Pelapis UV digunakan di banyak bidang pelapisan permukaan karena sifat permukaannya yang sangat baik: kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, ketahanan abrasi tinggi, kilap tinggi, ketahanan pelarut tinggi; Teknologi pengawetan UV telah menjadi teknologi hijau yang ramah lingkungan dengan kecepatan pengawetan yang cepat, polusi rendah, dan penghematan energi. Pelapis UV menyumbang sekitar 98% dari pelapis yang disembuhkan dengan radiasi. Dari pelapis interior seperti pelapis lantai dan pelapis furnitur kayu hingga pelapis industri seperti pelapis plastik, pelapis anti-korosi, pelapis sepeda motor dan pelapis otomotif, semakin banyak aplikasi yang mengkonfirmasi gagasan Harbourne tentang "teknologi pengawetan radiasi yang ada di mana-mana". Karena pelapis UV digunakan di luar ruangan, ketahanan terhadap cuaca telah menjadi masalah yang menjadi perhatian. Makalah ini merupakan diskusi awal tentang ketahanan terhadap cuaca pada lapisan atas UV.
1. 1. Konsep dasar ketahanan terhadap pelapukan
Daya tahan cat terutama mengacu pada sifat mekanik seperti modulus, kekuatan, daya rekat dan sifat optik (seperti retensi warna dan cahaya), serta perubahan sifat kimiawi (seperti penggetasan, pengapuran, dan korosi) saat cat terpapar pada kondisi lingkungan di luar ruangan.
Di bawah aksi cahaya, udara, dan air (hujan asam), proses degradasi pelapis di luar ruangan terutama mencakup degradasi oksidatif yang diinduksi oleh foto, degradasi air, degradasi termal, dan degradasi radiasi energi tinggi. 2.
2. Karakteristik khusus dari pelapis yang diawetkan dengan UV
Dari teori, kita tahu bahwa karena degradasi oksidatif yang diinduksi oleh foto, hidrolisis, degradasi termal, dan degradasi radiasi energi tinggi adalah faktor-faktor yang menyebabkan degradasi ketahanan pelapukan pada permukaan lapisan. Untuk meningkatkan ketahanan pelapukan, tiga faktor berikut harus dikeluarkan sebanyak mungkin dari komposisi lapisan: (1) penyerapan panjang gelombang di atas 290 nm, (2) resin yang rentan terhadap penangkapan atom hidrogen, dan (3) gugus fungsi yang rentan terhadap hidrolisis.
Namun demikian, komposisi pelapis UV memiliki setidaknya dua hal di atas: photoinisiator menyerap panjang gelombang pada kisaran 200 ~ 400nm; photoinisiator menghasilkan radikal bebas dengan atom hidrogen aktif (dari resin atau bahan tambahan). Oleh karena itu, pelapis yang diawetkan dengan UV memiliki masalah ketahanan terhadap pelapukan sejak awal.
Masalah pelapukan lapisan UV terutama adalah penuaan foto. Karakteristik khususnya adalah: membutuhkan sinar UV untuk menyembuhkan, dan paparan sinar UV yang lama akan menyebabkan penurunan kualitas film. Sinar matahari mengandung lapisan pengawet iradiasi jangka panjang UVA dan UVB yang mudah untuk membuat jaringan ikatan silang karbonil, aril dan kelompok penyerap cahaya lainnya, serta sisa inisiator foto, promotor inisiator foto (fotosensitizer) dan pengotor penyerap cahaya lainnya ke UVB atau bahkan penyerapan UVA dan penataan ulang ikatan kimia serta kemunduran penuaan. Dalam kondisi oksigen luar ruangan, oksigen molekuler dapat difotosensitisasi untuk menghasilkan oksigen linier tunggal yang sangat reaktif untuk membentuk produk oksidasi dan fotodegradasi polimer makromolekul, dan juga dapat membentuk radikal peroksil dan penangkapan hidrogen, pembelahan, pengikatan silang, penataan ulang, dan reaksi lainnya. Akibatnya, modulus menjadi lebih kecil, penguningan meningkat, dan lapisan film menjadi rapuh serta daya tahan terhadap cuaca memburuk. Oleh karena itu, sangat penting untuk memahami sifat pelapukan pelapis yang diawetkan dengan UV dari komposisinya.
3 Faktor yang mempengaruhi ketahanan lapisan atas W
3.1 Komposisi resin
Lapisan yang diawetkan dengan UV dari pengembangan sistem resin dari transisi sistem poliester tak jenuh ke sistem akrilat, dari struktur akrilik dapat dianalisis, jika itu adalah lapisan akrilat murni, daya tahannya harus sangat baik, tetapi karena biaya dan kebutuhan untuk modifikasi dan pengenalan gugus fungsi lainnya, yang mengubah sifat struktural. Saat ini, yang paling banyak digunakan di dunia adalah resin epoksi akrilat dan uretan akrilat. Eksperimen berikut ini memungkinkan kita untuk memahami sifat pelapukan beberapa kategori resin.
3.1.1 Bahan baku dan formulasi
Lcnamer® EATM (standard bisphenol A epoxy acrylate resin), UVU6609 (aliphatic urethane acrylate resin), UVP9200 (polyester acrylate resin), UVA1000 (pure acrylate resin), all of which are products of Longchang chemical company; UVU6200 (aromatic polyether urethane UVU6200 (aromatic polyether polyurethane acrylate resin), Longchang chemical; 1173 (2-hydroxy-2-methyl-1-phenylacetone), Longchang chemical TPGDA (tripropyleneglycol diacrylate), Longchang chemical company.
3.1.3 Pembahasan hasil
(1) Resin akrilik epoksi Bisphenol A adalah yang paling banyak digunakan dalam aplikasi UV, dan kelebihannya tercermin dari kecepatan pengeringan yang cepat, kilap yang tinggi, dan kekerasan yang baik. Karena Ar-O-R dalam resin dapat menyerap sinar UV di atas 290 nm dan mengalami photocracking untuk menghasilkan radikal bebas dan berpartisipasi dalam degradasi oksidatif, penguningan lebih serius pada sinar UV yang kuat di awal, tetapi tidak signifikan dalam kondisi alami.
(2) Resin akrilik poliuretan dapat diklasifikasikan menjadi aromatik dan alifatik berdasarkan struktur gugus -NCO yang terlibat dalam reaksi. Karbamat aromatik (Ar-NH-COOR) juga dapat menyerap sinar UV pada 290 nm dan secara langsung membelah struktur kuinon.
Selain itu, ikatan eter polieter poliuretan dengan ikatan eter juga sangat rentan terhadap fotodegradasi.
Poliuretan alifatik memiliki sedikit perubahan warna saat pertama kali diawetkan, tetapi menunjukkan ketahanan pelapukan yang sangat baik dalam kondisi alami, dan karena struktur rantai lurus, film yang terhubung silang sedikit kurang tahan alkali.
(3) Resin akrilat murni memiliki ketahanan pelapukan struktural yang unggul. Meskipun polimer akrilat memiliki ketahanan penuaan yang sangat baik, ada banyak kekurangan jika digunakan sebagai resin utama pelapis: terutama, film yang diawetkan memiliki ketahanan asam dan alkali yang buruk, ketahanan pelarut, dan perebusan dalam larutan KOH 10% selama 15 menit setelah pembentukan film, film tersebut akan melepuh dan terkelupas karena hidrolisis polimer.
(4) Resin poliester akrilat, karena struktur rantai bercabang untuk memperkuat hubungan silang, struktur yang ketat, kekuatan yang lebih baik, ketahanan pelarut juga kuat. Tetapi bagian sintesis poliester akan mempengaruhi penguningannya karena jumlah dan posisi cincin benzena dan heteroatom.
3.2 Pemrakarsa foto
Pada pelapis yang diawetkan dengan UV, inisiator foto adalah inisiator radikal bebas. Menurut karakteristik strukturalnya, mereka dapat dibagi menjadi: senyawa karbonil, pewarna, logam organik, senyawa yang mengandung halogen, senyawa azo, dan senyawa peroksi. Menurut mekanisme pembentukan radikal bebas dapat dibagi menjadi tipe pembelahan dan tipe ekstraksi hidrogen.
Saat ini, aplikasi industri global sebagian besar masih berupa inisiator jenis radikal bebas, kelas lain hanya digunakan dalam jumlah yang sangat kecil, dan bahkan kelas individu masih hanya digunakan di laboratorium. Di Cina, terutama ada 1173, 184 (1-Hydroxycyclohexyl phenyl keton, bahan kimia Longchang), TPO (2,4,6-trimetilbenzoil-difenil fosfina oksida, bahan kimia Longchang) dan jenis pembelahan lainnya dan BP (benzofenon, bahan kimia Longchang), ITX (isopropylthioanthrone, bahan kimia Longchang), CTX (2,4-dichlorothioxanthrone, bahan kimia Longchang) dan jenis ekstraksi hidrogen lainnya.
3.2.1 Jenis pembelahan
Photoinisiator tipe pembelahan diterapkan dalam sistem akrilat, yang tidak mudah menghasilkan warna menguning atau memiliki koefisien penguningan yang kecil. Alasan utamanya adalah bahwa panjang gelombang pergeseran merah dari benzil tersubstitusi kecil, dan tidak mudah menghasilkan perubahan warna resonansi. Namun, baunya yang tidak sedap menjadi kendala aplikasi.
3.2.2 Jenis ekstraksi hidrogen
Jenis fotoinisiator ini harus bersama dengan senyawa yang mengandung hidrogen aktif untuk menghasilkan reaksi bimolekuler dan menghasilkan radikal bebas untuk mendorong reaksi. Senyawa yang menyediakan hidrogen aktif (juga disebut fotosensitizer), terutama amina tersier, trietanolamin, amina aktif, dan eksperimen yang menggunakan fotosensitizer yang berbeda-beda, dapat menunjukkan hubungannya dengan penguningan lapisan film.
Kehadiran fotosensitizer juga mungkin disebabkan oleh adanya gugus pemancar warna: gugus karbonil yang terkonjugasi ke cincin amino atau aromatik, yang mengintensifkan reaksi penguningan dan degradasi. Alasan lain adalah bahwa fotoinisiator dalam pelapis UV akan tetap 1 ~ 2% dalam sistem untuk bereaksi, bagian dari fotoinisiator ini dalam penyerapan cahaya alami sinar ultraviolet yang disebabkan oleh ikatan rangkap ikatan rangkap yang dalam, yang mengakibatkan perubahan warna, retak atau kerutan pada film pelapis.
3.3 Monomer
Monomer yang berbeda memiliki laju reaksi yang berbeda dalam proses pengawetan, semakin cepat reaksinya, semakin banyak ikatan rangkap yang tersisa pada monomer tersebut. Kehadiran gugus fungsi dengan ikatan eter rentan terhadap fotodegradasi, sehingga untuk TPGDA, DPGDA (dipropilen glikol diakrilat), (EO) TMPTA (etoksitrimetilolpropana triakrilat), (PO) TMPTA (propoksitrimetilolpropana triakrilat) dan monomer lain yang mengandung struktur eter yang terkondensasi alkohol lebih rentan terhadap reaksi fotodegradasi, dilaporkan bahwa etoksi dibandingkan dengan struktur propilena oksida kurang stabil dibandingkan dengan cahaya. Stabilitas cahaya dari struktur etoksi lebih buruk daripada struktur propoksi, dan urutan stabilitas cahaya di antara beberapa monomer konvensional.
TMPTA > NPGDA (neopentil glikol diakrilat) > HDDA > TPGDA > (EO) TMPTA ≈ (P0) TMPTA
4 Langkah-langkah untuk meningkatkan ketahanan lapisan atas UV terhadap cuaca
4.1 Pemilihan resin
Untuk meningkatkan ketahanan terhadap cuaca pada pelapis akhir UV di luar ruangan, perlu untuk memilih resin yang tahan terhadap penguningan, perubahan modulus lapisan film untuk beradaptasi dengan perubahan lingkungan, kekerasan yang tinggi, fleksibilitas yang baik, dan ketahanan terhadap goresan. Resin yang paling sesuai untuk persyaratan ini adalah resin poliuretan akrilat alifatik dengan banyak gugus fungsi. Untuk mengurangi biaya, kita juga dapat memilih bagian dari resin epoksi akrilat yang dimodifikasi dan uretan akrilat alifatik atau kombinasi resin akrilik murni.
4.2 Pilihan monomer
Terdapat kontradiksi dalam penggunaan monomer: dari iritasi kulit sebaiknya memilih monomer akrilat teralkoksilasi, dari ketahanan terhadap cuaca sebaiknya tidak memilih monomer akrilat teralkoksilasi. Penulis menyarankan bahwa pilihan monomer terbaik untuk lapisan atas pelapukan adalah sebagai berikut: TMPTA, HDDA, TPGDA, yang dapat mengurangi fotodegradasi.
4.3 Pemilihan pemrakarsa foto
Koefisien penguningan photoinisiator yang meningkatkan hidrogen lebih besar, umumnya harus memilih jenis retak untuk membantu mengurangi penguningan, biasanya memilih 1173, 184, TPO dan jenis lain dalam aplikasi lapisan bening atau sistem berwarna.
Pemrakarsa foto Produk seri yang sama
| Nama produk | CAS NO. | Nama kimia |
| lcnacure® TPO | 75980-60-8 | Difenil (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfin oksida |
| lcnacure® TPO-L | 84434-11-7 | Etil (2,4,6-trimetilbenzoil) fenilfosfinat |
| lcnacure® 819/920 | 162881-26-7 | Fenilbis (2,4,6-trimetilbenzoil) fosfin oksida |
| lcnacure® ITX | 5495-84-1 | 2-Isopropylthioxanthone |
| lcnacure® DETX | 82799-44-8 | 2,4-Dietil-9H-tioxanthen-9-satu |
| lcnacure® BDK/651 | 24650-42-8 | 2,2-Dimetoksi-2-fenilasetofenon |
| lcnacure® 907 | 71868-10-5 | 2-Metil-4′- (metilthio) -2-morpholinopropiophenone |
| lcnacure® 184 | 947-19-3 | 1-Hidroksikloheksil fenil keton |
| lcnacure®MBF | 15206-55-0 | Metil benzoilformat |
| lcnacure®150 | 163702-01-0 | Benzena, (1-metilenil)-, homopolimer, turunan ar- (2-hidroksi-2-metil-1-oksopropil) |
| lcnacure®160 | 71868-15-0 | Keton alfa hidroksi difungsional |
| lcnacure® 1173 | 7473-98-5 | 2-Hidroksi-2-metilpropirofenon |
| lcnacure®EMK | 90-93-7 | 4,4′-Bis (dietilamino) benzofenon |
| lcnacure® PBZ | 2128-93-0 | 4-Benzoilbifenil |
| lcnacure®OMBB/MBB | 606-28-0 | Metil 2-benzoilbenzoat |
| lcnacure® 784/ FMT | 125051-32-3 | BIS(2,6-DIFLUORO-3-(1-HIDROPIRROL-1-IL) FENIL) TITANOSEN |
| lcnacure® BP | 119-61-9 | Benzofenon |
| lcnacure®754 | 211510-16-6 | Asam benzenaasetat, alfa-okso, Oxydi-2,1-etanadiil ester |
| lcnacure®CBP | 134-85-0 | 4-Klorobenzofenon |
| lcnacure® MBP | 134-84-9 | 4-Methylbenzophenone |
| lcnacure®EHA | 21245-02-3 | 2-Etilheksil 4-dimetilaminobenzoat |
| lcnacure®DMB | 2208-05-1 | 2- (Dimethylamino) etil benzoat |
| lcnacure®EDB | 10287-53-3 | Etil 4-dimetilaminobenzoat |
| lcnacure®250 | 344562-80-7 | (4-Metilfenil) [4-(2-metilpropil) fenil] iodonium heksafluorofosfat |
| lcnacure® 369 | 119313-12-1 | 2-Benzil-2- (dimetilamino) -4′-morpholinobutyrophenone |
| lcnacure® 379 | 119344-86-4 | 1-Butanon, 2- (dimetilamino) -2- (4-metilfenil) metil-1-4- (4-morfolinil) fenil- |
4.4 Pemilihan bahan tambahan lainnya
(1) Penyerap UV
Pada jenis pelapis lain, penyerap UV biasanya digunakan untuk mengurangi penyerapan UV polimer atau untuk menambahkan zat perangkap keadaan tereksitasi sederhana untuk menghilangkan radikal bebas guna meningkatkan ketahanan terhadap pelapukan. Pelapis yang diawetkan dengan UV membutuhkan penyerapan sinar UV maksimum untuk menghasilkan lebih banyak radikal selama proses pengawetan, sehingga menambahkan penyerap UV akan sedikit banyak melindungi photoinisiator dalam sistem, menghasilkan laju pengawetan yang lebih rendah dan konversi polimer yang lebih rendah. Jumlah penambahan terbaik <0,1 % telah diuji, dan penambahan formamidin lebih baik daripada benzotriazol dan senyawa ester aromatik.
(2) Penstabil Cahaya Amina Terhambat (HALS) dan Antioksidan
Fitur utama HALS adalah foto-oksidasi menjadi radikal nitron (R2NO -), R: NO - dalam radikal polimer dan penghentian reaksi oleh reaksi ketidaksesuaian atau reaksi kopling, masing-masing, untuk menghasilkan hidroksil amina dan eter hidroksil amina dan eter, dan kemudian terurai menjadi hidroperoksida dan kemudian menghasilkan R: NO - dan seterusnya, yang sangat mengurangi kemungkinan degradasi resin. Beberapa ahli percaya bahwa penambahan HALS akan bermanfaat bagi daya tahan lapisan UV.
Prinsip yang sama dengan UV absorber, menambahkan HALS juga akan mengganggu reaksi radikal bebas dalam proses light curing. Menambahkan 0,1% ke 0,05%, dalam sistem pelapisan matte (kilap <50 pada suhu 60°), terdapat fenomena bahwa permukaan tidak mengering sama sekali. Oleh karena itu, disarankan untuk tidak menambahkan HALS.
Antioksidan dibagi menjadi antioksidan pra-oksidan dan antioksidan pemutus rantai. Karena ini terutama memblokir reaksi peroksida melalui reaksi redoks, maka efeknya kurang berpengaruh pada pengawetan UV, jadi ini opsional, dan biasanya lebih baik memilih triphenyl phosphite.
(3) Pilihan pewarna transparan sebagian
Lapisan warna gelap atau solid masih menjadi masalah untuk pelapis UV, tetapi pada lapisan tipis dapat ditambahkan pewarna transparan <3% untuk memperkuat perisai cahaya alami di UVA, terutama penyerapan atau pantulan sinar matahari dalam sinar ultraviolet 330 ~ 400nm, sehingga dapat mengurangi penuaan cahaya pada lapisan.
Penstabil Cahaya Produk seri yang sama
(4) Pemilihan zat pemutih fluoresen
Pencerah fluoresen digunakan untuk menyerap sinar UV, dan lapisannya akan berwarna biru atau ungu, yang berarti lapisan tersebut akan menjadi "cahaya biru" untuk menghilangkan warna kuning. Setelah menggunakan zat pemutih fluoresen, ada masalah bahwa zat pemutih bersaing dengan photoinisiator untuk menyerap cahaya, sehingga diperlukan untuk memilih photoinisiator dengan efisiensi inisiasi yang tinggi.
5 Kesimpulan
(1) Struktur resin, photoinisiator dan monomer dianalisis dari komposisi lapisan atas UV untuk memengaruhi ketahanan terhadap cuaca.
(2) Pilihan resin poliuretan akrilat alifatik dan inisiator foto retak serta beberapa monomer tanpa alkoksilasi dapat meningkatkan ketahanan pelapukan film pelapis.
(3) Dari pemilihan aditif, diusulkan bahwa menambahkan sedikit peredam UV, antioksidan dan pewarna dapat melindungi sinar UV dari cahaya alami untuk mengurangi photoaging; zat pemutih fluoresen digunakan untuk melengkapi warna biru untuk menghilangkan warna kuning.