코팅에 항산화제, 광안정제 및 이 두 가지를 함께 사용하면 어떤 효과가 있나요?
본 논문에서는 광안정제와 산화방지제의 종류를 체계적으로 소개하고, 산화방지제, 광안정제 및 파우더 코팅에서의 적용을 각각 연구하며, 코팅막의 광/열 산화 속도를 억제하거나 지연시키는 역할의 메커니즘에 대해 설명합니다.
국가 경제의 급속한 발전과 함께 실외에서 분체 도장의 적용이 점점 더 보편화되고 있습니다. 따라서 보호 및 장식용 분말 코팅의 내후성과 내구성, 특히 천장, 커튼 월 패널, 식수대, 에어컨, 세탁기, 알루미늄 프로파일 등과 같은 실내 및 실외 품목의 코팅 필름도 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 코팅 onlinecoatingol.com.
파우더 코팅의 내후성에는 수지, 경화제, 컬러 필러 및 기타 첨가제의 구조 및 성능과 같은 내부 요인과 햇빛(주로 자외선)의 작용, 대기 성분(산소, 오존, 산업 연기 등), 습도(산성비, 염수 분무 등), 온도 변화 등의 자연 요인(외부 요인) 등 여러 가지 요소가 영향을 미칩니다.
자외선은 파우더 코팅의 자연 노화의 주요 원인이며, 대기 중의 산소는 자연 노화를 촉진하는 중요한 요소입니다. 자외선과 산소의 작용으로 파우더 코팅의 자동 산화 반응, 즉 산화 연쇄 반응을 촉발하여 파우더 코팅을 저하시킵니다. 물과 열은 이 반응을 가속화하고 광산화를 촉진하는 역할을 합니다.
따라서 다양한 요인의 영향을 무시할 수 없습니다. 다양한 요인이 파우더 코팅에 어떻게 작용하는지 이해하고 주요 모순을 파악해야만 내후성을 개선할 수 있는 대응책을 찾을 수 있습니다.
형성 과정에서 분말 코팅 필름은 자외선 조사 후 고분자 사슬의 약한 사슬 결합과 이중 엔 구조가 존재하여 빛에 의한 산화 분해 반응 (노화)이 발생하기 쉽고 코팅 필름의 퇴색, 초킹을 초래합니다.
코팅막의 광산화 속도를 억제하거나 지연시키기 위해 일반적으로 항산화제, 자외선 흡수제 또는 광안정제를 첨가하거나 세 가지를 혼합하여 사용합니다. 이 논문에서는 파우더 코팅에서 산화 방지제와 광안정제의 적용과 성능에 미치는 영향을 실험을 통해 살펴봅니다.
1. 실험용 부분
1.1 테스트 샘플 준비
수지, 경화제, 레벨링제, 컬러 필러 및 기타 첨가제를 파우더 코팅 공식에 따라 계량하고 혼합 주전자에 넣고 고속으로 혼합한 다음 트윈 스크류 압출기로 압출하고 냉각합니다.
압출된 소재는 커피밀로 분쇄한 후 스크린을 통해 체질하고, 완성된 파우더 코팅을 사포 연마 강판에 40kV 고압 정전 분무로 진마 건으로 분사한 후 오븐에 넣어 굽고 경화시켜 샘플 플레이트를 얻습니다.
1.2 성능 테스트 방법
인공 가속 노화 테스트: 인공 가속 노화 테스트에는 QUV를 사용했습니다. QUV는 QUB313 광원을 사용하여 200시간 동안 실행했으며, 테스트 조건은 다음과 같습니다: UV: 0.72W/m2, 50℃, 4시간; b 값 테스트 조건: 응결: 40℃, 4h.
베이킹 테스트: 광안정제의 내열성을 확인하기 위해 오븐 베이킹 방법을 사용했으며, 베이킹 조건은 220℃, 30분으로 내열성 테스트를 진행했습니다.
2, 결과 및 토론
2.1 항산화제의 응용 연구
고분자의 열적 산소 분해 메커니즘에서 고분자의 열적 산소 분해는 주로 열에 의한 과산화수소의 자유 라디칼 생성에 의해 촉발되는 연쇄 연결 라디칼 반응의 발생에 의해 발생하는 것으로 알려져 있습니다.
따라서 그림 1과 같이 라디칼 트래핑과 과산화수소 분해에 의해 폴리머의 열 산소 분해를 억제할 수 있습니다. 그 중 항산화제는 위의 산화 억제를 위해 널리 사용됩니다.
산화 방지제(또는 열 안정제)는 대기 중 산소나 오존의 작용으로 폴리머의 분해를 억제하거나 지연시키는 데 사용되는 첨가제로, 폴리머 소재에 가장 널리 사용되는 첨가제입니다.
분말 코팅은 고온 또는 햇빛에서 베이킹 후 열 산소 분해, 노화, 황변 및 기타 현상이 제품의 외관과 성능에 심각한 영향을 미치며, 이러한 경향의 발생을 방지하거나 줄이기 위해 일반적으로 항산화제 또는 열 안정제를 첨가하여 이러한 경향을 달성합니다.
항산화제는 기능(즉, 자동 산화 화학 과정의 개입 작용)에 따라 세 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.
첫 번째 범주는 주로 폴리머의 자가 산화에 의해 생성되는 활성 산소를 포획하거나 제거하는 연쇄 종료 항산화제라고 합니다.
두 번째 범주는 주로 폴리머에서 과산화수소의 비 라디칼 유형 분해를 유도하는 과산화수소 분해기 유형 항산화제라고 합니다.
세 번째 범주는 금속 이온 부동태화제형 항산화제로, 유해한 금속 이온과 안정적인 킬레이트를 형성하여 폴리머 자가 산화 공정에서 금속 이온의 촉매 효과를 무디게 할 수 있습니다.
세 가지 유형의 항산화제 중 첫 번째는 주로 페놀 차단제, 세코 방향족 아민을 주 항산화제라고 하며, 두 번째 및 세 번째 범주는 보조 항산화제, 인산염, 디티오카바메이트 금속염 등입니다. 적용 요구 사항을 충족하는 안정적인 코팅을 얻으려면 일반적으로 다양한 항산화제 배합을 선택해야 합니다.
다음 테스트는 분말 코팅 제형에 다양한 항산화제 배합을 첨가하여 분무 및 경화 후 샘플을 만들고 색차계로 동일한 필름 두께에서 b 값을 측정하고 국제 공통 분말 CIE Lab 색상 시스템(DIN 6174, ISO 10526 및 ASTM 2244)을 사용하여 코팅 필름의 색상을 평가합니다.
표 1은 코팅 필름의 색상을 미흡에서 우수까지 분류한 테스트 결과를 보여줍니다.
(1) 기본 제제 1은 안료가 내열성이 더 좋지만 필름 형성 후 색상 변화가 발생하고 안료가 고온에서 산화되고 안료 내의 일부 그룹이 산소의 작용으로 반응하는 것으로 분석됩니다.
(2) 공식 2와 공식 3의 색상 변화는 공식 1보다 낫지 만 개선은 분명하지 않으며 공식 3은 공식 2보다 효과가 더 좋습니다.
분석 후 항산화제는 추가 산화를 방지하고 색상 변화를 덜 만들었으며 항산화제 3의 효과가 항산화제 2보다 더 좋았습니다. 또 다른 이유는 둘 다 안료의 산화 후 염색기의 생성을 막기 위해 아민을 방해하기 때문일 수 있지만 효과가 좋지 않고 부분 산화 후 추가 반응 만 방지 할 수 있으므로 효과가 최적이 아닙니다.
(3) 제 4 제형은 제 3 제형보다 낫지 만 최적은 아닙니다. 인산염 산화 방지제는 색상 보호 능력이 우수하기 때문에 환원성이있어 안료가 고온에서 산화되어 빠르게 복원 될 수 있으므로 항산화 효과가 더 좋습니다.
(4) 제 5 제형에 의해 달성 된 효과는 제 4 제형보다 우수하다. 이 공식에서는 주 항산화제와 보조 항산화제를 함께 사용하여 안료의 추가 산화를 방지하고 산화 된 그룹을 빠르게 감소시키고 보조 항산화제는 주 항산화제에 의해 생성 된 염료 그룹을 더 가볍게 만들 수있어 시너지 효과가 우수합니다.
(5) 복합 산화 방지제를 사용한 제형 6은 제형 5보다 색상 유지력이 훨씬 우수했습니다. 산화 방지제 4는 고효율 포스 파이트와 페놀계 산화 방지제의 혼합물로, 적절한 비율로 배합하여 항산화 효과가 우수했습니다.
(6) 제 7 제형은 제 6 제형보다 우수하며 색상 효과는 기본적으로 원래 안료와 동일합니다. 항산화제의 권장 복용량은 0.5% ~ 1.0%이므로 제형 6의 복용량은 훨씬 적습니다. 복합 산화 방지제의 용량을 늘린 후 색상 효과가 더 잘 유지되는 것을 보여줍니다.
(7) 제형 8 테스트는 항산화제를 사용하면 공정에서 수지의 산화 분해를 효과적으로 억제하고 분말 코팅 분말 제조에서 압출 및 필름 경화 중 내 충격성을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.
항산화제를 첨가할 때 제형은 색상-베이스 비율이 작을 때 항산화제를 첨가하지 않고도 동일한 성능을 달성하기 위해 색상-베이스 비율을 높일 수 있습니다. 이는 항산화제를 첨가하면 수지가 저분자 제품으로 분해되는 경향이 감소하여 고분자 수지가 더 많은 필러를 더 잘 캡슐화하면서도 성능은 그대로 유지되기 때문입니다.
(8) 제형 10 및 제형 9 백색 코팅 필름 샘플은 항산화 제의 첨가가 분말 코팅의 가공 및 경화 후 공정 황변을 효과적으로 억제하고 백색 분말 코팅의 색상 성능을 향상시킬 수 있음을 알 수 있습니다.
위의 테스트 결과는 수지, 안료, 첨가제의 품질 및 유형, 코팅의 제형 설계, 생산 공정, 온도, 대기, 습도 및 기타 자연적 요인과 같이 코팅 필름의 산화에 영향을 미치는 많은 요소가 있지만 적절한 항산화제를 적용하면 이러한 경향의 발생이 감소한다는 것을 보여줍니다.
2.2 광안정제의 응용 연구
빛과 산소의 작용에 의한 폴리머의 분해를 "광산화 분해"라고 합니다. 자외선 안정제라고도 하는 광안정제는 폴리머 수지의 광산화 분해를 억제하고 파우더 코팅 필름의 내후성을 개선하는 데 사용되는 안정화 첨가제의 일종입니다.
광안정제는 다양한 안정화 메커니즘에 따라 광차단제, 자외선 흡수제, 여기 상태 파열제, 자유 라디칼 포집제로 나눌 수 있습니다.
파우더 코팅 배합, 경화 공정 및 경화 형태의 다양성과 복잡성으로 인해 파우더 코팅의 광 보존 및 광 보호가 매우 중요합니다.
둘째, 광안정제는 코팅의 광노화 및 코팅막의 수명 연장에 매우 효과적이며 그 양은 일반적으로 전체 배합의 0.5% ~ 1.0%에 불과한 매우 적은 양입니다.
따라서 파우더 코팅에 광안정제를 적용하여 내후성을 개선하는 것은 매우 간단하고 저렴하며 매우 효과적인 방법입니다. 표 2와 표 3은 광안정제가 코팅 필름의 성능에 미치는 영향을 설명하는 데 도움이 됩니다.
표 2의 제형에 따라 광안정제를 코팅에 첨가하고 코팅막 샘플을 분사하여 경화시킨 후 국제적으로 널리 사용되는 급속 내후성 시험 평가 방법인 인공 가속 노화(QUV) 시험과 베이킹 시험을 사용했습니다.
표 3의 테스트 결과를 통해 광안정제의 적용 성능을 다음과 같이 평가할 수 있습니다.
(1) 실내 파우더의 내후성은 매우 열악하지만 광안정제를 추가하면 중요한 역할을 할 수 있습니다.
(2) A 및 D 제형은 광안정제에 첨가되지 않았으며, 테스트 결과 둘 다 광안정제에 첨가된 샘플보다 현저히 나빴습니다.
(3) 제형 C와 F는 광안정제의 양을 늘렸을 때 코팅 필름의 광 및 색상 유지력이 크게 개선되는 것을 보여주었습니다.
(4) 베이킹 테스트 결과 광 안정제는 내열성이 없으며 코팅 필름의 내열성은 황변 방지 첨가제를 추가하여 해결해야 함을 보여줍니다.
2.3 항산화제와 광안정제의 시너지 적용에 관한 연구
위의 테스트를 통해 코팅 필름의 노화는 실제로 자외선과 산소의 공동 작용의 결과이며이 과정에는 광분해와 광 산화의 두 가지 다른 프로세스가 포함된다는 것을 이해할 수 있습니다.
그러나 광안정제와 산화방지제는 코팅막에 대한 안정화 메커니즘이 다르기 때문에 작용 메커니즘이 다른 두 가지 안정제를 조합하면 단일 안정제보다 더 나은 안정화 효과, 즉 시너지 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다.
현재 시장에는 이러한 안정제가 있으며 이는 안정제의 개발 추세이기도합니다. 그러나 동시에 시너지 효과는 첨가제와 길항 효과 사이의 두 가지 다른 안정제도 나타날 것입니다.
따라서 항산화제와 광안정제에서 둘 사이의 서로 다른 반응을 잘 이해하는 것이 중요하며, 시스템으로 효과적인 항산화제와 광안정제를 설계하기 위해서는 잠재적 인 화학 반응으로 둘의 효과를 마스터하는 것만이 중요합니다.
가장 대표적인 것은 HALS 및 항산화제, 자외선 흡수제 및 항산화제, 자외선 차단제 및 항산화제 등입니다.
코팅 필름에 대한 가속 노화 및 베이킹 테스트를 통해 파우더 코팅 제형에 항산화제와 광안정제를 첨가했을 때의 효과를 평가했습니다. 테스트 배합과 결과는 표 4와 표 5에 나와 있습니다.
테스트 결과를 통해 광안정기를 평가합니다.
(1) 광 안정제를 첨가하면 분말의 내후성에 중요한 역할을하지만 코팅 필름의 황변 저항에는 변화가 없습니다.
(2) 코팅막 내후성 및 변색에 대한 광 안정제 및 산화 방지제는 상당한 효과가 있으며, 최상의 경우 1:1의 양을 모두 사용합니다.
(3) 광안정제 및 항산화제는 HAA 시스템에서 더 나은 효과를 발휘합니다.
광 안정제와 항산화제의 사용은 기사에서 소개한 것처럼 그렇게 간단하지 않습니다. 항산화제와 함께 다른 광 안정제를 사용하는 효과는 이론에 기반한 추가 실험을 통해 확인해야 합니다.
예를 들어, HALS 유형의 광안정제와 황 함유 항산화제를 사용하면 길항 효과가 발생하여 폴리머의 성능이 저하되고, HALS와 인 함유 폴리머를 사용하면 1:1 농도에서 최상의 시너지 효과를 보장해야하며, 저 분자량 HALS를 사용하면 첨가제 효과 만 있고 고 분자량 HALS와 저 분자량 HALS를 사용하면 시너지 효과가있는 등 다양한 효과가 있습니다.
3, 결론
분말 코팅에 항산화제 및 광 안정제를 첨가하면 분말 코팅의 생산 및 적용에서 고분자 고분자의 열 산화 및 광 산화 속도를 효과적으로 억제 및 감소시키고 코팅 필름의 내열성 및 내광성을 크게 개선하며 코팅 필름의 열화 및 노화 과정을 지연시키고 코팅 필름의 수명을 연장 할 수 있습니다.
고성능 분말 코팅에 사용되는 광 안정제와 산화 방지제는 적절하게 사용하면 시너지 효과가 있으며 분말 코팅 필름, 특히 수퍼 듀러블 분말 코팅 필름의 내후성을 크게 향상시킵니다.
부적절하게 사용하면 첨가제 효과 또는 길항 효과가 발생하여 코팅 필름의 안정성이 저하됩니다.
안정제의 추세는 다기능의 방향으로 발전할 것입니다.