Apa saja aplikasi antioksidan, penstabil cahaya dan kombinasi keduanya dalam pelapis?
Makalah ini secara sistematis memperkenalkan jenis-jenis penstabil cahaya dan antioksidan, mempelajari antioksidan, penstabil cahaya, dan aplikasinya dalam pelapis bubuk, serta menjelaskan mekanisme perannya dalam menghambat atau memperlambat laju oksidasi cahaya/panas pada film pelapis.
Dengan pesatnya perkembangan ekonomi nasional, aplikasi pelapis bubuk di luar ruangan menjadi semakin umum. Dengan demikian, daya tahan dan daya tahan lapisan pelapis bubuk sebagai perlindungan dan dekorasi juga semakin mendapat perhatian, terutama lapisan film pelapis barang dalam dan luar ruangan seperti langit-langit, panel dinding gorden, air mancur minum, AC, mesin cuci, profil aluminium, dll. pelapis onlinecoatingol.com.
Ada banyak faktor yang mempengaruhi ketahanan pelapis bubuk, yang meliputi faktor internal seperti struktur dan kinerja resin, bahan pengawet, pengisi warna, dan bahan tambahan lainnya; dan faktor alam (faktor eksternal) seperti aksi sinar matahari (terutama UV), komposisi atmosfer (oksigen, ozon, asap industri, dll.), kelembaban (termasuk hujan asam, semprotan garam, dll.), dan perubahan suhu.
Radiasi ultraviolet adalah penyebab utama penuaan alami pelapis bubuk, dan oksigen di atmosfer merupakan faktor penting untuk mendorong penuaan alami. Di bawah aksi radiasi ultraviolet dan oksigen, ini memicu reaksi oksidasi otomatis lapisan bubuk, yaitu reaksi berantai oksidasi, yang menurunkan lapisan bubuk. Air dan panas mempercepat reaksi ini dan berperan dalam mempromosikan foto-oksidasi.
Oleh karena itu, pengaruh berbagai faktor tidak bisa diabaikan. Hanya dengan memahami bagaimana berbagai faktor bekerja pada pelapis bubuk dan memahami kontradiksi utama, kita dapat mengetahui tindakan pencegahan untuk meningkatkan ketahanan terhadap pelapukan.
Film pelapis bubuk dalam proses pembentukannya akan terdapat ikatan rantai yang lemah dan struktur double-ene dari rantai makromolekul, setelah radiasi ultraviolet, mudah terjadi reaksi degradasi oksidatif yang diinduksi cahaya (penuaan), yang mengakibatkan memudarnya film pelapis, berkapur.
Untuk menghambat atau memperlambat laju foto-oksidasi film pelapis, orang biasanya menggunakan penambahan antioksidan, peredam UV atau penstabil cahaya atau campuran dari ketiga jenis tersebut. Makalah ini menggabungkan eksperimen untuk mengeksplorasi penerapan antioksidan dan penstabil cahaya dalam pelapis bubuk dan pengaruhnya terhadap kinerja.
1. Bagian eksperimental
1.1 Persiapan sampel uji
Resin, bahan pengawet, bahan perata, pengisi warna dan bahan tambahan lainnya ditimbang sesuai dengan formula pelapisan bubuk, dimasukkan ke dalam ketel pencampur dan dicampur dengan kecepatan tinggi, kemudian diekstrusi dengan ekstruder sekrup kembar dan didinginkan.
Bahan yang diekstrusi dipecah oleh penggilingan kopi dan kemudian disaring melalui layar, dan lapisan bubuk yang sudah jadi disemprotkan ke pelat baja yang dipoles amplas dengan penyemprotan elektrostatik bertekanan tinggi 40 kV dengan pistol Jinma dan ditempatkan di oven untuk dipanggang dan diawetkan untuk mendapatkan pelat sampel.
1.2 Metode uji kinerja
Uji penuaan dipercepat buatan: QUV digunakan untuk uji penuaan dipercepat buatan. QUV menggunakan sumber cahaya QUB313 dan berjalan selama 200 jam, di mana: kondisi uji nilai: UV: 0,72W / m2, 50 ℃, 4 jam; kondisi uji nilai b: kondensasi: 40℃, 4h.
Tes memanggang: Untuk menentukan ketahanan panas penstabil cahaya, metode pemanggangan oven digunakan, dan kondisi pemanggangan adalah 220℃ dan 30 menit untuk uji ketahanan panas.
2 、 Hasil dan pembahasan
2.1 Studi aplikasi antioksidan
Dari mekanisme degradasi oksigen termal polimer, diketahui bahwa degradasi oksigen termal polimer terutama disebabkan oleh terjadinya reaksi radikal berantai yang dipicu oleh pembentukan radikal bebas dari hidroperoksida oleh panas.
Oleh karena itu, degradasi oksigen termal polimer dapat dihambat oleh perangkap radikal dan dekomposisi hidroperoksida, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Di antara mereka, antioksidan banyak digunakan untuk penghambatan oksidasi di atas.
Antioksidan (atau penstabil panas) adalah zat aditif yang digunakan untuk menghambat atau menunda degradasi polimer oleh aksi oksigen atau ozon di atmosfer, dan merupakan zat aditif yang paling banyak digunakan dalam bahan polimer.
Pelapis bubuk tunduk pada degradasi oksigen termal setelah dipanggang pada suhu tinggi atau sinar matahari, penuaan, menguning dan fenomena lainnya secara serius mempengaruhi penampilan dan kinerja produk, untuk mencegah atau mengurangi terjadinya tren ini, biasanya menggunakan penambahan antioksidan atau penstabil panas untuk mencapainya.
Antioksidan dapat dibagi menjadi tiga kategori utama menurut fungsinya (yaitu, perilaku intervensi dari proses kimia oksidasi otomatis).
Kategori pertama disebut antioksidan pemutus rantai, yang terutama menangkap atau membersihkan radikal bebas yang dihasilkan oleh oksidasi otomatis polimer.
Kategori kedua disebut antioksidan tipe pengurai hidroperoksida, terutama untuk menginduksi penguraian hidroperoksida tipe non-radikal dalam polimer.
Kategori ketiga disebut antioksidan tipe pasif ion logam, yang dapat membentuk khelat yang stabil dengan ion logam berbahaya, sehingga menumpulkan efek katalitik ion logam pada proses oksidasi otomatis polimer.
Yang pertama dari tiga jenis antioksidan disebut antioksidan utama, terutama penghambat fenol, amina seko-aromatik; kategori kedua dan ketiga disebut antioksidan tambahan, fosfat, garam logam dithiocarbamate, dll.. Untuk mendapatkan lapisan yang stabil untuk memenuhi persyaratan aplikasi, biasanya untuk memilih berbagai peracikan antioksidan.
Pengujian berikut ini menggunakan peracikan antioksidan yang berbeda yang ditambahkan ke formulasi pelapisan bubuk, setelah penyemprotan dan pengawetan, sampel dibuat, dan nilai b diukur dengan ketebalan film yang sama dengan pengukur perbedaan warna, dan warna film pelapis dievaluasi dengan menggunakan sistem warna CIE Lab bubuk umum internasional (DIN 6174, ISO 10526, dan ASTM 2244).
Tabel 1 menunjukkan hasil pengujian setelah mengurutkan warna film yang dilapisi dari yang kurang bagus hingga yang sangat bagus, dapat dilihat bahwa.
(1) Formulasi dasar 1 menunjukkan kehilangan cahaya yang serius, meskipun pigmen memiliki ketahanan panas yang lebih baik, tetapi perubahan warna terjadi setelah pembentukan film, dan analisisnya adalah pigmen teroksidasi pada suhu tinggi, dan beberapa kelompok di dalam pigmen bereaksi di bawah aksi oksigen.
(2) Perubahan warna formula 2 dan formula 3 lebih baik daripada formula 1, tetapi peningkatannya tidak jelas, dan formula 3 memiliki efek yang lebih baik daripada formula 2.
Setelah dianalisis, antioksidan mencegah oksidasi lebih lanjut dan membuat perubahan warna lebih sedikit, dan efek antioksidan 3 lebih baik daripada antioksidan 2. Alasan lain mungkin karena keduanya terhalang amina untuk mencegah produksi gugus pencelupan setelah oksidasi pigmen, tetapi efeknya tidak baik dan hanya dapat mencegah reaksi lebih lanjut setelah oksidasi parsial, sehingga efeknya tidak optimal.
(3) Formulasi 4 lebih baik dari formulasi 3, tetapi tidak optimal. Karena antioksidan fosfit memiliki kemampuan perlindungan warna yang baik, ia memiliki sifat pereduksi, yang dapat membuat pigmen teroksidasi pada suhu tinggi untuk pulih dengan cepat, sehingga memiliki efek antioksidan yang lebih baik.
(4) Efek yang dicapai oleh formulasi 5 lebih baik daripada formulasi 4. Antioksidan utama dan antioksidan tambahan digunakan bersama-sama dalam formula ini, sehingga oksidasi lebih lanjut dari pigmen dicegah dan gugus teroksidasi dengan cepat berkurang, dan antioksidan tambahan dapat membuat gugus zat warna yang dihasilkan oleh antioksidan utama menjadi lebih ringan, yang memiliki efek sinergis yang baik.
(5) Formulasi 6, yang menggunakan antioksidan majemuk, memiliki retensi warna yang jauh lebih baik daripada formulasi 5. Antioksidan 4 merupakan campuran dari antioksidan fosfit dan fenolik dengan efisiensi tinggi, dan proporsinya tepat sehingga memiliki efek antioksidan yang baik.
(6) Formulasi 7 lebih baik dari formulasi 6, dan efek warnanya pada dasarnya sama dengan pigmen aslinya. Dosis antioksidan yang direkomendasikan adalah 0,5% hingga 1,0%, sehingga dosis formulasi 6 jauh lebih sedikit. Hal ini menunjukkan bahwa efek warna dipertahankan lebih baik setelah dosis antioksidan majemuk ditingkatkan.
(7) Uji formulasi 8 menunjukkan bahwa penggunaan antioksidan dapat secara efektif menghambat degradasi oksidatif resin dalam proses dan meningkatkan ketahanan benturan selama ekstrusi dan pengawetan film dalam pembuatan serbuk pelapis bubuk.
Formulasi ketika menambahkan antioksidan dapat meningkatkan rasio warna-dasar untuk mencapai kinerja yang sama tanpa penambahan antioksidan ketika rasio warna-dasar lebih kecil. Hal ini karena penambahan antioksidan mengurangi kecenderungan penguraian resin menjadi produk dengan berat molekul rendah, sehingga resin dengan molekul besar dapat merangkum lebih banyak bahan pengisi dengan lebih baik, sementara kinerjanya tidak berubah.
(8) Formulasi 10 dan Formulasi 9 sampel film pelapis putih dapat dilihat pada penambahan antioksidan secara efektif dapat menghambat proses pengolahan pelapis bubuk dan proses penguningan pasca pengawetan, meningkatkan kinerja warna pelapis bubuk putih.
Hasil pengujian di atas menunjukkan bahwa meskipun ada banyak faktor yang memengaruhi munculnya oksidasi pada film pelapis, seperti kualitas dan jenis resin, pigmen, aditif, desain formulasi pelapis, proses produksi, suhu, atmosfer, kelembapan, dan faktor alami lainnya, namun penerapan antioksidan yang sesuai dapat mengurangi terjadinya tren ini.
2.2 Studi aplikasi penstabil cahaya
Degradasi polimer di bawah aksi cahaya dan oksigen disebut "degradasi foto-oksidatif". Penstabil cahaya, juga dikenal sebagai penstabil UV, adalah kelas aditif stabilisasi yang digunakan untuk menghambat degradasi foto-oksidatif resin polimer dan meningkatkan daya tahan film pelapis bubuk.
Menurut mekanisme stabilisasi yang berbeda, penstabil cahaya dapat dibagi menjadi agen pelindung cahaya, penyerap UV, agen peledak keadaan tereksitasi dan agen penangkap radikal bebas.
Karena keragaman dan kompleksitas formulasi powder coating, proses curing dan bentuk curing, hal ini membuat konservasi cahaya dan perlindungan cahaya pada powder coating menjadi sangat penting.
Kedua, penstabil cahaya sangat efektif untuk penuaan ringan pada lapisan dan memperpanjang masa pakai film pelapis, dan jumlahnya sangat kecil, umumnya hanya 0.5% ~ 1.0% dari total formulasi.
Oleh karena itu, aplikasi penstabil cahaya pada pelapis bubuk untuk meningkatkan sifat pelapukannya merupakan metode yang sangat sederhana, murah, dan sangat efektif. Tabel 2 dan Tabel 3 akan membantu mengilustrasikan efek penstabil cahaya pada kinerja film pelapis.
Berdasarkan formulasi pada Tabel 2, penstabil cahaya ditambahkan ke lapisan, dan sampel film pelapis diawetkan dengan penyemprotan, dan metode evaluasi uji pelapukan cepat yang populer secara internasional - uji penuaan dipercepat (QUV) dan uji pemanggangan digunakan.
Melalui hasil pengujian pada Tabel 3, performa aplikasi penstabil cahaya dievaluasi sebagai berikut.
(1) daya tahan bedak di dalam ruangan sangat buruk, tetapi penambahan penstabil cahaya akan memainkan peran penting.
(2) Formulasi A dan D tidak ditambahkan ke penstabil cahaya, pengujian menunjukkan bahwa keduanya secara signifikan lebih buruk daripada sampel yang ditambahkan ke penstabil cahaya.
(3) Formulasi C dan F menunjukkan bahwa peningkatan jumlah penstabil cahaya memiliki peningkatan yang signifikan pada retensi cahaya dan warna film pelapis.
(4) Hasil uji pemanggangan menunjukkan bahwa penstabil cahaya tidak memiliki ketahanan suhu, dan ketahanan suhu film pelapis harus diatasi dengan menambahkan aditif anti-menguning.
2.3 Penelitian tentang aplikasi sinergis antioksidan dan penstabil cahaya
Melalui pengujian di atas, kita dapat memahami bahwa penuaan film pelapis sebenarnya merupakan hasil kerja sama antara sinar UV dan oksigen, dan proses ini mencakup dua proses yang berbeda, yaitu fotodegradasi dan foto-oksidasi.
Namun demikian, penstabil cahaya dan antioksidan memiliki mekanisme stabilisasi yang berbeda pada film pelapis, dan kombinasi dua penstabil dengan mekanisme kerja yang berbeda diharapkan dapat mencapai efek stabilisasi yang lebih baik daripada penstabil tunggal, yaitu efek sinergis.
Saat ini terdapat stabilisator semacam itu di pasar, yang juga merupakan tren perkembangan stabilisator. Tetapi efek sinergis pada saat yang sama, dua stabilisator yang berbeda antara efek aditif dan antagonis juga akan muncul.
Oleh karena itu, dalam antioksidan dan penstabil cahaya dengan pemahaman yang baik tentang reaksi yang berbeda antara keduanya sangat penting, hanya untuk menguasai efek keduanya dengan reaksi kimia potensial, untuk merancang antioksidan dan penstabil cahaya yang efektif dengan sistem.
Yang paling umum adalah HALS dan antioksidan, penyerap UV dan antioksidan serta zat pelindung UV dan antioksidan, dan sebagainya.
Melalui uji penuaan yang dipercepat dan uji pemanggangan pada film pelapis, efek penambahan antioksidan dan penstabil cahaya pada formulasi pelapis serbuk dievaluasi. Formulasi dan hasil pengujian ditunjukkan pada Tabel 4 dan Tabel 5.
Melalui hasil pengujian, penstabil cahaya dievaluasi.
(1) Penambahan penstabil cahaya akan memainkan peran penting dalam ketahanan pelapukan bubuk, tetapi tidak ada perubahan pada ketahanan menguningnya film pelapis.
(2) Penstabil cahaya dan antioksidan dengan ketahanan pelapukan film pelapis dan perubahan warna memiliki efek yang signifikan, dan jumlah keduanya 1:1 adalah yang terbaik.
(3) Penstabil cahaya dan antioksidan memiliki efek yang lebih baik dalam sistem HAA.
Penggunaan penstabil cahaya dan antioksidan tidak sesederhana seperti yang diperkenalkan dalam artikel. Efek penggunaan penstabil cahaya yang berbeda dengan antioksidan perlu dikonfirmasi dengan eksperimen lebih lanjut berdasarkan teori.
Sebagai contoh, penggunaan penstabil cahaya tipe HALS dan antioksidan yang mengandung sulfur akan menghasilkan efek antagonis dan menurunkan kinerja polimer; penggunaan HALS dan polimer yang mengandung fosfor harus memastikan sinergi terbaik pada konsentrasi 1:1; penggunaan HALS dengan berat molekul rendah dan hanya memiliki efek aditif, sedangkan penggunaan HALS dengan berat molekul tinggi dan HALS dengan berat molekul rendah memiliki efek sinergis, dll.
3 、 Kesimpulan
Penambahan antioksidan dan penstabil cahaya pada pelapis bubuk dapat secara efektif menghambat dan mengurangi kecepatan oksidasi termal dan foto-oksidasi makromolekul polimer dalam produksi dan aplikasi pelapis bubuk, secara signifikan meningkatkan ketahanan panas dan cahaya film pelapis, menunda degradasi dan proses penuaan film pelapis, dan memperpanjang masa pakai film pelapis.
Penstabil cahaya dan antioksidan yang digunakan dalam pelapis bubuk berkinerja tinggi, jika digunakan dengan benar, akan ada efek sinergis, secara signifikan meningkatkan sifat pelapukan film pelapis bubuk, terutama film pelapis bubuk Super-Duable.
Jika digunakan secara tidak tepat, akan ada efek aditif, atau bahkan efek antagonis, yang membuat stabilitas film pelapis menurun.
Tren stabilisator dan akan dikembangkan ke arah multi-fungsi.