Az akadályozott amin-fénystabilizátorok (HALS) szerkezete, működési elve és gyakori típusai

Gyors válasz: Az antioxidáns, UV-abszorber és HALS témákban a formulázók általában együtt hasonlítják össze a hosszú távú védelmet, a folyamatstabilitást és a színszabályozást, mert ezek a prioritások nem mindig ugyanazt az adalékanyagot jelölik.

In practical weatherability packages, a common combination is UV-abszorber 384-2 együtt Könnyű stabilizátor 292 to balance UV screening and radical scavenging.

A szabadgyök-csapdázók feladata elsősorban a bevonatok fényezésének során keletkező szabadgyökök, köztük az alkilgyökök, alkoxiradikálok, peroxiradikálok stb. megkötése, és a szerves polimerek további oxidatív károsodásának megakadályozása ezekkel a reaktív csoportokkal. A szabadgyök-csapdázó szerek közé tartoznak az akadályozott fenol fénystabilizátorok és az akadályozott amin fénystabilizátorok ( HALS) két kategóriája. Az előbbi egy fenolos szerkezet, a szabadgyökös polimerizációra blokkoló hatású lehet, a fénystabilizáló hatás általában nem olyan jó, mint az akadozott amin fénystabilizátor, és antioxidánsként gyakrabban használják. Az akadályozott amin fénystabilizátor a nagy hatékonyságú fénystabilizátorok osztálya, jelenleg az egyik legszélesebb körben használt fénystabilizátor a polimer anyagok fény elleni öregedési folyamatában, gyakran nagyon jelentős a polimer fénystabilizáció elősegítése, a polimer fotooxidáció, a gyökök lebomlási folyamatának megragadása és az alkil-hidrogén-peroxid bomlása, a gerjesztett állapotú energia és más módon a polimerek fénystabilizációjának céljának elérése érdekében, de ez is egy közös és hatékony fénystabilizátor a jelenlegi fénykeményítő bevonatokban.

 

Szerkezetileg az akadályozott aminok közé tartozik a piperidinsorozat, az imidazolidinon-sorozat, azetidinon-sorozat és egyéb származékok, amelyek közül a 2,2,6,6,6-tetrametil-piperidin és szubsztituált származékai sorozat a domináns, és az alapvető szerkezetek a bal oldali a) és b) ábrán láthatók.

 

A HALS különböző szerkezetei közül az N-H szerkezet és az N-metil-szubsztituált származékok gyakoriak, az N-acetil-származékok pedig rosszul teljesítenek. A tetrametil-piperidin szerkezet nem rendelkezik konjugált szerkezettel és kromogén csoporttal, nem nyeli el a 250 nm-nél nagyobb hullámhosszúságú fényt, és nem rendelkezik az ultraibolya abszorber és a gerjesztett állapotú robbanóanyag tulajdonságaival. Fotostabilizációs mechanizmusa meglehetősen összetett, amint azt a bal oldali ábra mutatja. Általánosan úgy vélik, hogy a polimerek fotostabilizálásában valójában a gátolt amin nitrogén-oxigén gyökök játszanak közvetlen szerepet, amint azt a bal oldali fenti (c) ábrán látható. A HALS csak az aktív fotostabil szerkezet előfutára, és fotooxidációs körülmények között a polimerben szükségszerűen jelen vannak vagy keletkeznek oxidáló fajok, mint az ózon, a gerjesztett szingulett állapotú oxigénmolekulák hidrogén-peroxid, peroxilgyökök és alkil-hidrogén-peroxid. a bal oldali fenti (a) és (b) ábrán látható tetrametil-piperidin szerkezet érzékeny az ilyen reaktív fajok által a nitrogén-oxigén gyökös szerkezetté történő oxidációra, amint azt a bal oldali fenti (c) ábrán látható. A nitroxid gyökszerkezet egy viszonylag stabil gyök, amely hagyományos körülmények között izolálható és tisztítható.

A HALS nitrogén-oxigén gyökök képesek befogni a fényöregedés során keletkező szabad gyököket, és blokkolni azok további káros reakcióit. A hatás sematikus ábrája a fentiekben látható.

A fénykiképzés során keletkező láncgyökök a kikeményített filmben lévő oxigénmolekulákkal is kölcsönhatásba léphetnek peroxilgyökök kialakulása érdekében, azaz a nitrogén-oxigén gyökök és az oxigénmolekulák versenyeznek a láncgyökökhöz való kötődésért, és az oxigénmolekulák és a szénközpontú gyökök közötti kötődési reakciót a sebességi állandó kissé dominálja. Szerencsére a szilárd polimerfilmeken belül, különösen a térhálósított polimerbevonatokon belül az oxigénmolekulák diffúziója korlátozott, és az oxigénmolekulák koncentrációja a filmben sokkal kisebb, mint a nitrogén-oxigén gyökök koncentrációja. Ezért a nitrogén-oxigén gyökök viszonylag dominánsak a zárási reakcióban a láncgyökökkel szemben. A nitroxilgyök kezdetben csak a polimerlánc-gyököket ragadja meg, és egy akadályozott piperidin oxigénnel lezárt polimerlánc-szegmenst képez, amelyet NOR-nak jelölünk, amely továbbra is kölcsönhatásba léphet a polimerrendszerben a fotogénezés által létrehozott peroxid-gyökökkel is, elfogyasztva a peroxid-gyököket és regenerálva az aktív nitroxilgyököket és az akadályozott aminszerkezeteket egyidejűleg, kialakítva a HALS virtuóz ciklusát. Valószínűleg ez a fő mechanizmus, amellyel a HALS kifejti fotostabilizáló hatását. Amint az a bal oldali fenti ábrán látható.

HALS kifejlesztett számos fokozatú akadályozott amin fénystabilizátorok, a különböző általánosan használt fénystabilizátorok elfoglalják a domináns pozíciót, HALS jellemzői miatt az amin, amely egy bizonyos lúgos, savas protonálás, az átalakítás nitrogén oxigén gyök aktivitás csökken. Ezért a magas lúgosságú HALS-okat nem szabad savas vagy savkatalizált bevonatformulációkban használni, és hasonló problémák állnak fenn a halogéntartalmú égésgátló bevonatok esetében is. A HALS szerkezete jelentős hatással van a savasságára és lúgosságára, és a szerkezet és a savasság közötti kapcsolatot az alábbi táblázat mutatja.

 

Az N-alkilezett akadályozott amin (N-CH3) lúgossága kissé gyengébb, mint a másodlagos amin szerkezetű (N-H) akadályozott aminé, és a hidroxilamin szerkezetű, O-alkilezett hidroxilamin szerkezetű és acetilezett akadályozott amin vonalú szervezetek még gyenge savasságot is mutatnak. Az akadozott amin fénystabilizátorok bázicitásának csökkentése során olyan tényezőket is figyelembe kell venni, mint például a reaktivitásuk. Az alkalmazás szempontjából a gyengébb lúgosságú akadályozott amin fénystabilizátor általában több O-alkilezett hidroxilamin szerkezetű és acetilezett akadályozott amin származékok, ezek a HALS alkalmasak savas környezetben lévő bevonatformulákhoz.

 

Antioxidáns, UV-elnyelő és HALS csomagok praktikus kiválasztási útvonala

Most stabilizátor-döntések akkor működnek a legjobban, ha csomagolt döntésként kezelik őket, nem pedig egyedi termékdöntésként. A technikai vásárlók általában a legerősebb választ kapják, ha együttesen vizsgálják a hosszú távú hőtűrést, a folyamatstabilitást, az időjárási expozíciót és a színtoleranciát.

• Válaszd szét a feldolgozás elleni védelmet a hosszú távú stabilitástól: Az olvadási történelemhez legjobb adalékanyag nem mindig ugyanaz, mint ami a legjobb élettartam-megtartást biztosítja.
• Használja tudatosan a szinergiát: sok polimer- és bevonatrendszer akkor teljesít a legjobban, ha az elsődleges és a másodlagos stabilizátorokat szándékosan párosítják.
• Szín- és tisztasági követelmények áttekintése: A világos, halvány, élelmiszer-érintkezésű vagy fehér rendszerek gyakran szigorúbb csomagolást igényelnek, mint a sötét ipari termékek.
• Ellenőrizze a valós öregedési állapotot: A hő, az UV sugárzás, a páratartalom és a kültéri körülmények mind befolyásolhatják, hogy melyik stabilizátor-útvonal a kereskedelmileg leghatékonyabb.

Ajánlott termékreferenciák

• CHLUMICRYL HEMA: A well-known polar monomer reference in adhesion- and reactivity-driven systems.
• CHLUMIAO 1010: Egy széles körben használt elsődleges antioxidáns etalon a hosszú távú termikus stabilitáshoz.
• CHLUMIAO 168: Egy gyakorlati folyamatstabilitási referenciák, amikor a hidropoxid-szabályozás számít.
• CHLUMILS UV-123: Erős HALS referenciaprofil a bevonatokban és polimerekben alkalmazott UV-állóságot célzó bevonatokhoz.

GYIK vásárlóknak és formulálóknak

Miért erősebbek gyakran a stabilizátor csomagok, mint egyetlen adalékanyag?
Mivel a különböző termékek az elmérgesedési út különböző részeit képesek védeni, így a csomag gyakran egynél több fokozatnál nagyobb kockázatot fed le.

Mindig javítja a teljesítményt több antioxidáns vagy UV-stabilizátor hozzáadása?
Nem feltétlenül. A túladagolás növelheti a költségeket és néha mellékhatásokat is okozhat, így a legtöbb rendszer a tesztelt adagolási ablakon belül teljesít a legjobban.