Hoe verbeter je de weerbestendigheid van poedercoatings met antioxidanten en lichtstabilisatoren?
Met de snelle ontwikkeling van de nationale economie wordt de toepassing van poedercoating in de buitenlucht steeds gebruikelijker. Daarbij krijgen de weerbestendigheid en duurzaamheid van poedercoating als bescherming en decoratie ook steeds meer aandacht, vooral de coatinglaag van binnen- en buitenartikelen zoals plafonds, gordijngevelpanelen, drinkfonteinen, airconditioners, wasmachines, aluminium profielen, enz.
Er zijn veel factoren die de weerbestendigheid van poedercoatings beïnvloeden, waaronder interne factoren zoals de structuur en prestaties van harsen, hardingsmiddelen, kleurvullers en andere additieven; en natuurlijke factoren (externe factoren) zoals het effect van zonlicht (voornamelijk UV), de samenstelling van de atmosfeer (zuurstof, ozon, industriële rook, enz.), vochtigheid (inclusief zure regen, zoutnevel, enz.), temperatuurveranderingen, enz.
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 UV-straling en zuurstof ontstaat een automatische oxidatiereactie van poedercoatings, een oxidatiekettingreactie, die de poedercoating aantast. Water en warmte versnellen deze reactie en spelen een rol bij het bevorderen van foto-oxidatie.
De poedercoatingfilm zal tijdens het vormingsproces zwakke ketenverbindingen en macromoleculaire ketens van dienestructuur hebben, die gevoelig zijn voor fotogeïnduceerde oxidatieve degradatiereactie (veroudering) na UV-straling, wat leidt tot vervagen en krijten van de coatingfilm.
Om de foto-oxidatie van de coatingfilm te remmen of te vertragen, gebruikt men meestal antioxidanten, UV-absorbers of lichtstabilisatoren of een mengsel van deze drie.
Onderzoek naar de toepassing 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 wordt de b-waarde gemeten in dezelfde laagdikte met een colorimeter en wordt de kleur van de coatinglaag geëvalueerd met behulp van het internationaal gangbare CIE Lab-kleurensysteem voor poedercoating (DIN 6174, ISO 10526 en ASTM 2244).
De testresultaten na het sorteren van de kleur van de coating film in de volgorde van sub-verhoging tot uitstekend, kan worden gezien dat.
1, de basisformulering 1 toont ernstig verlies van licht, hoewel het pigment hittebestendigheid is goed, maar na de film wordt gevormd, de analyse is dat het pigment wordt geoxideerd onder hoge temperatuur, en sommige groepen in het pigment reageren onder invloed van zuurstof.
2, de kleurverandering van formule 2 en formule 3 is beter dan 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, die de productie van verfgroep na de oxidatie van pigment voorkomen, maar het effect is niet goed, alleen verdere reactie na gedeeltelijke oxidatie voorkomen, zodat het effect niet het beste kan bereiken.
3, formulering 4 is beter dan formulering 3, maar niet de beste. Omdat fosfiet antioxidant een goede kleurbescherming heeft, heeft het een reducerende eigenschap en kan het pigment dat bij hoge temperatuur geoxideerd is snel herstellen, dus heeft het een beter antioxidant effect.
4, is het effect van formule 5 beter dan dat van formule 4. Deze formule gebruikt de hoofdantioxidant en hulpantioxidant samen, dus het stopt niet alleen de verdere oxidatie van pigment, maar herstelt ook snel de geoxideerde groep, en de hulpantioxidant kan de kleurstofgroep die door de hoofdantioxidant wordt geproduceerd lichter maken, dus het heeft een goed synergetisch effect.
5, het gebruik van samengestelde antioxidant formulering 6 kleurbehoud effect is aanzienlijk beter dan formulering 5. Anti-oxidant 4 is een mengsel van hoog rendement fosfiet en fenolische antioxidant, en de juiste verhouding van de twee, heeft een goede anti-oxidant effect.
6, is formulering 7 beter dan formulering 6 en is het kleureffect in principe hetzelfde als dat van 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 blijkt dat in de poedercoating poeder maken extrusie en film uithardingsproces, het gebruik van antioxidanten effectief kan remmen de hars in het proces van oxidatieve degradatie, verbetering van de slagvastheid.
De formulering wanneer het toevoegen van antioxidanten kan het gezicht te verhogen tot basisratio, om dezelfde prestaties te bereiken zonder de toevoeging van antioxidanten wanneer de kleinere gezicht naar basisratio. Dit komt omdat de toevoeging van antioxidanten de neiging van harsontleding in laagmoleculaire producten vermindert, zodat grote harsmoleculen beter meer vulstoffen kunnen bedekken, terwijl de prestaties onveranderd blijven.
8, Formulering 10 en Formulering 9 witte coating film monsters kan worden gezien, plus 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.
Onderzoek naar de toepassing van lichtstabilisatoren
De afbraak van polymeren in aanwezigheid 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 weerbestendigheid te verbeteren een zeer eenvoudige, goedkope en zeer effectieve methode.
Volgens de formule in tabel 2 wordt lichtstabilisator toegevoegd aan de coating en wordt het coating-filmmonster uitgehard door spuiten.
De toepassingsprestaties van lichtstabilisatoren worden als volgt geëvalueerd.
1, de weersbestendigheid van poeder voor gebruik binnenshuis is zeer slecht, maar de toevoeging van lichte stabilisatoren zal een belangrijke rol spelen.
2, A en D formuleringen niet worden toegevoegd aan de lichtstabilisator, blijkt uit de test dat zijn aanzienlijk slechter dan het monster toegevoegd aan de lichtstabilisator.
3, C en F formuleringen laten zien dat als de hoeveelheid lichtstabilisator toeneemt, het licht- en kleurbehoud van de coatinglaag aanzienlijk verbetert.
4, bakken testresultaten blijkt dat het licht stabilisator niet het vermogen om de temperatuur te weerstaan, om de temperatuurbestendigheid van de coating film op te lossen moet anti-vergeling additieven toe te voegen.
Onderzoek naar de synergetische toepassing van antioxidant en lichtstabilisator
Door de bovenstaande test kunnen we begrijpen dat de veroudering van de coatinglaag eigenlijk het resultaat is van de gezamenlijke actie van ultraviolet 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, in de antioxidant en licht stabilisator met een goed begrip van de verschillende reacties tussen de twee is van cruciaal belang, alleen om het effect van de twee met de potentiële chemische reactie onder de knie, om een effectieve antioxidant en licht stabilisator met het systeem te ontwerpen.
Door middel van versnelde verouderings- en baktests op de coatinglaag is het effect van het toevoegen van antioxidanten en lichtstabilisatoren aan de poedercoatingformulering geëvalueerd. De testformuleringen en resultaten worden getoond in Tabel 4 en Tabel 5.
Aan de hand van de testresultaten wordt de lichtstabilisator geëvalueerd.
1, zal de toevoeging van lichtstabilisator een belangrijke rol spelen in de weerbestendigheid van het poeder, maar de vergelingsweerstand van de coatingfilm veranderde niet.
2, licht stabilisator en antioxidant met de coating film weerbestendigheid en verkleuring heeft een significant effect, en het bedrag van zowel 1:1 wanneer de beste.
3, Licht stabilisator 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 verschillende lichtstabilisatoren en antioxidanten moet worden bevestigd door verdere experimenten volgens de theorie.
Conclusie
De toevoeging van antioxidanten en lichtstabilisatoren aan poedercoatings kan de thermische en foto-oxidatiesnelheid van polymere 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 coatingfilm afneemt. De trend van stabilisatoren en zal worden ontwikkeld in de richting van multifunctionaliteit