Wat zijn de toepassingen van antioxidanten, lichtstabilisatoren en de combinatie van beide in coatings?
Dit artikel introduceert systematisch de soorten lichtstabilisatoren en antioxidanten, bestudeert antioxidanten, lichtstabilisatoren en hun toepassing in poedercoatings, en beschrijft het mechanisme van hun rol in het remmen of vertragen van de licht/thermische oxidatiesnelheid van de coatinglaag.
Met de snelle ontwikkeling van de nationale economie wordt de toepassing van poedercoatings in de buitenlucht steeds gebruikelijker. Daarbij krijgen de weerbestendigheid en duurzaamheid van poedercoatings als bescherming en decoratie ook steeds meer aandacht, met name de coatinglaag van binnen- en buitenartikelen zoals plafonds, gordijngevelpanelen, drinkfonteinen, airconditioners, wasmachines, aluminium profielen, etc. coating onlinecoatingol.com.
Er zijn veel factoren die de weersbestendigheid van poedercoatings beïnvloeden, waaronder interne factoren zoals de structuur en prestaties van harsen, uithardingsmiddelen, kleurvullers en andere additieven; en natuurlijke factoren (externe factoren) zoals de inwerking van zonlicht (voornamelijk UV), de samenstelling van de atmosfeer (zuurstof, ozon, industriële rook, enz.), vochtigheid (inclusief zure regen, zoutnevel, enz.) en temperatuurveranderingen.
Ultraviolette straling is de belangrijkste oorzaak van natuurlijke veroudering van poedercoatings en zuurstof in de atmosfeer is een belangrijke factor om natuurlijke veroudering te bevorderen. Onder invloed van ultraviolette straling en zuurstof ontstaat er een automatische oxidatiereactie van poedercoating, een oxidatiekettingreactie, die de poedercoating aantast. Water en warmte versnellen deze reactie en spelen een rol in de bevordering van foto-oxidatie.
Daarom kan de invloed van verschillende factoren niet worden genegeerd. Alleen door te begrijpen hoe verschillende factoren poedercoatings beïnvloeden en de belangrijkste tegenstrijdigheden te begrijpen, kunnen we tegenmaatregelen vinden om de weersbestendigheid te verbeteren.
Poedercoating film in het vormingsproces zal bestaan zwakke ketenbinding en dubbele-een structuur van de macromoleculaire keten, na de ultraviolette straling, gemakkelijk om licht-geïnduceerde oxidatieve degradatiereactie (veroudering) optreden, wat resulteert in het vervagen van de coating film, krijt.
Om de foto-oxidatiesnelheid van de coatingfilm te remmen of te vertragen, gebruikt men meestal antioxidanten, UV-absorbers of lichtstabilisatoren of een mengsel van drie soorten. In dit artikel worden experimenten gecombineerd om de toepassing van antioxidanten en lichtstabilisatoren in poedercoatings en hun effecten op de prestaties te onderzoeken.
1. Experimenteel deel
1.1 Voorbereiding van het testmonster
De hars, uithardingsmiddel, nivelleringsmiddel, kleurvuller en andere additieven worden gewogen volgens de poedercoatingformule, in de mengketel gedaan en op hoge snelheid gemengd, vervolgens geëxtrudeerd met een dubbelschroefsextruder en afgekoeld.
Het geëxtrudeerde materiaal wordt gebroken door een koffiemolen en vervolgens gezeefd door een zeef. De afgewerkte poedercoating wordt op de met schuurpapier gepolijste stalen plaat gespoten door 40 kV elektrostatisch hogedrukspuiten met een Jinma-pistool en in de oven geplaatst om te bakken en uit te harden om de monsterplaat te verkrijgen.
1.2 Prestatie testmethode
Kunstmatige versnelde verouderingstest: QUV werd gebruikt voor kunstmatige versnelde verouderingstest. QUV gebruikte lichtbron QUB313 en liep gedurende 200 uur, waarbij: a waarde testvoorwaarde: UV: 0,72W/m2, 50℃, 4u; b waarde testvoorwaarde: condensatie: 40℃, 4h.
Baktest: Om de hittebestendigheid van de lichte stabilisator te bepalen, werd de ovenbakmethode gebruikt en de bakomstandigheden waren 220 ℃ en 30 minuten voor de hittebestendigheidstest.
2, Resultaten en discussie
2.1 Toepassingsonderzoek van antioxidanten
Uit het mechanisme van thermische zuurstofdegradatie van polymeren is bekend dat de thermische zuurstofdegradatie van polymeren voornamelijk wordt veroorzaakt door het optreden van ketengekoppelde radicale reacties die worden uitgelokt door het genereren van vrije radicalen uit hydroperoxiden door hitte.
Daarom kan de thermische zuurstofdegradatie van polymeren worden geremd door het vangen van radicalen en de ontleding van hydroperoxiden, zoals weergegeven in figuur 1. Anti-oxidanten worden veel gebruikt om oxidatie te remmen.
Antioxidanten (of hittestabilisatoren) zijn additieven die worden gebruikt om de afbraak van polymeren door de inwerking van zuurstof of ozon in de atmosfeer te remmen of te vertragen, en zijn de meest gebruikte additieven in polymeermaterialen.
Poedercoatings zijn onderhevig aan thermische zuurstofdegradatie na bakken bij hoge temperaturen of zonlicht, veroudering, vergeling en andere verschijnselen die het uiterlijk en de prestaties van het product ernstig beïnvloeden, om het optreden van deze trend te voorkomen of te verminderen, meestal met behulp van de toevoeging van antioxidanten of hittestabilisatoren te bereiken.
Antioxidanten kunnen worden onderverdeeld in drie hoofdcategorieën op basis van hun functie (d.w.z. het interventiegedrag van het automatische chemische oxidatieproces).
De eerste categorie heet ketenafbrekende antioxidanten, die voornamelijk vrije radicalen vangen of wegvangen die ontstaan door de auto-oxidatie van polymeren.
De tweede categorie wordt antioxidanten van het type hydroperoxide decomposer genoemd, voornamelijk om niet-radicale afbraak van hydroperoxiden in polymeren te induceren.
De derde categorie wordt metaalion-passivator-type antioxidanten genoemd, die een stabiel chelaat kunnen vormen met schadelijke metaalionen, waardoor het katalytische effect van metaalionen op het auto-oxidatieproces van polymeren wordt afgestompt.
De eerste van de drie soorten antioxidanten wordt de belangrijkste antioxidant genoemd, voornamelijk fenolblokkers, seco-aromatische aminen; de tweede en derde categorie worden hulpantioxidanten genoemd, fosfiet, dithiocarbamaat metaalzouten, enz. Om een stabiele coating te verkrijgen om aan de toepassingseisen te voldoen, wordt meestal een verscheidenheid aan antioxidantverbindingen gekozen.
De volgende test maakt gebruik van verschillende antioxidanten die zijn toegevoegd aan de formulering van de poedercoating, na het spuiten en uitharden wordt het monster gemaakt, en de b-waarde wordt gemeten in dezelfde laagdikte met een kleurverschilmeter, en de kleur van de coatinglaag wordt geëvalueerd met behulp van het internationaal gangbare CIE Lab-kleurensysteem voor poedercoating (DIN 6174, ISO 10526 en ASTM 2244).
Tabel 1 toont de testresultaten na het sorteren van de kleur van de gecoate film van sub-verhogend tot uitstekend, het kan worden gezien dat.
(1) De basisformulering 1 vertoont ernstig lichtverlies, hoewel het pigment een betere hittebestendigheid heeft, maar de kleurverandering treedt op na filmvorming en de analyse is dat het pigment bij hoge temperatuur oxideert en dat sommige groepen in het pigment reageren onder invloed van zuurstof.
(2) De kleurverandering van formule 2 en formule 3 is beter dan die van formule 1, maar de verbetering is niet duidelijk, en formule 3 heeft een beter effect dan formule 2.
Na analyse bleek dat de antioxidant verdere oxidatie verhinderde en de kleurverandering minder maakte, en dat het effect van antioxidant 3 beter was dan dat van antioxidant 2. Een andere reden kan zijn dat beide gehinderde amines zijn om de productie van verfgroepen na oxidatie van pigmenten te voorkomen. Een andere reden kan zijn dat beide gehinderde amines zijn om de productie van verfgroepen te voorkomen na oxidatie van pigmenten, maar het effect is niet goed en kan alleen verdere reactie voorkomen na gedeeltelijke oxidatie, dus het effect is niet optimaal.
(3) Formulering 4 is beter dan formulering 3, maar niet optimaal. Omdat het fosfiet antioxidant een goed kleurbeschermend vermogen heeft, heeft het een reducerende eigenschap, waardoor het pigment dat bij hoge temperatuur geoxideerd is snel herstelt, waardoor het een beter antioxidant effect heeft.
(4) Het effect van formulering 5 is beter dan dat van formulering 4. De hoofdantioxidant en hulpantioxidant worden in deze formule samen gebruikt, zodat de verdere oxidatie van het pigment wordt voorkomen en de geoxideerde groep snel wordt gereduceerd, en de hulpantioxidant kan de door de hoofdantioxidant geproduceerde kleurstofgroep lichter maken, wat een goed synergetisch effect heeft.
(5) Formulering 6, die een samengestelde antioxidant gebruikte, had een significant beter kleurbehoud dan formulering 5. Antioxidant 4 was een mengsel van hoog-efficiënte fosfiet en fenol antioxidanten, en ze waren goed geproportioneerd om een goed antioxidant effect te hebben.
(6) Formulering 7 is beter dan formulering 6, en het kleureffect is in principe hetzelfde als bij het originele pigment. De aanbevolen dosering antioxidant is 0,5% tot 1,0%, dus de dosering van formulering 6 is aanzienlijk lager. Hieruit blijkt dat het kleureffect beter behouden blijft nadat de dosering van de samengestelde antioxidant is verhoogd.
(7) Formulering 8 test toont aan dat het gebruik van antioxidanten effectief de oxidatieve afbraak van de hars in het proces kan remmen en de slagvastheid tijdens extrusie en filmuitharding in de poedercoating kan verbeteren.
De formulering bij toevoeging van antioxidanten kan de kleur-basisverhouding verhogen om dezelfde prestatie te bereiken zonder de toevoeging van antioxidanten bij de kleinere kleur-basisverhouding. Dit komt omdat de toevoeging van antioxidanten de neiging van harsontleding in producten met een laag moleculair gewicht vermindert, zodat harsen met grote moleculen beter meer vulstoffen kunnen inkapselen, terwijl de prestaties onveranderd blijven.
(8) Formulering 10 en Formulering 9 witte coating film monsters kan worden gezien in de toevoeging van antioxidanten effectief remmen de verwerking van poeder coatings en post-curing proces vergeling, verbetering van de kleur prestaties van witte poeder coatings.
Bovenstaande testresultaten laten zien dat, hoewel er veel factoren zijn die het optreden van oxidatie in de coatingfilm beïnvloeden, zoals de kwaliteit en het type hars, pigment, additieven, het ontwerp van de formulering van de coating, het productieproces, de temperatuur, atmosfeer, vochtigheid en andere natuurlijke factoren, de toepassing van geschikte antioxidanten het optreden van deze trend vermindert.
2.2 Toepassingsstudie van lichtstabilisatoren
De afbraak van polymeren onder invloed van licht en zuurstof wordt "foto-oxidatieve afbraak" genoemd. Lichtstabilisatoren, ook bekend als UV-stabilisatoren, zijn een klasse stabilisatie-additieven die worden gebruikt om de foto-oxidatieve degradatie van polymeerharsen te remmen en de weerbestendigheid van poedercoatingfilms te verbeteren.
Volgens de verschillende stabilisatiemechanismen kunnen lichtstabilisatoren worden onderverdeeld in lichtafschermende middelen, UV-absorbers, stoffen die de aangeslagen toestand doen barsten en stoffen die vrije radicalen vangen.
Vanwege de diversiteit en complexiteit van poedercoatingformules, uithardingsprocessen en uithardingsvormen, is het behoud van licht en de bescherming tegen licht bij poedercoating erg belangrijk.
Ten tweede is lichtstabilisator zeer effectief voor lichte veroudering van coating en verlenging van de levensduur van coating film, en het bedrag is zeer klein, over het algemeen slechts 0,5% ~ 1,0% van de totale formulering.
Daarom is de toepassing van lichtstabilisatoren in poedercoatings om hun verweringseigenschappen te verbeteren een zeer eenvoudige, goedkope en zeer effectieve methode. Tabel 2 en tabel 3 illustreren het effect van lichtstabilisatoren op de prestaties van de coatinglaag.
Op basis van de formulering in tabel 2 werd de lichtstabilisator toegevoegd aan de coating, en de coating filmmonsters werden uitgehard door spuiten, en de internationaal populaire snelle verweringstest evaluatiemethode - kunstmatige versnelde veroudering (QUV) test en baktest werden gebruikt.
Aan de hand van de testresultaten in tabel 3 worden de toepassingsprestaties van de lichtstabilisator als volgt geëvalueerd.
(1) de weersbestendigheid van poeder voor gebruik binnenshuis is zeer slecht, maar de toevoeging van lichtstabilisatoren zal een belangrijke rol spelen.
(2) A en D formuleringen worden niet toegevoegd aan de lichte stabilisator, de test blijkt dat zowel aanzienlijk slechter dan het monster toegevoegd aan de lichte stabilisator.
(3) Formuleringen C en F toonden aan dat de verhoogde hoeveelheid lichtstabilisator een significante verbetering had op het licht- en kleurbehoud van de coatingfilm.
(4) De resultaten van de baktest laten zien dat de lichtstabilisator geen temperatuurbestendigheid heeft, en de temperatuurbestendigheid van de coatinglaag moet worden opgelost door anti-vergelingsadditieven toe te voegen.
2.3 Onderzoek naar de synergetische toepassing van antioxidanten en lichtstabilisatoren
Door de bovenstaande test kunnen we begrijpen dat de veroudering van de coatinglaag eigenlijk het resultaat is van de gezamenlijke actie van UV-licht en zuurstof, en dit proces omvat twee verschillende processen van fotodegradatie en foto-oxidatie.
Lichtstabilisatoren en antioxidanten hebben echter verschillende stabilisatiemechanismen op de coatinglaag, en de combinatie van twee stabilisatoren met verschillende werkingsmechanismen zal naar verwachting een beter stabilisatie-effect bereiken dan een enkele stabilisator, d.w.z. een synergetisch effect.
Momenteel zijn er dergelijke stabilisatoren op de markt, wat ook een ontwikkelingstrend van stabilisatoren is. Maar het synergetische effect op hetzelfde moment, twee verschillende stabilisatoren tussen de additieve en antagonistisch effect zal ook verschijnen.
Daarom is in de antioxidant en lichtstabilisator met een goed begrip van de verschillende reacties tussen de twee van cruciaal belang, alleen om het effect van de twee met de potentiële chemische reacties te beheersen, om een effectieve antioxidant en lichtstabilisator met het systeem te ontwerpen.
De meest typische zijn HALS en antioxidanten, UV-absorbers en antioxidanten en UV-beschermende middelen en antioxidanten enzovoort.
Door middel van versnelde verouderings- en baktests op de coatinglaag werd het effect van het toevoegen van antioxidanten en lichtstabilisatoren aan de poedercoatingformulering geëvalueerd. De testformuleringen en resultaten staan in Tabel 4 en Tabel 5.
Aan de hand van de testresultaten wordt de lichtstabilisator geëvalueerd.
(1) De toevoeging van lichtstabilisator speelt een belangrijke rol in de weersbestendigheid van het poeder, maar er is geen verandering in de vergelingsbestendigheid van de coatingfilm.
(2) Lichtstabilisator en antioxidant met de coating film verweringsweerstand en verkleuring heeft een significant effect, en het bedrag van zowel 1:1 wanneer de beste.
(3) Lichtstabilisator en antioxidant hebben een beter effect in HAA-systeem.
Het gebruik van lichtstabilisatoren en antioxidanten is niet zo eenvoudig als in het artikel wordt voorgesteld. Het effect van het gebruik van verschillende lichtstabilisatoren met antioxidanten moet worden bevestigd door verdere experimenten op basis van de theorie.
Zo zal het gebruik van lichtstabilisatoren van het HALS-type en zwavelhoudende antioxidanten antagonistische effecten hebben en de prestaties van het polymeer aantasten; het gebruik van HALS en fosforhoudende polymeren moet zorgen voor de beste synergie bij een concentratie van 1:1; het gebruik van HALS met een laag molecuulgewicht heeft alleen additieve effecten, terwijl het gebruik van HALS met een hoog molecuulgewicht en HALS met een laag molecuulgewicht een synergetisch effect heeft, enz.
3, Conclusie
De toevoeging van antioxidant en lichtstabilisator aan poedercoatings kan de snelheid van thermische oxidatie en foto-oxidatie van polymeer macromoleculen bij de productie en toepassing van poedercoatings effectief remmen en verminderen, de hitte- en lichtbestendigheid van de coatinglaag aanzienlijk verbeteren, het degradatie- en verouderingsproces van de coatinglaag vertragen en de levensduur van de coatinglaag verlengen.
Lichtstabilisatoren en antioxidanten gebruikt in hoogwaardige poedercoatings, indien goed gebruikt, zal er een synergetisch effect, aanzienlijke verbetering van de verweringseigenschappen van de poedercoating film, met name Super-Duable poedercoating film.
Bij onjuist gebruik zal er een additief effect optreden, of zelfs een antagonistisch effect, waardoor de stabiliteit van de coatinglaag afneemt.
De trend van stabilisatoren en zal worden ontwikkeld in de richting van multifunctionaliteit.