Como melhorar a resistência às intempéries dos revestimentos em pó por meio de antioxidantes e estabilizadores de luz?
Com o rápido desenvolvimento da economia nacional, a aplicação de revestimento em pó em ambientes externos está se tornando cada vez mais comum. Assim, 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, perfis de alumínio etc.
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 o efeito da luz solar (principalmente UV), a composição da atmosfera (oxigênio, ozônio, fumaça industrial etc.), umidade (incluindo chuva ácida, névoa salina etc.), mudanças de temperatura etc.
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 uma reação de oxidação automática do revestimento em pó, ou seja, uma reação em cadeia de 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.
A película de revestimento em pó terá ligações de cadeia fracas e cadeias macromoleculares de estrutura de dieno durante o processo de formação, que são propensas à reação de degradação oxidativa fotoinduzida (envelhecimento) após a radiação UV, levando ao desbotamento e ao escurecimento da película de revestimento.
Para inibir ou retardar a foto-oxidação do filme de revestimento, as pessoas geralmente adicionam antioxidantes, absorvedores de UV ou estabilizadores de luz ou uma mistura dos três.
Pesquisa sobre a 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 colorímetro, 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).
Os resultados do teste, após classificar a cor do filme de revestimento na ordem de subcrescente a excelente, mostram que.
1, a formulação básica 1 apresenta grande perda de luz, embora a resistência do pigmento ao calor seja boa, mas depois que o filme é formado, a análise é que o pigmento é oxidado sob 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 mudança de cor, e o efeito do antioxidante 3 foi melhor do que o do antioxidante 2. Outro motivo pode ser devido ao fato de ambos serem aminas impedidas, impedindo a produção do grupo de tingimento após a oxidação do pigmento, mas o efeito não é bom, apenas impedindo a reação posterior após a oxidação parcial, de modo que o efeito não pode ser o melhor.
3, a formulação 4 é melhor do que a formulação 3, mas não é a melhor. Como o antioxidante fosfito tem boa capacidade de proteção de cor, ele tem propriedade redutora e pode fazer com que o pigmento oxidado em alta temperatura seja restaurado rapidamente, portanto, tem melhor efeito antioxidante.
4, o efeito obtido pela fórmula 5 é melhor do que o da fórmula 4. Essa fórmula usa o antioxidante principal e o antioxidante auxiliar juntos, de modo que não apenas interrompe a oxidação adicional do pigmento, mas também restaura o grupo oxidado rapidamente, e o antioxidante auxiliar pode tornar o grupo de corante produzido pelo antioxidante principal mais leve, de modo que tem um bom efeito sinérgico.
O antioxidante 4 é uma mistura de fosfito de alta eficiência e antioxidante fenólico, e a proporção adequada dos dois tem 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, no processo de extrusão do revestimento em pó e de cura do filme, o uso de antioxidantes pode inibir efetivamente a resina no processo de degradação oxidativa e melhorar a resistência ao impacto.
A formulação ao adicionar antioxidantes pode aumentar a proporção entre a face e a base, para obter o mesmo desempenho sem a adição de antioxidantes quando a proporção entre a face e a 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 moléculas grandes de resina cobrem 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, e os antioxidantes podem inibir efetivamente o processamento de revestimentos em pó e o amarelamento do processo 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.
Pesquisa sobre a aplicação de estabilizadores de luz
A degradação de polímeros na presença de luz e 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 sua resistência às intempéries é um método muito simples, de baixo custo e muito eficaz.
De acordo com a fórmula da Tabela 2, o estabilizador de luz é adicionado ao revestimento, e a amostra do filme de revestimento é curada por pulverização.
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 importante.
2, as formulações A e D não são adicionadas ao estabilizador de luz, o teste mostra que são significativamente piores do que a amostra adicionada ao estabilizador de luz.
As formulações 3, C e F mostram que, com o aumento da quantidade de estabilizador de luz, a retenção de luz e cor do filme de revestimento melhora significativamente.
4, os resultados do teste de cozimento mostram que o estabilizador de luz não tem a capacidade de resistir à temperatura; para resolver a resistência à temperatura do filme de revestimento, deve-se adicionar aditivos antiamarelamento.
Pesquisa sobre a aplicação sinérgica de antioxidante e estabilizador 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 ultravioleta 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 a potencial reação química, a fim de projetar um antioxidante eficaz e um estabilizador de luz com o sistema.
Por meio de testes de envelhecimento acelerado e de cozimento no filme de revestimento, é 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 às intempéries do pó, mas a resistência ao amarelamento do filme de revestimento não mudou.
2, o estabilizador de luz e o antioxidante com a resistência às 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 de diferentes estabilizadores de luz e antioxidantes precisa ser confirmado por experimentos adicionais de acordo com a teoria.
Conclusão
A adição de antioxidantes e estabilizadores de luz aos revestimentos em pó pode inibir e reduzir com eficácia a taxa de oxidação térmica e fotográfica de macromoléculas poliméricas 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 usados de forma inadequada, haverá um efeito aditivo, ou até mesmo um efeito antagônico, o que diminui a estabilidade do filme de revestimento. A tendência dos estabilizadores e será desenvolvida na direção da multifuncionalidade