Wie kann die Witterungsbeständigkeit von Pulverlacken durch Antioxidantien und Lichtstabilisatoren verbessert werden?
Mit der rasanten Entwicklung der Volkswirtschaft wird die Anwendung von Pulverbeschichtungen im Außenbereich immer üblicher. Dabei wird der Witterungsbeständigkeit und Haltbarkeit der Pulverbeschichtung als Schutz und Dekoration immer mehr Aufmerksamkeit gewidmet, insbesondere der Beschichtung von Gegenständen im Innen- und Außenbereich wie Decken, Vorhangfassaden, Trinkbrunnen, Klimaanlagen, Waschmaschinen, Aluminiumprofilen usw.
Es gibt viele Faktoren, die die Witterungsbeständigkeit von Pulverbeschichtungen beeinflussen, darunter interne Faktoren wie die Struktur und Leistung von Harzen, Härtern, Farbfüllstoffen und anderen Additiven sowie natürliche Faktoren (externe Faktoren) wie die Wirkung von Sonnenlicht (hauptsächlich UV), die Zusammensetzung der Atmosphäre (Sauerstoff, Ozon, Industrierauch usw.), Feuchtigkeit (einschließlich saurem Regen, Salznebel usw.), Temperaturschwankungen usw.
Ultraviolette Strahlung ist die Hauptursache für die natürliche Alterung von Pulverbeschichtungen, und Sauerstoff in der Atmosphäre ist ein wichtiger Faktor, der die natürliche Alterung fördert. Unter der Einwirkung von UV und Sauerstoff wird eine automatische Oxidationsreaktion der Pulverbeschichtung ausgelöst, d.h. eine Oxidationskettenreaktion, die die Pulverbeschichtung zersetzt. Wasser und Wärme beschleunigen diese Reaktion und spielen eine Rolle bei der Förderung der Photooxidation.
Der Pulverbeschichtungsfilm weist während des Entstehungsprozesses schwache Kettenbindungen und makromolekulare Ketten mit Dienstruktur auf, die nach der UV-Bestrahlung anfällig für photoinduzierte oxidative Abbaureaktionen (Alterung) sind, was zum Verblassen und Kreiden des Beschichtungsfilms führt.
Um die Photooxidation des Lackfilms zu hemmen oder zu verlangsamen, werden in der Regel Antioxidantien, UV-Absorber oder Lichtstabilisatoren oder eine Mischung aus diesen drei Stoffen zugesetzt.
Forschung über die Anwendung von Antioxidantien
Aus dem Mechanismus des thermischen Sauerstoffabbaus von Polymeren ist bekannt, dass der thermische Sauerstoffabbau von Polymeren hauptsächlich durch das Auftreten von kettengebundenen Radikalreaktionen verursacht wird, die durch die Bildung freier Radikale aus Hydroperoxiden durch Hitze ausgelöst werden.
Daher kann der thermische Sauerstoffabbau von Polymeren durch das Einfangen von Radikalen und die Zersetzung von Hydroperoxiden gehemmt werden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Antioxidantien werden häufig für die oben genannte Oxidationshemmung eingesetzt.
Antioxidantien (oder Hitzestabilisatoren) sind Zusatzstoffe, die dazu dienen, den Abbau von Polymeren durch die Einwirkung von Sauerstoff oder Ozon in der Atmosphäre zu verhindern oder zu verzögern, und sind die am häufigsten verwendeten Zusatzstoffe in Polymeren.
Pulverbeschichtungen unterliegen der thermischen Sauerstoffabbau nach dem Backen bei hohen Temperaturen oder Sonnenlicht, Alterung, Vergilbung und andere Phänomene ernsthaft beeinträchtigen das Aussehen und die Leistung des Produkts, um zu verhindern oder zu reduzieren das Auftreten dieser Tendenz, in der Regel mit dem Zusatz von Antioxidantien oder Wärmestabilisatoren zu erreichen.
Antioxidantien lassen sich je nach ihrer Funktion (d. h. dem Eingriffsverhalten in den automatischen chemischen Oxidationsprozess) in drei Hauptkategorien einteilen.
Die erste Kategorie sind die so genannten kettenabschließenden Antioxidantien, die hauptsächlich freie Radikale abfangen, die bei der Autooxidation von Polymeren entstehen.
Die zweite Kategorie sind Antioxidantien vom Typ der Hydroperoxidzersetzer, die hauptsächlich die nichtradikalische Zersetzung von Hydroperoxiden in Polymeren bewirken.
Die dritte Kategorie sind Antioxidantien vom Typ Metallionenpassivator, die mit schädlichen Metallionen ein stabiles Chelat bilden können, wodurch die katalytische Wirkung von Metallionen auf den Autooxidationsprozess von Polymeren abgeschwächt wird.
Die erste der drei Arten von Antioxidantien wird als Haupt-Antioxidans, vor allem Phenol-Blocker, seco-aromatische Amine; die zweite und dritte Kategorie sind Hilfs-Antioxidantien, Phosphit, Dithiocarbamat Metallsalze, etc. genannt. Um eine stabile Beschichtung zu erhalten, um die Anforderungen der Anwendung zu erfüllen, in der Regel auf eine Vielzahl von Antioxidantien Compoundierung wählen.
Der folgende Test verwendet verschiedene Antioxidationsmittel, die der Pulverbeschichtungsformulierung zugesetzt werden. Nach dem Aufsprühen und Aushärten wird die Probe hergestellt, und der b-Wert wird in der gleichen Schichtdicke mit einem Kolorimeter gemessen, und die Farbe des Beschichtungsfilms wird unter Verwendung des international gebräuchlichen CIE-Lab-Farbsystems (DIN 6174, ISO 10526 und ASTM 2244) bewertet.
Die Testergebnisse nach der Sortierung der Farbe des Beschichtungsfilms in der Reihenfolge von sub-increasing zu ausgezeichnet, kann man sehen, dass.
1, die Basisformulierung 1 zeigt schweren Verlust von Licht, obwohl das Pigment Wärmebeständigkeit ist gut, aber nach dem Film gebildet wird, ist die Analyse, dass das Pigment unter hoher Temperatur oxidiert wird, und einige Gruppen innerhalb des Pigments reagieren unter der Wirkung von Sauerstoff.
2, der Farbwechsel von Formel 2 und Formel 3 ist besser als bei Formel 1, aber die Verbesserung ist nicht offensichtlich, und Formel 3 hat eine bessere Wirkung als Formel 2.
Nach der Analyse, das Antioxidans verhindert weitere Oxidation und machte die Farbe ändern weniger, und die Wirkung von Antioxidans 3 war besser als die von Antioxidans 2. Ein weiterer Grund kann aufgrund der beiden sind gehindert Amin, verhindern die Produktion von färbenden Gruppe nach der Oxidation von Pigment, aber der Effekt ist nicht gut, nur verhindern, dass weitere Reaktion nach teilweiser Oxidation, so dass die Wirkung nicht erreichen kann die beste.
3, Formulierung 4 ist besser als Formulierung 3, aber nicht die beste. Weil Phosphit Antioxidans gute Farbe Schutz Fähigkeit hat, hat es reduzierende Eigenschaft und kann das Pigment bei hoher Temperatur oxidiert, um schnell wiederherzustellen, so hat es bessere antioxidative Wirkung.
4, ist die Wirkung der Formel 5 besser als die der Formel 4. Diese Formel verwendet das Hauptantioxidans und das Hilfsantioxidans zusammen, so dass es nicht nur die weitere Oxidation des Pigments stoppt, sondern auch die oxidierte Gruppe schnell wiederherstellt, und das Hilfsantioxidans kann die Farbstoffgruppe, die durch das Hauptantioxidans erzeugt wird, heller werden lassen, so dass es eine gute synergistische Wirkung hat.
5, die Verwendung von Composite-Antioxidans Formulierung 6 Farbe Erhaltung Wirkung ist deutlich besser als Formulierung 5. Antioxidans 4 ist eine Mischung aus hoher Effizienz Phosphit und phenolischen Antioxidans, und das richtige Verhältnis der beiden, hat eine gute antioxidative Wirkung.
6 ist Formulierung 7 besser als Formulierung 6, und die Farbwirkung ist im Grunde die gleiche wie die des Originalpigments. Die empfohlene Dosierung des Antioxidationsmittels beträgt 0,5% bis 1,0%, so dass die Dosierung von Formulierung 6 deutlich geringer ist. Es zeigt sich, dass die Farbwirkung besser erhalten bleibt, wenn die Dosierung des Antioxidationsmittels erhöht wird.
7, Formulierung 8 Test zeigt, dass in der Pulverbeschichtung Pulver machen Extrusion und Film härtenden Prozess, die Verwendung von Antioxidantien können wirksam hemmen das Harz in den Prozess der oxidativen Abbau, die Verbesserung der Schlagfestigkeit.
Die Formulierung, wenn die Zugabe von Antioxidantien kann das Gesicht zu Basis-Verhältnis zu erhöhen, um die gleiche Leistung ohne den Zusatz von Antioxidantien zu erreichen, wenn die kleineren Gesicht zu Basis-Verhältnis. Dies liegt daran, dass der Zusatz von Antioxidantien die Tendenz des Harzes Zersetzung in niedermolekulare Produkte zu reduzieren, so dass große Moleküle des Harzes besser decken mehr Füllstoffe, während die Leistung unverändert bleibt.
8, Formulierung 10 und Formulierung 9 weiße Beschichtung Filmproben gesehen werden kann, plus Antioxidantien können wirksam hemmen die Verarbeitung von Pulverbeschichtungen und Post-Curing-Prozess Vergilbung, Verbesserung der Farbe Leistung von weißen Pulverlacken.
Die obigen Testergebnisse zeigen, dass es zwar viele Faktoren gibt, die das Auftreten von Oxidation im Beschichtungsfilm beeinflussen, wie z. B. die Qualität und die Art des Harzes, der Pigmente, der Additive, der Formulierung der Beschichtung, des Produktionsprozesses, der Temperatur, der Atmosphäre, der Feuchtigkeit und anderer natürlicher Faktoren, dass aber die Anwendung geeigneter Antioxidantien das Auftreten dieses Trends verringert.
Forschung über die Anwendung von Lichtstabilisatoren
Der Abbau von Polymeren in Gegenwart von Licht und Sauerstoff wird als "photo-oxidativer Abbau" bezeichnet. Lichtstabilisatoren, auch UV-Stabilisatoren genannt, sind eine Klasse von Stabilisierungsadditiven, die zur Hemmung des photooxidativen Abbaus von Polymerharzen und zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit von Pulverlackfilmen eingesetzt werden.
Je nach den unterschiedlichen Stabilisierungsmechanismen können Lichtstabilisatoren in Lichtschutzmittel, UV-Absorber, Mittel zum Aufbrechen angeregter Zustände und Mittel zum Einfangen freier Radikale unterteilt werden.
Aufgrund der Vielfalt und Komplexität der Pulverlackformulierung, des Aushärtungsprozesses und der Aushärtungsform ist die Lichterhaltung und der Lichtschutz von Pulverlacken sehr wichtig.
Zweitens, Lichtstabilisator ist sehr wirksam für Licht Alterung der Beschichtung und die Verlängerung der Lebensdauer der Beschichtung Film, und die Menge ist sehr klein, in der Regel nur 0,5% ~ 1,0% der gesamten Formulierung.
Daher ist die Anwendung von Lichtstabilisatoren in Pulverlacken zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit eine sehr einfache, kostengünstige und sehr effektive Methode.
Gemäß der Formel in Tabelle 2 wird der Beschichtung ein Lichtstabilisator zugesetzt, und die Beschichtungsfilmprobe wird durch Sprühen ausgehärtet.
Die Anwendungsleistung des Lichtstabilisators wird wie folgt bewertet.
1, Indoor-Pulver Witterungsbeständigkeit ist sehr schlecht, aber der Zusatz von Lichtstabilisatoren wird eine wichtige Rolle spielen.
2, A und D Formulierungen nicht auf die Lichtstabilisator hinzugefügt werden, zeigt der Test, dass deutlich schlechter als die Probe auf die Lichtstabilisator hinzugefügt werden.
3, C- und F-Formulierungen zeigen, dass sich die Licht- und Farberhaltung des Beschichtungsfilms mit zunehmender Menge an Lichtstabilisator deutlich verbessert.
4, Backen Testergebnisse zeigen, dass das Licht Stabilisator nicht über die Fähigkeit, Temperatur zu widerstehen, um die Temperaturbeständigkeit der Beschichtung Film sollte Anti-Vergilbung Zusatzstoffe hinzuzufügen lösen.
Forschung über die synergistische Anwendung von Antioxidantien und Lichtschutzmitteln
Durch den obigen Test können wir verstehen, dass die Alterung des Beschichtungsfilms tatsächlich das Ergebnis der gemeinsamen Wirkung von ultraviolettem Licht und Sauerstoff ist, und dieser Prozess umfasst zwei verschiedene Prozesse der Photodegradation und Photooxidation.
Lichtstabilisatoren und Antioxidantien haben jedoch unterschiedliche Stabilisierungsmechanismen auf dem Beschichtungsfilm, und es wird erwartet, dass die Kombination von zwei Stabilisatoren mit unterschiedlichen Wirkungsmechanismen eine bessere Stabilisierungswirkung erzielt als ein einzelner Stabilisator, d. h. einen synergistischen Effekt.
Derzeit gibt es solche Stabilisatoren auf dem Markt, was auch ein Entwicklungstrend der Stabilisatoren ist. Aber die synergistische Wirkung zur gleichen Zeit, zwei verschiedene Stabilisatoren zwischen der additiven und antagonistische Wirkung wird auch erscheinen.
Daher ist in der Antioxidans-und Licht-Stabilisator mit einem guten Verständnis der verschiedenen Reaktionen zwischen den beiden ist von entscheidender Bedeutung, nur um die Wirkung der beiden mit dem potenziellen chemischen Reaktion, um die Gestaltung eines wirksamen Antioxidans und Licht-Stabilisator mit dem System.
Durch beschleunigte Alterungs- und Einbrennversuche am Beschichtungsfilm wird die Wirkung des Zusatzes von Antioxidantien und Lichtstabilisatoren zur Pulverlackformulierung bewertet. Die Testformulierungen und Ergebnisse sind in Tabelle 4 und Tabelle 5 aufgeführt.
Anhand der Testergebnisse wird der Lichtstabilisator bewertet.
1, wird der Zusatz von Lichtstabilisator eine bedeutende Rolle bei der Witterungsbeständigkeit des Pulvers spielen, aber die Vergilbungsbeständigkeit des Beschichtungsfilms hat sich nicht verändert.
2, Lichtstabilisator und Antioxidans mit der Beschichtung Film Witterungsbeständigkeit und Verfärbung hat eine erhebliche Wirkung, und die Menge der beiden 1:1, wenn die beste.
3、Lichtstabilisator und Antioxidans haben eine bessere Wirkung im HAA-System.
Die Verwendung von Lichtstabilisatoren und Antioxidantien ist nicht so einfach, wie in dem Artikel dargestellt. Die Wirkung verschiedener Lichtstabilisatoren und Antioxidantien muss entsprechend der Theorie durch weitere Versuche bestätigt werden.
Schlussfolgerung
Der Zusatz von Antioxidantien und Lichtstabilisatoren zu Pulverbeschichtungen kann die thermische und Photooxidation von polymeren Makromolekülen bei der Herstellung und Anwendung von Pulverbeschichtungen wirksam hemmen und reduzieren, die Hitze- und Lichtbeständigkeit des Beschichtungsfilms deutlich verbessern, den Abbau- und Alterungsprozess des Beschichtungsfilms verzögern und die Lebensdauer des Beschichtungsfilms verlängern.
Lichtstabilisatoren und Antioxidantien in High-Performance-Pulverlacke verwendet werden, wenn sie richtig eingesetzt werden, wird es einen synergistischen Effekt, deutlich verbessern die Bewitterungseigenschaften der Pulverbeschichtung Film, vor allem Super-Duable Pulverlack Film.
Bei unsachgemäßer Verwendung kommt es zu einer additiven oder sogar antagonistischen Wirkung, die die Stabilität des Beschichtungsfilms verringert. Der Trend bei Stabilisatoren und wird sich in Richtung Multifunktionalität entwickeln