的巨大差异。

一般而言，加速老化测试仪必须能够提供：

（1）控制试样表面的紫外线和可见辐射量；

（2）控制温度或温度变化周期；

（3）对试样施加湿度和液态水；

以及（4）稳定可靠、长时间的试验环境，因为加速老化试验通常持续数千小时，以模拟多年的室外暴露状态。

图3：加速老化测试仪QUV。

最关键的控制因素是老化仪内光源的输出。使用的光源与阳光的光谱能量分布（SPD）不完全匹配会导致加速老化试验过程中出现与现实不相符的化学降解。而化学降解的变化会导致与自然老化过程相比，其物理性质（光泽、颜色、机械性能）出现不同。因此，在测试时，尽量使用与阳光接近的光源。

多年来，用于测试加速老化的测试仪定义了加速老化试验的方法或规程。当前的测试方法正朝着基于性能的协议发展，首先定义测试参数，然后可以严格限定能够满足这些指标的仪器，使其能够达成测试协议。从历史上看，加速老化装置和试验规程分为两类：一类是基于使用荧光灯灯泡光源的仪器，另一类是基于使用氙弧光源的仪器。两者将在下文讨论。

典型的荧光灯泡加速老化装置如图3所示。灯泡在仪器内成排排列，面板放置在外测朝向光源。湿度是通过仪器底部加热的水来控制的，也可以通过添加喷头来控制。一些ASTM、ISO和SAE标准是围绕这些类型的设备编写的，这些设备具有许多优点。首先，仪器相对容易操作，并有简单明了的设施要求。它们不会消耗大量的电力或去离子水。灯泡相对便宜，设备易于维护。因此，涂料公司和终端用户长期以来一直在使用这些仪器，以便测试涂料质量是否达标。

然而，如果用户的目的只是单纯地预测涂料的生命周期，那这些设备就会有严重的缺陷。尽管只有少数几款荧光灯泡适用于这些装置，但却都不能很好地匹配太阳光光源。图4中展示了最受欢迎的两种灯泡（UV-A和UV-B；也叫UV-340和UV-313灯泡）的输出以及地面阳光的输出。很明显，UV-B灯泡在295纳米以下依然具备大量的光源。但地球上的阳光在295纳米以下却没有辐射。由于这种低波长的光是最有能量的，它会对吸收这个光谱区域的有机材料造成相当大的破坏。使用这种不自然的刺眼光源会扭曲老化过程中发生的化学降解，并产生误导性的结果。8此外，通常只有当面板温度降至试验箱的露点以下时，才会通过冷凝的方式向面板表面提供液态水。但这并不能准确地描述自然界的降雨，因为降雨在影响涂层表面的过程中会引起一些侵蚀。由于润湿机理和垂直方向的原因，控制面板表面的水量也是很困难的。如果用户的目标是准确预测长期性能，则应在加速老化试验中避免使用这些灯泡。如果你的客户或供应商指出他们的测试方法需要使用这些灯泡，你应该增加额外的测试计划，以更准确地预测其实际应用性能。

图4：QUV加速老化中UV-A和UV-B灯泡的光谱能量分布。以太阳光的光谱为参考。

与阳光SPD匹配性方面，UV-A灯泡的SPD比UV-B灯泡的SPD好得多。因此，由UV-A灯泡引起的化学降解与由太阳光引起的化学降解更为匹配。不幸的是，光谱的可见部分与阳光的匹配度很差，这对测试结果也很重要。为了测试加速清漆的老化，选择UV-A灯泡是可行的。但对于着色体系或那些在着色体系上涂有透明涂层的体系，UV-A灯泡可能会产生误导性的结果。

加速老化仪中使用氙弧光源可以提供比荧光灯泡更接近太阳光谱的匹配度。直接从氙弧灯发出的光在295纳米界限以下含有相当多的辐射。然而，通常会采用玻璃荧光灯来包围住氙弧灯，玻璃荧光灯的组成决定了灯总成的输出。典型的旋转架氙弧老化仪如图5所示。仪器中样板整齐排列，在旋转机架设备中，样板安装在机架上，朝着在设备中心垂直对齐的方向面向光源。当样品在仪器内缓慢转动时，喷头会将液态水喷洒在样板上。湿度是通过空气处理系统中的水分蒸发来控制。各种ISO、SAE、ASTM和DIN标准都是参考这些仪器来进行编撰的。

图5：加速老化仪Weather-Ometer 。

从历史上看，氙弧灯器件中最常用的滤光片组合被称为石英/硼硅酸盐组合（简称石英/硼）。内置滤光片由石英制成，而紫外线却可以轻松透过石英，外滤光片由硼硅酸盐玻璃制成，可阻挡280nm以下的大部分光线。图6所示为该滤光氙弧灯和其他滤光氙弧灯的SPD。图片显示，由两片硼硅酸盐玻璃制造的荧光灯（硼-硼荧光灯）更接近太阳光光源特性。这一组合受到一些汽车原始设备制造商的青睐，研究表明，它能更好地再现许多汽车涂料中的降解化学反应。然而，即使在硼-硼荧光灯中，发生少量的非自然的、UV短波辐射，也会在某些涂层体系中造成涂层失效的后果。

图6：a图是硼-硼荧光灯和石英/硼硅酸盐组合滤光片的氙弧灯的SPD，其中，以太阳光的SPD为参考。b图显示的是太阳光、Rightlight滤光片，以及含有硼-硼滤光片的荧光灯的SPD，从而展示出日光与Rightlight滤光片组合之间匹配的精准度。

近年来，随着化学玻璃技术的发展，人们已经可以制造出精准匹配太阳光特性的滤光片。该滤光器可用于以Rightlight名称命名的旋转机架式机器和以Daylight-F名称命名的平面阵列式机器。研究讨论测试方法时，使用的术语和单位不同。研究表明，使用该滤光器可使加速老化试验的测试结果与太阳光自然老化的结果非常接近。改进过后的滤光器，包含改良过的热循环和湿度循环系统，已经应用于新的加速老化试验标准，即ASTM  D7869，该标准显示，汽车涂料和塑料的加速老化和自然老化之间的相关性显著改善。此外，它在非汽车涂料体系中的应用也有一定研究，其结果好坏参半。

所有加速老化试验的方法通常是通过增加光照强度和升高温度来实现。必须注意的是，光照强度或高温不能超过预期的日常最高值。例如，南佛罗里达州夏季的最大太阳光强度在340nm下，测量值约为0.55 W/m2。强度在接近中午时才达到这个水平。而在白天剩下的时间里它会低于最高值，在晚上的时候变为零。在典型的加速试验方案中，试验时光照强度将始终保持在0.55 W/m2@340nm的恒定值，与自然老化相比，提供了显著的加速效果。

另外，户外试验架的温度遵循昼夜温度变化规律，通常在午后不久达到最高值。在加速试验过程中，最高温度在整个老化循环试验过程中保持不变，或者说在整个循环过程中的光照情况下保持不变。根据老化仪中标准黑色样板进行测量，一般的样板测试温度为70℃或80℃。这些温度与在温暖、阳光充足的气候中观察到的物体的最高温度一致。因此，无论是光照强度增强还是温度的升高都基本不会加速老化，但是增加样板在环境因素（温度、光照强度）达到顶峰时的曝晒时间则会加快老化速度。表1汇总了一些更加流行的加速老化试验。

表1：加速老化测试条件

原则上，使用更高的辐射强度可以进一步提高老化速度。数据表明，当达到~3x标准太阳光强度时，化学降解情况不会特别严重，其中，ASTM D7869试验条件是~1.5标准太阳光照强度（0.80 W/m2@340nm）来加快老化速度。由于光源和样品加热情况不同，大多数主流耐候设备产生的辐射强度比这高得多。因此，老化试验仪则根据实际情况容易达到的加速老化峰值设置了加速上限。

在讨论老化测试方法和结果时，刚接触老化测试的新手常常会被不同的专业术语和表达方式弄得不知所云。尤其是在老化试验时间、辐射量、光照强度等方面，新手更是难以理解。老化试验通常在特定的参数下进行，如时间（通常是几天或几小时）或辐射量（通常是kJ）。时间往往是相对直接有效的，但是如果不了解光是如何被测量或控制的，那么所选用的辐射量是没有意义的。在加速老化试验中，光源的输出通常通过窄带测量来控制。

因此，强度（也称为辐射强度）控制在0.55 W/m2@340nm，有一些测试方法也要求将光源控制在420nm。由于通常用于加速老化试验是灯/滤波器组合的SPD，因此在给定测试功率下，420 nm的强度大约是340 nm的两倍。此外，一些设备则是通过总紫外或总辐射量的宽带进行控制。自然曝晒试验也是如此，这使得在相同辐射强度下，很难对比加速老化和自然老化的实验结果。在南佛罗里达州一年的曝光提供了约6500MJ/m2的总太阳辐射量（290-3000nm），但在340nm辐射下的数值却很少被报道。户外曝晒时间与等效加速老化时间的转换是十分复杂的，将在本文后面章节讨论。

虽然在加速老化试验中，光源的SPD是一个主要变量，但其他环境因素也很重要。特别是，水在许多老化过程中起着关键作用。水作为大多数涂料粘合剂的增塑剂，可降低涂料的玻璃化转变温度（Tg）。增塑后的涂层使得小分子更容易在涂层中迁移。水也可以从涂层内或涂层与基材之间的界面上置换其他分子，导致附着力丧失。此外，当涂层因吸湿而膨胀时，水可在涂层中引起应力变化，但这种变化由于其与基材的粘附而受到限制。

在氙弧老化仪中，通常装载有喷嘴用来给测试样板喷水。有些仪器的喷嘴甚至能同时向样板的前部和后部喷水，尽管后部喷洒的效果无法保证。研究表明，在佛罗里达州的夜间露水量大，甚至导致涂层吸水饱和。12然而，在加速老化方案中，大多数喷雾循环持续一小时或更短时间，提供的吸水量比佛罗里达州要少得多。此外，大多数老化试验要求在氙弧灯打开时喷水。由于高辐射强度，当灯亮时，涂层的温度相当高。这进一步防止了样品在喷雾过程中吸收水分，再次减少了加速老化试验和自然老化之间的匹配度。最新的加速老化试验方案，ASTM D7869，试图纠正这些错误。它使用更长的喷水周期，只有当光源关闭时才会喷水。

除了氙弧和荧光灯技术外，还有其他用于加速老化试验的仪器。使用碳弧光源的仪器是几十年来的行业标准，也是使用的第一个加速老化仪。这些仪器产生的光与太阳光没有相似之处，并能显著地扭曲（与自然老化不相符）大多数涂层的化学降解。大多数测试标准已经放弃了这些仪器，但偶尔会遇到仍在进行测试的客户或供应商。这些测试结果可以忽略。

在一些曝光仪中，金属卤素灯被用来作为高强度光的光源。这些曝光仪通常用来模拟太阳光测试整个体系或设备的抗辐射性和耐热性。它们在光伏产业中很受欢迎，用于评估光伏组件的性能和耐用性。此外，还被用于气候室，用来评估车辆在户外模拟环境中的性能。然而，金属卤素灯的SPD与太阳光谱不匹配，而且太阳光模拟器也不宜代替专用的加速老化装置来评估涂层的使用寿命。

尽管大多数户外曝晒试验不会加速降解过程，但有一个例外。利用组合镜将太阳光辐射集中到测试板上的装置已经商业化了。这些装置通常被称为菲涅尔装置，由于亚利桑那州云层覆盖率低，通常应用于该地区。商业设备如图7所示。这些设备利用传感器和马达来跟踪天上的太阳，以确保镜子始终指向太阳。其目的是使太阳照射到镜子后产生的反射光（与太阳光具有相同的SPD）集中到狭窄的样品测试板上。

图7：菲涅尔型户外加速曝晒装置。

高强度光源加速老化相比一般的南佛罗里达自然曝晒老化试验，提供4-5种加速因子。然而，光辐射产生的热量阻止了水在曝晒过程中被吸收到涂层中。利用风扇将涂层的表面温度保持在~80°C时，只能在晚上或者将样品远离太阳一段时间，然后置于水中，才会发生涂层吸收水分的现象。由于这些原因，从这些设备获得的结果通常与自然曝晒的光化学现象相符，但与户外自然曝晒相比，不会显示出正常的物理（粉化、脱落等）失效现象。

显然，在自然和加速风化过程中，温度对涂层的降解起着一定的作用。大多数降解反应是高温诱发的，温度越高，降解的速度越快。在整个老化过程中，涂层的颜色也起到了一定的作用，原因在于深色样板比浅色样板的温度更高。夏季时，亚利桑那州白车的面漆温度比黑车的面漆温度低约25°C。大多数化学反应的活化能通常被认定为~50kJ/mol，这将导致在温度每升高10℃时反应速率加倍。然而，正如Pickett所报告的那样，这在许多情况下高估了降解反应速率。

曝光后测试评估

在加速老化试验测试中，样品的曝晒仅仅是第一步。涂层样品经过曝晒后，必须根据一些验收标准对其进行评估。通常，首先要评估的是样品外观。在评估描述时一般会采用譬如褪色、暗淡、开裂、剥落等定性专业术语。但是，这通常不足以确定面板是否满足特定标准要求。在测量涂层颜色时，通常会采用色度计或分光光度计。而涂层的光泽度则选用光泽计测量，其测量角度取决于样板的初始光泽。通过测量涂层的光泽度或颜色的变化是评估涂层耐候外观的有效方法，因为这些特性在老化过程中通常以缓慢、单调的方式变化，因此，可以合理地推断出涂层的自然老化时间。

相对来说，涂层其它失效因素更难预测。涂层的物理机械性损耗或灾难性失效属于这一范畴。涂层在经过长时间的加速老化后其外观依然能够被接受，但仅仅经过增加短暂曝晒后，涂层就出现开裂从而失效。在固定的曝光量下，仅仅通过观察样板外观是无法预料到这一点的。为了了解这些失效模式并关注早期降解反应，需要在曝光后抽样调查。当光泽作为度量清漆降解的标准时，需要格外注意。清漆在很长一段时间内即使是在涂层老化的情况下，依然可以保持高光泽。清漆通常是突然失效的，并且通过测量光泽也不能看出突然失效的征兆。

采用不同的实验方法对加速风化后涂层样品的降解量进行了研究。一直以来，红外光谱法是测量曝光后涂层内发生的化学变化的一种简便方法。羰基以及光谱中-OH，-NH的伸缩振动吸收峰可作为评估涂层降解的有效指标。X射线光电子能谱（XPS）、二次离子飞行时间质谱（ToF-SIMS）和紫外光谱也已经应用于涂层降解测试。这些技术中的一些测试方法不仅可用来量化涂料体系中的降解量，还可用于量化涂料体系中的降解轨迹，以便预测发生在涂层内部，无法察觉的涂层隐患，如附着力丧失。

户外曝晒相关测试

实际上，存在一个显而易见的问题，我们在这篇文章中还没有解决。样板在加速老化设备中的曝光试验与实际情况下的曝晒或自然曝晒老化的结果准确性究竟有多高这是加速老化试验中最棘手也是最有争议的问题。当然，任何加速老化方案都必须能够重现同一涂层体系在自然老化条件下曝晒时观察到的涂层弊病（或优良性能）。退一步来讲，一些能够被解释的小问题（霉菌通常在自然曝晒期间在样板上生长，但在加速老化期间不会出现）还是可以被接受的，但常规出现的问题必须得到重现。那么问题来了，在佛罗里达（或亚利桑那州或上海）多长的加速老化试验时间相当于1年（5年或10年）

如果我们把这个问题简化成最简单的形式，在佛罗里达，多长时间的加速老化试验相当于佛罗里达州一年的自然曝晒时间，其答案却依然难以回答。研究表明，仅仅是在相同的辐射量下试验也是不合适的。如前所述，室外辐射通常在一个宽频带进行测试，而不像大多数老化设备采用340nm光源控制辐照度进行试验，但我们知道，佛罗里达南部朝南5°的样板在340nm处的辐射量约3.2 MJ/m2。以SAE J2527为例，要想达到相同的辐射量（@340nm）需要大约100天。（SAE J2527以3小时为一个周期运行，光照2小时，关灯1小时）然而，这段时间内的曝光将导致比南佛罗里达州一年的自然曝晒发生的涂层老化更严重。

从加速老化时间及其与自然老化的相关性方面考虑，更合理方法是采用等效涂层失效模式。在这种情况下，我们扪心自问，需要多大的辐射量，才能导致加速老化与户外自然曝晒观察到的涂层降解老化效果相同其降解老化包括光泽损失、颜色变化，或是一些更能体现出化学降解的变化，例如IR或UV光谱的变化。通过比较一系列汽车涂层的红外光谱变化，（实验发现）1250小时的SAE J2527加速老化时间（boro/boro）相当于南佛罗里达州一年的自然曝晒。

对ASTM D7869进行了一项类似的研究，其中750小时的加速老化相当于南佛罗里达州一年的涂层老化降解。即使如此，也必须记住，在户外和加速暴露中，不仅要观察到涂层失效的程度，而且还要观察到出现相同的涂层失效类型。例如，在QUV老化仪中采用UV-B灯泡试验时，涂层将随着时间的推移出现光泽下降的现象。我们可以将涂层置于老化仪中进行曝光试验，直至达到类似的光泽下降值，并基于该等效性定义加速试验的加速系数。

然而，对于许多涂层，由QUV-B曝光引起的化学变化与同一涂层在户外曝晒时所经历的化学变化不同。因此，其它降解老化性能可能以不同的速率变化，并且在两个测试中可能发生不同的涂层弊端。故而，在老化测试过程中，考虑涂层变化的种类和程度非常重要。

对于涂料配方设计师来说，最明智的方法是建立一个重要的涂料资料库，这些涂料的户外性能是已知的，且每种涂料的性能变化（光泽，红外吸收光谱的变化…）都通过某种方法测试过。这些数据可用于校准户外涂层的降解率，然后与运行智能老化试验方法的加速老化试验仪的降解率进行比较。进而计算出该系列涂层户外曝晒和加速老化方案之间的加速系数，并应用于预测开发出的新涂料配方的降解率。