Kaplamalarda antioksidanların, ışık stabilizatörlerinin ve her ikisinin kombinasyonunun uygulamaları nelerdir?
Bu makale, ışık stabilizatörleri ve antioksidan türlerini sistematik olarak tanıtmakta, sırasıyla antioksidanlar, ışık stabilizatörleri ve bunların toz boyalardaki uygulamalarını incelemekte ve kaplama filminin ışık/termal oksidasyon oranını engelleme veya geciktirmedeki rollerinin mekanizmasını açıklamaktadır.
Ulusal ekonominin hızla gelişmesiyle birlikte, toz boyaların dış mekanlarda uygulanması giderek daha yaygın hale gelmektedir. Bu nedenle, toz boya kaplamanın koruma ve dekorasyon olarak hava koşullarına dayanıklılığı ve dayanıklılığı, özellikle tavanlar, perde duvar panelleri, çeşmeler, klimalar, çamaşır makineleri, alüminyum profiller vb. gibi iç ve dış mekan öğelerinin kaplama filmi de giderek daha fazla ilgi görmektedir. kaplama onlinecoatingol.com.
Toz boyaların hava koşullarına dayanıklılığını etkileyen birçok faktör vardır; bunlar arasında reçinelerin, kürleme maddelerinin, renk dolgu maddelerinin ve diğer katkı maddelerinin yapısı ve performansı gibi iç faktörler ve güneş ışığının etkisi (esas olarak UV), atmosferin bileşimi (oksijen, ozon, endüstriyel duman vb.), nem (asit yağmuru, tuz spreyi vb. dahil) ve sıcaklık değişiklikleri gibi doğal faktörler (dış faktörler) yer alır.
Ultraviyole radyasyon toz boyaların doğal yaşlanmasının ana nedenidir ve atmosferdeki oksijen doğal yaşlanmayı teşvik eden önemli bir faktördür. Ultraviyole radyasyon ve oksijenin etkisi altında, toz kaplamanın otomatik oksidasyon reaksiyonunu, yani toz kaplamayı bozan oksidasyon zincir reaksiyonunu tetikler. Su ve ısı bu reaksiyonu hızlandırır ve foto-oksidasyonun teşvik edilmesinde rol oynar.
Bu nedenle, çeşitli faktörlerin etkisi göz ardı edilemez. Sadece çeşitli faktörlerin toz boyalar üzerinde nasıl çalıştığını anlayarak ve ana çelişkiyi kavrayarak, hava koşullarına dayanıklılığını artırmak için karşı önlemler bulabiliriz.
Oluşum sürecindeki toz kaplama filmi, ultraviyole radyasyondan sonra makromoleküler zincirin zayıf zincir bağı ve çift en yapısına sahip olacak, ışığın neden olduğu oksidatif bozunma reaksiyonunun (yaşlanma) meydana gelmesi kolay olacak ve kaplama filminin solmasına, tebeşirlenmesine neden olacaktır.
Kaplama filminin foto-oksidasyon hızını engellemek veya geciktirmek için, insanlar genellikle antioksidanlar, UV emiciler veya ışık stabilizatörleri veya üç türün bir karışımını ekleyerek kullanırlar. Bu makale, toz boyalarda antioksidanların ve ışık stabilizatörlerinin uygulanmasını ve bunların performans üzerindeki etkilerini araştırmak için deneyleri birleştirmektedir.
1. Deneysel kısım
1.1 Test numunesinin hazırlanması
Reçine, kürleme maddesi, tesviye maddesi, renk dolgusu ve diğer katkı maddeleri toz boya formülüne göre tartılır, karıştırma kazanına konur ve yüksek hızda karıştırılır, ardından çift vidalı ekstrüder ile ekstrüde edilir ve soğutulur.
Ekstrüde edilen malzeme kahve değirmeni ile kırılır ve daha sonra bir elekten geçirilir ve bitmiş toz kaplama, Jinma tabancası ile 40 kV yüksek basınçlı elektrostatik püskürtme ile zımpara kağıdı cilalı çelik plaka üzerine püskürtülür ve numune plakasını elde etmek için pişirme ve kürleme için fırına yerleştirilir.
1.2 Performans test yöntemi
Yapay hızlandırılmış yaşlandırma testi: Yapay hızlandırılmış yaşlandırma testi için QUV kullanılmıştır. QUV, QUB313 ışık kaynağı kullandı ve 200 saat boyunca çalıştı, burada: a değeri test koşulu: UV: 0.72W/m2, 50℃, 4 saat; b değeri test koşulu: yoğuşma: 40℃, 4h.
Pişirme testi: Işık stabilizatörünün ısı direncini belirlemek için fırında pişirme yöntemi kullanıldı ve pişirme koşulları ısı direnci testi için 220 ℃ ve 30 dakika idi.
2、Sonuçlar ve tartışma
2.1 Antioksidanların uygulama çalışması
Polimerlerin termal oksijen bozunması mekanizmasından, polimerlerin termal oksijen bozunmasının esas olarak ısı ile hidroperoksitlerden serbest radikallerin üretilmesiyle tetiklenen zincir bağlantılı radikal reaksiyonlarının meydana gelmesinden kaynaklandığı bilinmektedir.
Bu nedenle, polimerlerin termal oksijen bozunması, Şekil 1'de gösterildiği gibi radikal yakalama ve hidroperoksit ayrışması ile engellenebilir. Bunlar arasında, antioksidanlar yukarıdaki oksidasyon inhibisyonu için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Antioksidanlar (veya ısı stabilizatörleri), polimerlerin atmosferdeki oksijen veya ozonun etkisiyle bozulmasını engellemek veya geciktirmek için kullanılan katkı maddeleridir ve polimer malzemelerde en yaygın kullanılan katkı maddeleridir.
Toz boyalar, yüksek sıcaklıklarda veya güneş ışığında pişirildikten sonra termal oksijen bozulmasına maruz kalır, yaşlanma, sararma ve diğer fenomenler, bu eğilimin ortaya çıkmasını önlemek veya azaltmak için genellikle antioksidanların veya ısı stabilizatörlerinin eklenmesini kullanarak ürünün görünümünü ve performansını ciddi şekilde etkiler.
Antioksidanlar, işlevlerine (yani, otomatik oksidasyon kimyasal sürecine müdahale davranışına) göre üç ana kategoriye ayrılabilir.
İlk kategori zincir sonlandırıcı antioksidanlar olarak adlandırılır ve esas olarak polimerlerin oto-oksidasyonu ile üretilen serbest radikalleri yakalar veya temizler.
İkinci kategori hidroperoksit ayrıştırıcı tip antioksidanlar olarak adlandırılır ve esas olarak polimerlerde hidroperoksitlerin radikal olmayan tipte ayrışmasını indükler.
Üçüncü kategori, zararlı metal iyonları ile kararlı bir şelat oluşturabilen ve böylece metal iyonlarının polimer oto-oksidasyon süreci üzerindeki katalitik etkisini körelten metal iyonu pasifleştirici tip antioksidanlar olarak adlandırılır.
Üç tip antioksidandan ilkine ana antioksidan denir, esas olarak fenol blokerleri, seko-aromatik aminler; ikinci ve üçüncü kategorilere yardımcı antioksidanlar, fosfit, ditiyokarbamat metal tuzları vb. denir. Uygulama gereksinimlerini karşılamak üzere stabil bir kaplama elde etmek için, genellikle çeşitli antioksidan bileşikleri seçilir.
Aşağıdaki testte toz boya formülasyonuna eklenen farklı antioksidan bileşikleri kullanılır, püskürtme ve kürlemeden sonra numune yapılır ve renk farkı ölçer ile aynı film kalınlığında b değeri ölçülür ve kaplama filminin rengi uluslararası ortak toz CIE Lab renk sistemi (DIN 6174, ISO 10526 ve ASTM 2244) kullanılarak değerlendirilir.
Tablo 1'de, kaplanmış filmin rengini alt-artıştan mükemmele doğru sıraladıktan sonra test sonuçları gösterilmektedir.
(1) Temel formülasyon 1, pigmentin daha iyi ısı direncine sahip olmasına rağmen ciddi ışık kaybı gösterir, ancak renk değişimi film oluşumundan sonra meydana gelir ve analiz, pigmentin yüksek sıcaklıkta oksitlendiği ve pigment içindeki bazı grupların oksijen etkisi altında reaksiyona girdiğidir.
(2) Formül 2 ve formül 3'ün renk değişimi formül 1'den daha iyidir, ancak iyileşme belirgin değildir ve formül 3, formül 2'den daha iyi etkiye sahiptir.
Analizden sonra, antioksidan daha fazla oksidasyonu önledi ve renk değişimini daha az yaptı ve antioksidan 3'ün etkisi antioksidan 2'den daha iyiydi. Diğer bir neden, pigmentlerin oksidasyonundan sonra boyama gruplarının üretimini önlemek için her ikisinin de engellenmiş aminler olması olabilir, ancak etki iyi değildir ve sadece kısmi oksidasyondan sonra daha fazla reaksiyonu önleyebilir, bu nedenle etki optimal değildir.
(3) Formülasyon 4, formülasyon 3'ten daha iyidir, ancak optimal değildir. Fosfit antioksidanı iyi renk koruma kabiliyetine sahip olduğundan, yüksek sıcaklıkta oksitlenen pigmenti hızlı bir şekilde eski haline getirebilen indirgeyici özelliğe sahiptir, bu nedenle daha iyi antioksidan etkiye sahiptir.
(4) Formülasyon 5 ile elde edilen etki formülasyon 4'ten daha iyidir. Bu formülde ana antioksidan ve yardımcı antioksidan birlikte kullanılır, böylece pigmentin daha fazla oksidasyonu önlenir ve oksitlenmiş grup hızla azaltılır ve yardımcı antioksidan, ana antioksidan tarafından üretilen boya grubunu daha hafif hale getirebilir, bu da iyi bir sinerjik etkiye sahiptir.
(5) Bileşik bir antioksidan kullanılan Formülasyon 6, Formülasyon 5'e göre önemli ölçüde daha iyi renk tutma özelliğine sahipti. Antioksidan 4, yüksek verimli fosfit ve fenolik antioksidanların bir karışımıydı ve iyi bir antioksidan etkiye sahip olmaları için uygun şekilde oranlanmışlardı.
(6) Formülasyon 7, formülasyon 6'dan daha iyidir ve renk etkisi temel olarak orijinal pigment ile aynıdır. Önerilen antioksidan dozu 0.5% ila 1.0%'dir, bu nedenle formülasyon 6'nın dozu önemli ölçüde daha azdır. Bileşik antioksidan dozajı arttırıldıktan sonra renk etkisinin daha iyi korunduğunu göstermektedir.
(7) Formülasyon 8 testi, antioksidan kullanımının işlem sırasında reçinenin oksidatif bozulmasını etkili bir şekilde engelleyebileceğini ve toz boya yapımında ekstrüzyon ve film kürleme sırasında darbe direncini artırabileceğini göstermektedir.
Antioksidanlar eklenirken formülasyon, daha küçük renk-baz oranı olduğunda antioksidanlar eklenmeden aynı performansı elde etmek için renk-baz oranını artırabilir. Bunun nedeni, antioksidanların eklenmesinin reçinenin düşük molekül ağırlıklı ürünlere ayrışma eğilimini azaltması, böylece büyük moleküllü reçinelerin daha fazla dolgu maddesini daha iyi kapsüllemesi ve performansın değişmemesidir.
(8) Formülasyon 10 ve Formülasyon 9 beyaz kaplama filmi numuneleri, antioksidanların eklenmesinin toz boyaların işlenmesini ve kürleme sonrası sararmayı etkili bir şekilde önleyebildiği, beyaz toz boyaların renk performansını artırabildiği görülebilir.
Yukarıdaki test sonuçları, kaplama filminde oksidasyon görünümünü etkileyen reçine, pigment, katkı maddeleri, kaplamanın formülasyon tasarımı, üretim süreci, sıcaklık, atmosfer, nem ve diğer doğal faktörlerin kalitesi ve türü gibi birçok faktör olmasına rağmen, uygun antioksidanların uygulanmasının bu eğilimin oluşumunu azalttığını göstermektedir.
2.2 Işık stabilizatörlerinin uygulama çalışması
Polimerlerin ışık ve oksijen etkisi altında bozunmasına "foto-oksidatif bozunma" denir. UV stabilizatörleri olarak da bilinen ışık stabilizatörleri, polimer reçinelerin foto-oksidatif bozunmasını engellemek ve toz boya filmlerinin hava koşullarına dayanıklılığını artırmak için kullanılan bir stabilizasyon katkı maddesi sınıfıdır.
Farklı stabilizasyon mekanizmalarına göre, ışık stabilizatörleri ışık koruyucu maddeler, UV emiciler, uyarılmış durum patlama maddeleri ve serbest radikal yakalama maddeleri olarak ayrılabilir.
Toz boya formülasyonu, kürleme süreci ve kürleme formunun çeşitliliği ve karmaşıklığı nedeniyle, toz boyanın ışık muhafazasını ve ışık korumasını çok önemli hale getirir.
İkinci olarak, ışık stabilizatörü kaplamanın hafif yaşlanması ve kaplama filminin hizmet ömrünün uzaması için çok etkilidir ve miktarı çok azdır, genellikle toplam formülasyonun sadece 0.5% ~ 1.0%'si kadardır.
Bu nedenle, yaşlandırma özelliklerini iyileştirmek için toz boyalara ışık stabilizatörlerinin uygulanması çok basit, düşük maliyetli ve çok etkili bir yöntemdir. Tablo 2 ve Tablo 3, ışık stabilizatörlerinin kaplama filminin performansı üzerindeki etkisini göstermeye yardımcı olacaktır.
Tablo 2'deki formülasyona dayanarak, kaplamaya ışık stabilizatörü eklenmiş ve kaplama filmi numuneleri püskürtülerek kürlenmiştir ve uluslararası popüler hızlı yaşlandırma testi değerlendirme yöntemi - yapay hızlandırılmış yaşlandırma (QUV) testi ve fırınlama testi kullanılmıştır.
Tablo 3'teki test sonuçları aracılığıyla, ışık dengeleyicinin uygulama performansı aşağıdaki gibi değerlendirilmiştir.
(1) iç mekan tozunun hava koşullarına dayanıklılığı çok zayıftır, ancak ışık stabilizatörlerinin eklenmesi önemli bir rol oynayacaktır.
(2) A ve D formülasyonları ışık stabilizatörüne eklenmez, test her ikisinin de ışık stabilizatörüne eklenen numuneden önemli ölçüde daha kötü olduğunu gösterir.
(3) C ve F formülasyonları, artan ışık dengeleyici miktarının kaplama filminin ışık ve renk tutma özelliğinde önemli bir iyileşme sağladığını göstermiştir.
(4) Pişirme testi sonuçları, ışık dengeleyicinin sıcaklık direncine sahip olmadığını ve kaplama filminin sıcaklık direncinin sararma önleyici katkı maddeleri eklenerek çözülmesi gerektiğini göstermektedir.
2.3 Antioksidanların ve ışık stabilizatörlerinin sinerjik uygulaması üzerine araştırma
Yukarıdaki test sayesinde, kaplama filminin yaşlanmasının aslında UV ışığı ve oksijenin ortak etkisinin bir sonucu olduğunu ve bu sürecin iki farklı fotodegradasyon ve foto-oksidasyon sürecini içerdiğini anlayabiliriz.
Bununla birlikte, ışık stabilizatörleri ve antioksidanlar kaplama filmi üzerinde farklı stabilizasyon mekanizmalarına sahiptir ve farklı etki mekanizmalarına sahip iki stabilizatörün kombinasyonunun, tek bir stabilizatörden daha iyi stabilizasyon etkisi, yani sinerjik etki elde etmesi beklenmektedir.
Şu anda piyasada bu tür stabilizatörler bulunmaktadır ve bu da stabilizatörlerin bir gelişme eğilimidir. Ancak aynı zamanda sinerjik etki, katkı maddesi ve antagonistik etki arasında iki farklı stabilizatör de ortaya çıkacaktır.
Bu nedenle, antioksidan ve ışık stabilizatöründe, ikisi arasındaki farklı reaksiyonların iyi anlaşılması, sistemle etkili bir antioksidan ve ışık stabilizatörü tasarlamak için sadece potansiyel kimyasal reaksiyonlarla ikisinin etkisine hakim olmak kritik öneme sahiptir.
En tipik olanları HALS ve antioksidanlar, UV emiciler ve antioksidanlar ve UV koruyucu ajanlar ve antioksidanlar vb.
Kaplama filmi üzerinde hızlandırılmış yaşlandırma ve fırınlama testleri yapılarak toz boya formülasyonuna antioksidan ve ışık stabilizatörleri eklenmesinin etkisi değerlendirilmiştir. Test formülasyonları ve sonuçları Tablo 4 ve Tablo 5'te gösterilmektedir.
Test sonuçları aracılığıyla ışık dengeleyici değerlendirilir.
(1) Işık dengeleyici ilavesi tozun hava koşullarına karşı direncinde önemli bir rol oynar, ancak kaplama filminin sararma direncinde bir değişiklik olmaz.
(2) Işık stabilizatörü ve antioksidan ile kaplama filminin hava koşullarına dayanıklılığı ve renk değişikliği önemli bir etkiye sahiptir ve her ikisinin de miktarı 1: 1 olduğunda en iyisidir.
(3) Işık dengeleyici ve antioksidan HAA sisteminde daha iyi etkiye sahiptir.
Işık stabilizatörleri ve antioksidanların kullanımı makalede tanıtıldığı kadar basit değildir. Farklı ışık stabilizatörlerinin antioksidanlarla birlikte kullanımının etkisinin teoriye dayalı daha ileri deneylerle doğrulanması gerekmektedir.
Örneğin, HALS tipi ışık stabilizatörleri ve sülfür içeren antioksidanların kullanımı antagonistik etkiler üretecek ve polimerin performansını düşürecektir; HALS ve fosfor içeren polimerlerin kullanımı 1:1 konsantrasyonda en iyi sinerjiyi sağlamalıdır; düşük moleküler ağırlıklı HALS kullanımı ve sadece katkı etkileri, yüksek moleküler ağırlıklı HALS ve düşük moleküler ağırlıklı HALS kullanımı ise sinerjik bir etkiye sahiptir, vb.
3、Sonuç
Toz boyalara antioksidan ve ışık dengeleyici eklenmesi, toz boyaların üretiminde ve uygulanmasında polimer makromoleküllerin termal oksidasyonunu ve foto-oksidasyon hızını etkili bir şekilde engelleyebilir ve azaltabilir, kaplama filminin ısı ve ışık direncini önemli ölçüde artırabilir, kaplama filminin bozulma ve yaşlanma sürecini geciktirebilir ve kaplama filminin hizmet ömrünü uzatabilir.
Yüksek performanslı toz boyalarda kullanılan ışık stabilizatörleri ve antioksidanlar, doğru kullanıldığında sinerjik bir etki yaratacak, toz boya filminin, özellikle de Süper-Duable toz boya filminin hava koşullarına dayanıklılık özelliklerini önemli ölçüde artıracaktır.
Yanlış kullanıldığında, kaplama filminin stabilitesini azaltan bir katkı etkisi veya hatta antagonistik bir etki olacaktır.
Stabilizatörlerin trendi ve çok işlevlilik yönünde geliştirilecektir.