Quais são as aplicações de antioxidantes, estabilizadores de luz e a combinação de ambos em revestimentos?
Este artigo apresenta sistematicamente os tipos de antioxidantes e estabilizadores de luz, estuda os antioxidantes, os estabilizadores de luz e sua aplicação em revestimentos em pó, respectivamente, e descreve o mecanismo de sua função na inibição ou retardamento da taxa de oxidação térmica/luminosa do filme de revestimento.
Com o rápido desenvolvimento da economia nacional, a aplicação de revestimentos em pó em ambientes externos está se tornando cada vez mais comum. Dessa forma, a resistência às intempéries e a durabilidade do revestimento em pó como proteção e decoração também estão recebendo cada vez mais atenção, especialmente a película de revestimento de itens internos e externos, como tetos, painéis de cortina, bebedouros, condicionadores de ar, máquinas de lavar roupa, perfis de alumínio etc. onlinecoatingol.com.
Há muitos fatores que afetam a resistência a intempéries dos revestimentos em pó, incluindo fatores internos, como a estrutura e o desempenho de resinas, agentes de cura, cargas de cor e outros aditivos; e fatores naturais (fatores externos), como a ação da luz solar (principalmente UV), a composição da atmosfera (oxigênio, ozônio, fumaça industrial etc.), umidade (incluindo chuva ácida, névoa salina etc.) e mudanças de temperatura.
A radiação ultravioleta é a principal causa do envelhecimento natural dos revestimentos em pó, e o oxigênio na atmosfera é um fator importante para promover o envelhecimento natural. Sob a ação da radiação ultravioleta e do oxigênio, desencadeia-se a reação de oxidação automática do revestimento em pó, ou seja, a reação em cadeia da oxidação, que degrada o revestimento em pó. A água e o calor aceleram essa reação e desempenham um papel importante na promoção da foto-oxidação.
Portanto, a influência de vários fatores não pode ser ignorada. Somente compreendendo como os vários fatores atuam nos revestimentos em pó e entendendo a principal contradição é que poderemos descobrir as contramedidas para melhorar sua resistência às intempéries.
No processo de formação do filme de revestimento em pó, existirá uma ligação de cadeia fraca e uma estrutura de duplo gene da cadeia macromolecular. Após a radiação ultravioleta, é fácil ocorrer uma reação de degradação oxidativa induzida pela luz (envelhecimento), resultando no desbotamento do filme de revestimento e na formação de giz.
Para inibir ou retardar a taxa de foto-oxidação do filme de revestimento, as pessoas geralmente usam a adição de antioxidantes, absorvedores de UV ou estabilizadores de luz ou uma mistura dos três tipos. Este artigo combina experimentos para explorar a aplicação de antioxidantes e estabilizadores de luz em revestimentos em pó e seus efeitos sobre o desempenho.
1. Parte experimental
1.1 Preparação da amostra de teste
A resina, o agente de cura, o agente de nivelamento, a carga de cor e outros aditivos são pesados de acordo com a fórmula do revestimento em pó, colocados na chaleira de mistura e misturados em alta velocidade, depois extrudados por uma extrusora de rosca dupla e resfriados.
O material extrudado é quebrado por um moinho de café e, em seguida, peneirado por uma tela, e o revestimento em pó acabado é pulverizado sobre a placa de aço polido com lixa por meio de pulverização eletrostática de alta pressão de 40 kV com pistola Jinma e colocado no forno para cozimento e cura para obter a placa de amostra.
1.2 Método de teste de desempenho
Teste de envelhecimento acelerado artificial: O QUV foi usado para o teste de envelhecimento acelerado artificial. O QUV usou a fonte de luz QUB313 e funcionou por 200h, onde: a condição de teste de valor: UV: 0,72W/m2, 50℃, 4h; b condição de teste de valor: condensação: 40℃, 4h.
Teste de cozimento: Para determinar a resistência ao calor do estabilizador de luz, foi usado o método de cozimento em forno, e as condições de cozimento foram 220°C e 30 minutos para o teste de resistência ao calor.
2、Resultados e discussão
2.1 Estudo de aplicação de antioxidantes
A partir do mecanismo de degradação térmica de oxigênio dos polímeros, sabe-se que a degradação térmica de oxigênio dos polímeros é causada principalmente pela ocorrência de reações radicais ligadas à cadeia, desencadeadas pela geração de radicais livres a partir de hidroperóxidos pelo calor.
Portanto, a degradação térmica de oxigênio dos polímeros pode ser inibida pelo aprisionamento de radicais e pela decomposição de hidroperóxidos, conforme mostrado na Figura 1. Entre eles, os antioxidantes são amplamente usados para a inibição da oxidação acima.
Antioxidantes (ou estabilizadores de calor) são aditivos usados para inibir ou retardar a degradação de polímeros pela ação do oxigênio ou do ozônio na atmosfera e são os aditivos mais amplamente usados em materiais poliméricos.
Os revestimentos em pó estão sujeitos à degradação térmica do oxigênio após o cozimento em altas temperaturas ou sob a luz do sol, o envelhecimento, o amarelamento e outros fenômenos afetam seriamente a aparência e o desempenho do produto. Para evitar ou reduzir a ocorrência dessa tendência, geralmente usa-se a adição de antioxidantes ou estabilizadores de calor.
Os antioxidantes podem ser divididos em três categorias principais de acordo com sua função (ou seja, o comportamento de intervenção do processo químico de oxidação automática).
A primeira categoria é chamada de antioxidantes de terminação de cadeia, que capturam ou eliminam principalmente os radicais livres gerados pela auto-oxidação de polímeros.
A segunda categoria é chamada de antioxidantes do tipo decompositor de hidroperóxidos, principalmente para induzir a decomposição do tipo não radical de hidroperóxidos em polímeros.
A terceira categoria é chamada de antioxidantes do tipo passivador de íons metálicos, que podem formar um quelato estável com íons metálicos nocivos, diminuindo assim o efeito catalítico dos íons metálicos no processo de auto-oxidação do polímero.
O primeiro dos três tipos de antioxidantes é chamado de antioxidante principal, principalmente bloqueadores de fenol, aminas seco-aromáticas; a segunda e a terceira categorias são chamadas de antioxidantes auxiliares, fosfito, sais metálicos de ditiocarbamato etc. Para obter um revestimento estável que atenda aos requisitos da aplicação, geralmente é necessário escolher uma variedade de compostos antioxidantes.
O teste a seguir usa diferentes compostos antioxidantes adicionados à formulação do revestimento em pó. Após a pulverização e a cura, a amostra é feita, e o valor b é medido na mesma espessura de filme com um medidor de diferença de cor, e a cor do filme de revestimento é avaliada usando o sistema internacional de cores em pó comum do CIE Lab (DIN 6174, ISO 10526 e ASTM 2244).
A Tabela 1 mostra os resultados do teste depois de classificar a cor do filme revestido de subcrescente a excelente, e pode-se observar que.
(1) A formulação básica 1 apresenta grande perda de luz, embora o pigmento tenha melhor resistência ao calor, mas a mudança de cor ocorre após a formação do filme, e a análise é que o pigmento é oxidado em alta temperatura, e alguns grupos dentro do pigmento reagem sob a ação do oxigênio.
(2) A mudança de cor da fórmula 2 e da fórmula 3 é melhor do que a da fórmula 1, mas a melhoria não é óbvia, e a fórmula 3 tem melhor efeito do que a fórmula 2.
Após a análise, o antioxidante impediu a oxidação adicional e diminuiu a alteração de cor, e o efeito do antioxidante 3 foi melhor do que o do antioxidante 2. Outro motivo pode ser o fato de que ambos são aminas impedidas para evitar a produção de grupos de tingimento após a oxidação dos pigmentos, mas o efeito não é bom e só pode evitar mais reações após a oxidação parcial, portanto, o efeito não é ideal.
(3) A formulação 4 é melhor do que a formulação 3, mas não é a ideal. Como o antioxidante de fosfito tem boa capacidade de proteção de cor, ele tem propriedade redutora, o que pode fazer com que o pigmento oxidado em alta temperatura seja restaurado rapidamente, portanto, tem melhor efeito antioxidante.
(4) O efeito obtido pela formulação 5 é melhor do que o da formulação 4. O antioxidante principal e o antioxidante auxiliar são usados juntos nessa fórmula, de modo que a oxidação adicional do pigmento é evitada e o grupo oxidado é rapidamente reduzido, e o antioxidante auxiliar pode tornar o grupo corante produzido pelo antioxidante principal mais leve, o que tem um bom efeito sinérgico.
(5) A formulação 6, que usou um antioxidante composto, teve uma retenção de cor significativamente melhor do que a formulação 5. O antioxidante 4 era uma mistura de fosfito de alta eficiência e antioxidantes fenólicos, e eles foram adequadamente proporcionados para ter um bom efeito antioxidante.
(6) A formulação 7 é melhor do que a formulação 6, e o efeito de cor é basicamente o mesmo do pigmento original. A dosagem recomendada de antioxidante é de 0,5% a 1,0%, portanto a dosagem da formulação 6 é significativamente menor. Isso mostra que o efeito de cor é mantido melhor depois que a dosagem do composto antioxidante é aumentada.
(7) O teste da Formulação 8 mostra que o uso de antioxidantes pode inibir com eficácia a degradação oxidativa da resina no processo e melhorar a resistência ao impacto durante a extrusão e a cura do filme na fabricação de revestimento em pó.
A formulação ao adicionar antioxidantes pode aumentar a proporção cor-base para obter o mesmo desempenho sem a adição de antioxidantes quando a proporção cor-base for menor. Isso ocorre porque a adição de antioxidantes reduz a tendência de decomposição da resina em produtos de baixo peso molecular, de modo que as resinas de moléculas grandes encapsulam melhor mais cargas, enquanto o desempenho permanece inalterado.
(8) As amostras de filme de revestimento branco da Formulação 10 e da Formulação 9 podem ser vistas na adição de antioxidantes que podem inibir efetivamente o processamento de revestimentos em pó e o amarelamento do processo de pós-cura, melhorando o desempenho da cor dos revestimentos em pó branco.
Os resultados dos testes acima mostram que, embora existam muitos fatores que afetam o aparecimento da oxidação no filme de revestimento, como a qualidade e o tipo de resina, pigmento, aditivos, design da formulação do revestimento, processo de produção, temperatura, atmosfera, umidade e outros fatores naturais, a aplicação de antioxidantes adequados reduz a ocorrência dessa tendência.
2.2 Estudo de aplicação de estabilizadores de luz
A degradação de polímeros sob a ação da luz e do oxigênio é chamada de "degradação foto-oxidativa". Os estabilizadores de luz, também conhecidos como estabilizadores de UV, são uma classe de aditivos de estabilização usados para inibir a degradação foto-oxidativa de resinas de polímero e melhorar a resistência às intempéries dos filmes de revestimento em pó.
De acordo com os diferentes mecanismos de estabilização, os estabilizadores de luz podem ser divididos em agentes de proteção contra a luz, absorvedores de UV, agentes de ruptura de estado excitado e agentes de captura de radicais livres.
Devido à diversidade e à complexidade da formulação do revestimento em pó, do processo de cura e da forma de cura, a conservação da luz e a proteção contra a luz do revestimento em pó são muito importantes.
Em segundo lugar, o estabilizador de luz é muito eficaz para o envelhecimento leve do revestimento e para prolongar a vida útil do filme de revestimento, e a quantidade é muito pequena, geralmente apenas 0,5%~1,0% da formulação total.
Portanto, a aplicação de estabilizadores de luz em revestimentos em pó para melhorar suas propriedades de intemperismo é um método muito simples, de baixo custo e muito eficaz. A Tabela 2 e a Tabela 3 ajudarão a ilustrar o efeito dos estabilizadores de luz no desempenho do filme de revestimento.
Com base na formulação da Tabela 2, o estabilizador de luz foi adicionado ao revestimento, e as amostras de filme de revestimento foram curadas por pulverização, e o método de avaliação de teste de intemperismo rápido internacionalmente popular - teste de envelhecimento acelerado artificial (QUV) e teste de cozimento - foi usado.
Por meio dos resultados do teste na Tabela 3, o desempenho da aplicação do estabilizador de luz é avaliado da seguinte forma.
(1) a resistência do pó para ambientes internos é muito ruim, mas a adição de estabilizadores de luz terá um papel significativo.
(2) As formulações A e D não são adicionadas ao estabilizador de luz, o teste mostra que ambas são significativamente piores do que a amostra adicionada ao estabilizador de luz.
(3) As formulações C e F mostraram que o aumento da quantidade de estabilizador de luz teve uma melhora significativa na retenção de luz e cor do filme de revestimento.
(4) Os resultados do teste de cozimento mostram que o estabilizador de luz não tem resistência à temperatura, e a resistência à temperatura do filme de revestimento deve ser resolvida com a adição de aditivos antiamarelamento.
2.3 Pesquisa sobre a aplicação sinérgica de antioxidantes e estabilizadores de luz
Por meio do teste acima, podemos entender que o envelhecimento do filme de revestimento é, na verdade, o resultado da ação conjunta da luz UV e do oxigênio, e esse processo inclui dois processos diferentes de fotodegradação e foto-oxidação.
No entanto, os estabilizadores de luz e os antioxidantes têm diferentes mecanismos de estabilização no filme de revestimento, e espera-se que a combinação de dois estabilizadores com diferentes mecanismos de ação obtenha um efeito de estabilização melhor do que um único estabilizador, ou seja, um efeito sinérgico.
Atualmente, existem tais estabilizadores no mercado, o que também é uma tendência de desenvolvimento de estabilizadores. Mas o efeito sinérgico ao mesmo tempo, dois estabilizadores diferentes entre o efeito aditivo e antagônico também aparecerão.
Portanto, no antioxidante e no estabilizador de luz, é fundamental ter um bom entendimento das diferentes reações entre os dois, apenas para dominar o efeito dos dois com as possíveis reações químicas, a fim de projetar um antioxidante eficaz e um estabilizador de luz com o sistema.
Os mais comuns são HALS e antioxidantes, absorvedores de UV e antioxidantes, agentes de proteção UV e antioxidantes e assim por diante.
Por meio de testes de envelhecimento acelerado e de cozimento no filme de revestimento, foi avaliado o efeito da adição de antioxidantes e estabilizadores de luz à formulação do revestimento em pó. As formulações de teste e os resultados são mostrados na Tabela 4 e na Tabela 5.
Por meio dos resultados dos testes, o estabilizador de luz é avaliado.
(1) A adição de estabilizador de luz desempenhará um papel significativo na resistência ao intemperismo do pó, mas não há alteração na resistência ao amarelamento do filme de revestimento.
(2) O estabilizador de luz e o antioxidante com a resistência a intempéries e a descoloração do filme de revestimento têm um efeito significativo, e a quantidade de ambos 1:1 é a melhor.
(3) O estabilizador de luz e o antioxidante têm melhor efeito no sistema HAA.
O uso de estabilizadores de luz e antioxidantes não é tão simples como apresentado no artigo. O efeito do uso de diferentes estabilizadores de luz com antioxidantes precisa ser confirmado por mais experimentos baseados em teoria.
Por exemplo, o uso de estabilizadores de luz do tipo HALS e antioxidantes contendo enxofre produzirá efeitos antagônicos e degradará o desempenho do polímero; o uso de HALS e polímeros contendo fósforo deve garantir a melhor sinergia em uma concentração de 1:1; o uso de HALS de baixo peso molecular e apenas efeitos aditivos, enquanto o uso de HALS de alto peso molecular e HALS de baixo peso molecular tem um efeito sinérgico etc.
3、Conclusão
A adição de antioxidantes e estabilizadores de luz aos revestimentos em pó pode inibir e reduzir com eficácia a velocidade da oxidação térmica e da foto-oxidação de macromoléculas de polímero na produção e aplicação de revestimentos em pó, melhorar significativamente a resistência ao calor e à luz do filme de revestimento, retardar o processo de degradação e envelhecimento do filme de revestimento e prolongar a vida útil do filme de revestimento.
Os estabilizadores de luz e os antioxidantes usados em revestimentos em pó de alto desempenho, se usados adequadamente, terão um efeito sinérgico, melhorando significativamente as propriedades de intemperismo do filme de revestimento em pó, especialmente o filme de revestimento em pó superdurável.
Se for usado de forma inadequada, haverá um efeito aditivo ou até mesmo um efeito antagônico, o que faz com que a estabilidade do filme de revestimento diminua.
A tendência dos estabilizadores e será desenvolvida na direção da multifuncionalidade.