Antioksidanlar ve ışık stabilizatörleri ile toz boyaların hava koşullarına dayanıklılığı nasıl artırılır?
Ulusal ekonominin hızla gelişmesiyle birlikte, dış mekanlarda toz boya uygulaması 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.
Toz boyaların hava koşullarına dayanıklılığını etkileyen, reçinelerin yapısı ve performansı, kürleme maddeleri, renk dolgu maddeleri ve diğer katkı maddeleri gibi iç faktörler ve güneş ışığının etkisi (özellikle UV), atmosferin bileşimi (oksijen, ozon, endüstriyel duman vb.), nem (asit yağmuru, tuz spreyi vb. dahil), sıcaklık değişiklikleri vb. gibi doğal faktörler (dış faktörler) dahil olmak üzere birçok faktör vardır.
Ultraviyole radyasyon toz boyaların doğal yaşlanmasının ana nedenidir ve atmosferdeki oksijen doğal yaşlanmayı teşvik eden önemli bir faktördür. UV 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.
Toz boya filmi, oluşum sürecinde zayıf zincir bağlarına ve dien yapısının makromoleküler zincirlerine sahip olacak ve UV radyasyonundan sonra foto-indüklenmiş oksidatif bozunma reaksiyonuna (yaşlanma) eğilimli olacak ve kaplama filminin solmasına ve tebeşirlenmesine yol açacaktır.
Kaplama filminin foto-oksidasyonunu engellemek veya yavaşlatmak için, insanlar genellikle antioksidanlar, UV emiciler veya ışık stabilizatörleri veya üçünün bir karışımını ekleyerek kullanırlar.
Antioksidanların uygulanması üzerine araştırma
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 b-değeri bir kolorimetre ile aynı film kalınlığında ölçülür ve kaplama filminin rengi uluslararası ortak toz CIE Lab renk sistemi (DIN 6174, ISO 10526 ve ASTM 2244) kullanılarak değerlendirilir.
Test sonuçları, kaplama filminin rengini alt artıştan mükemmele doğru sıraladıktan sonra görülebilir.
1, temel formülasyon 1, pigment ısı direnci iyi olmasına rağmen ciddi ışık kaybı gösterir, ancak film oluşturulduktan sonra analiz, pigmentin yüksek sıcaklık altında 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, her ikisinin de engellenmiş amin olması, pigmentin oksidasyonundan sonra boyama grubunun üretimini önlemesi, ancak etkisinin iyi olmaması, sadece kısmi oksidasyondan sonra daha fazla reaksiyonu önlemesi, bu nedenle etkinin en iyiye ulaşamaması olabilir.
3, formülasyon 4, formülasyon 3'ten daha iyidir, ancak en iyisi değildir. Fosfit antioksidan iyi renk koruma kabiliyetine sahip olduğundan, indirgeyici özelliğe sahiptir ve yüksek sıcaklıkta oksitlenen pigmenti hızlı bir şekilde eski haline getirebilir, bu nedenle daha iyi antioksidan etkiye sahiptir.
4, formül 5 ile elde edilen etki formül 4'ten daha iyidir. Bu formül ana antioksidan ve yardımcı antioksidanı birlikte kullanır, bu nedenle sadece pigmentin daha fazla oksidasyonunu durdurmakla kalmaz, aynı zamanda oksitlenmiş grubu hızlı bir şekilde geri yükler ve yardımcı antioksidan, ana antioksidan tarafından üretilen boya grubunun daha hafif hale gelmesini sağlayabilir, bu nedenle iyi bir sinerjik etkiye sahiptir.
5, kompozit antioksidan formülasyon 6 renk koruma etkisinin kullanımı formülasyon 5'ten önemli ölçüde daha iyidir. antioksidan 4, yüksek verimli fosfit ve fenolik antioksidanın bir karışımıdır ve ikisinin uygun oranı, iyi bir antioksidan etkiye sahiptir.
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, toz kaplama tozunun ekstrüzyon ve film kürleme işleminde, antioksidanların kullanımının oksidatif bozulma sürecinde reçineyi etkili bir şekilde inhibe edebileceğini, darbe direncini artırabileceğini göstermektedir.
Antioksidanlar eklenirken formülasyon, daha küçük yüz / taban oranı olduğunda antioksidan eklenmeden aynı performansı elde etmek için yüz / taban oranını artırabilir. Bunun nedeni, antioksidanların eklenmesinin reçinenin düşük moleküler ağırlıklı ürünlere ayrışma eğilimini azaltması, böylece büyük reçine moleküllerinin daha fazla dolgu maddesini daha iyi örtmesi ve performansın değişmemesidir.
8, Formülasyon 10 ve Formülasyon 9 beyaz kaplama filmi örnekleri görülebilir, ayrıca antioksidanlar toz boyaların işlenmesini ve kürleme sonrası işlem sararmasını etkili bir şekilde engelleyebilir, beyaz toz boyaların renk performansını artırabilir.
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.
Işık stabilizatörlerinin uygulanması üzerine araştırma
Polimerlerin ışık ve oksijen varlığında 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, toz boyaların hava koşullarına dayanıklılığını artırmak için ışık stabilizatörlerinin uygulanması çok basit, düşük maliyetli ve çok etkili bir yöntemdir.
Tablo 2'deki formüle göre, kaplamaya ışık dengeleyici eklenir ve kaplama filmi örneği püskürtülerek kürlenir.
Işık dengeleyicinin uygulama performansı aşağıdaki gibi değerlendirilir.
1, iç mekan tozunun hava koşullarına dayanıklılığı çok zayıftır, ancak ışık stabilizatörlerinin eklenmesi önemli bir rol oynayacaktır.
2, A ve D formülasyonları ışık stabilizatörüne eklenmediğinde, test, ışık stabilizatörüne eklenen numuneden önemli ölçüde daha kötü olduğunu göstermektedir.
3, C ve F formülasyonları, ışık stabilizatörü miktarı arttıkça, kaplama filminin ışık ve renk tutma özelliğinde önemli bir iyileşme olduğunu göstermektedir.
4, pişirme testi sonuçları, ışık dengeleyicinin sıcaklığa direnme kabiliyetine sahip olmadığını, kaplama filminin sıcaklık direncini çözmek için sararma önleyici katkı maddeleri eklemesi gerektiğini göstermektedir.
Antioksidan ve ışık stabilizatörünün sinerjik uygulaması üzerine araştırma
Yukarıdaki test sayesinde, kaplama filminin yaşlanmasının aslında ultraviyole ışık ve oksijenin ortak hareketinin bir sonucu olduğunu ve bu sürecin iki farklı foto-bozunma 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 reaksiyonla ikisinin etkisine hakim olmak kritik öneme sahiptir.
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, ışık dengeleyici ilavesi tozun hava koşullarına dayanıklılığında önemli bir rol oynayacaktır, ancak kaplama filminin sararma direnci değişmemiştir.
2, ışık stabilizatörü ve antioksidan ile kaplama filminin hava koşullarına dayanıklılığı ve renk değişikliği önemli bir etkiye sahiptir ve her ikisinin miktarı 1: 1 en iyi olduğunda.
3、Işık dengeleyici ve antioksidan HAA sisteminde daha iyi etkiye sahiptir.
Işık stabilizatörleri ve antioksidanların kullanımı makalede tanıtıldığı kadar basit değildir. Farklı ışık stabilizatörleri ve antioksidanların etkisinin teoriye göre daha ileri deneylerle doğrulanması gerekmektedir.
Sonuç
Toz boyalara antioksidanların ve ışık stabilizatörlerinin eklenmesi, toz boyaların üretiminde ve uygulanmasında polimerik makromoleküllerin termal ve foto-oksidasyon oranını 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.
Eğer yanlış kullanılırsa, kaplama filminin stabilitesinin azalmasına neden olan bir katkı etkisi veya hatta antagonistik bir etki olacaktır. Stabilizatörlerin trendi ve çok işlevlilik yönünde gelişecektir