UV kaplamalar, mükemmel yüzey özellikleri nedeniyle birçok yüzey kaplama alanında kullanılmaktadır: yüksek mukavemet, yüksek sertlik, yüksek aşınma direnci, yüksek parlaklık, yüksek solvent direnci; UV kürleme teknolojisi, hızlı kürleme hızı, düşük kirlilik ve enerji tasarrufu ile çevre dostu yeşil bir teknoloji haline gelmiştir. UV kaplamalar, radyasyonla kürlenen kaplamaların yaklaşık 98%'sini oluşturmaktadır. Zemin kaplamaları ve ahşap mobilya kaplamaları gibi iç mekan kaplamalarından plastik kaplamalar, korozyon önleyici kaplamalar, motosiklet kaplamaları ve otomotiv kaplamaları gibi endüstriyel kaplamalara kadar her geçen gün daha fazla uygulama Harbourne'un "her yerde bulunan radyasyonla kürleme teknolojisi" fikrini doğrulamaktadır. UV kaplamalar dış mekanlarda kullanıldıkça, hava koşullarına dayanıklılık endişe verici bir konu haline gelmiştir. Bu makale UV sonkatların hava koşullarına dayanıklılığı üzerine bir ön tartışma niteliğindedir.
1. Hava koşullarına dayanıklılığın temel kavramı
Boyanın hava koşullarına dayanıklılığı temel olarak modül, mukavemet, yapışma ve optik özellikler (renk ve ışık tutma gibi) gibi mekanik özelliklerin yanı sıra boya dış ortam koşullarına maruz kaldığında kimyasal özelliklerdeki (gevrekleşme, tebeşirlenme ve korozyon gibi) değişiklikleri ifade eder.
Işık, hava ve su (asit yağmuru) etkisi altında, kaplamaların dış mekan bozunma süreci temel olarak foto-indüklenmiş oksidatif bozunma, su bozunması, termal bozunma ve yüksek enerjili radyasyon bozunmasını içerir. 2.
2. UV ile kürlenen kaplamaların özel karakteristikleri
Teoriye göre fotoğraf kaynaklı oksidatif bozulma, hidroliz, termal bozulma ve yüksek enerjili radyasyon bozulmasının kaplama yüzeyinin yaşlandırma direncinin bozulmasına neden olan faktörler olduğunu biliyoruz. Ayrışma direncini artırmak için, aşağıdaki üç faktör kaplamanın bileşiminden mümkün olduğunca çıkarılmalıdır: (1) 290 nm'nin üzerindeki dalga boylarının emilimi, (2) hidrojen atomu yakalamaya duyarlı reçineler ve (3) hidrolize duyarlı fonksiyonel gruplar.
Bununla birlikte, UV kaplamaların bileşimi yukarıdaki noktalardan en az ikisine sahiptir: fotobaşlatıcı 200~400nm aralığındaki dalga boylarını emer; fotobaşlatıcı aktif hidrojen atomları (reçine veya katkı maddelerinden) ile serbest radikaller üretir. Bu nedenle, UV ile kürlenen kaplamalar en başından itibaren hava koşullarına dayanıklılık sorununa sahiptir.
UV kaplamaların yaşlanma sorunu esas olarak foto-yaşlanmadır. Özel özellikleri şunlardır: kürleşmek için UV ışığına ihtiyaç duyar ve UV ışığına uzun süre maruz kalmak film kalitesinin bozulmasına neden olur. Güneş ışığı, UVA ve UVB uzun süreli ışınlama kürleme kaplamasını içerir, karbonil, aril ve diğer ışık emici grupların çapraz bağlı ağının yanı sıra artık fotobaşlatıcı, fotobaşlatıcı promotörü (ışığa duyarlılaştırıcı) ve UVB'ye ve hatta UVA emilimine ve kimyasal bağ yeniden düzenlemesine ve yaşlanma bozulmasına diğer ışık emici safsızlıkları yapmak kolaydır. Açık hava oksijen koşulları altında, moleküler oksijen, oksidasyon ürünleri ve makromoleküler polimerlerin fotodegradasyonunu oluşturmak için yüksek reaktif tek doğrusal oksijen üretmek üzere ışığa duyarlı hale getirilebilir ve ayrıca peroksil radikalleri ve hidrojen yakalama, yarılma, çapraz bağlama, yeniden düzenleme ve diğer reaksiyonları oluşturabilir. Sonuç olarak, modül küçülür, sararma artar ve kaplama filmi kırılgan hale gelir ve hava koşullarına dayanıklılık bozulur. Bu nedenle, UV ile kürlenen kaplamaların bileşimlerinden hava koşullarına dayanıklılık özelliklerini anlamak son derece önemlidir.
3 W son katın hava koşullarına dayanıklılığını etkileyen faktörler
3.1 Reçinenin bileşimi
UV ile kürlenen kaplamalar, reçine sisteminin doymamış polyester sisteminden akrilat sistemine geçişinden, akrilik yapıdan analiz edilebilir, eğer saf bir akrilat kaplama ise, hava koşullarına dayanıklılığı mükemmel olmalıdır, ancak maliyet ve modifikasyon ihtiyacı ve yapısal özellikleri değiştiren diğer fonksiyonel grupların eklenmesi nedeniyle. Şu anda dünyada en çok kullanılanlar hala epoksi akrilat ve üretan akrilat reçineleridir. Aşağıdaki deneyler, bazı reçine kategorilerinin ayrışma özelliklerini anlamamızı sağlamaktadır.
3.1.1 Hammaddeler ve formülasyonlar
Lcnamer® EATM (standart bisfenol A epoksi akrilat reçinesi), UVU6609 (alifatik üretan akrilat reçinesi), UVP9200 (polyester akrilat reçinesi), UVA1000 (saf akrilat reçinesi), bunların hepsi Longchang kimya şirketinin ürünleridir; UVU6200 (aromatik polieter üretan UVU6200 (aromatik polieter poliüretan akrilat reçine), Longchang chemical; 1173 (2-hidroksi-2-metil-1-fenilaseton), Longchang chemical TPGDA (tripropilenglikol diakrilat), Longchang chemical company.
3.1.3 Sonuçların tartışılması
(1) Bisfenol A epoksi akrilik reçine, UV uygulamalarında en bol bulunanıdır ve avantajları hızlı kürlenme hızı, yüksek parlaklık ve iyi sertlik olarak yansıtılır. Reçinedeki Ar-O-R 290 nm'nin üzerindeki UV ışığını absorbe edebildiğinden ve serbest radikaller üretmek ve oksidatif bozunmaya katılmak için fotokırılmaya uğradığından, sararma başlangıçta güçlü UV ışığında daha ciddidir, ancak doğal koşullar altında önemli değildir.
(2) Poliüretan akrilik reçineler, reaksiyonda yer alan - NCO grubunun yapısına göre aromatik ve alifatik olarak sınıflandırılabilir. Aromatik karbamatlar (Ar-NH-COOR) ayrıca 290 nm'de UV ışığını absorbe edebilir ve doğrudan kinon yapılarına ayrılabilir.
Buna ek olarak, polieter poliüretanların eter bağları da fotodegradasyona karşı oldukça hassastır.
Alifatik poliüretanlar ilk kürlendiklerinde hafif bir renk değişikliğine sahiptir, ancak doğal koşullar altında mükemmel hava koşullarına dayanıklılık gösterirler ve düz zincir yapısı nedeniyle çapraz bağlı filmler alkaliye biraz daha az dayanıklıdır.
(3) Saf akrilat reçineleri üstün yapısal yaşlanma direncine sahiptir. Akrilat polimerleri mükemmel yaşlanma direncine sahip olsa da, kaplamaların ana reçinesi olarak kullanılırsa birçok dezavantajı vardır: esas olarak, kürlenmiş film zayıf asit ve alkali direncine, çözücü direncine sahiptir ve film oluşumundan sonra 15 dakika boyunca 10% KOH çözeltisinde kaynatılır, film kabarır ve polimerin hidrolizi nedeniyle soyulur.
(4) Polyester akrilat reçinesi, çapraz bağı güçlendirmek için dallanmış zincir yapısı nedeniyle, sıkı yapı, daha iyi mukavemet, solvent direnci de güçlüdür. Ancak polyester sentez kısmı, benzen halkası ve heteroatomların sayısı ve konumu nedeniyle sararmasını etkileyecektir.
3.2 Fotobaşlatıcı
UV ile kürlenen kaplamalarda, fotobaşlatıcılar serbest radikal başlatıcılardır. Yapısal özelliklerine göre, karbonil bileşikleri, boyalar, metal organik, halojen içeren bileşikler, azo bileşikleri ve peroksi bileşikleri olarak ayrılabilirler. Serbest radikal oluşum mekanizmasına göre bölünme tipi ve hidrojen ekstraksiyon tipi olarak ikiye ayrılabilir.
Şu anda, küresel endüstriyel uygulama hala esas olarak serbest radikal tipi başlatıcıdır, diğer sınıflar sadece çok az miktarda kullanılmaktadır ve hatta bireysel sınıflar hala sadece laboratuvarda kullanılmaktadır. Çin'de, esas olarak 1173, 184 (1-Hidroksisikloheksil fenil keton, Longchang kimyasal), TPO (2,4,6-trimetilbenzoil-difenil fosfin oksit, Longchang kimyasal) ve diğer bölünme tipi ve BP (benzofenon, Longchang kimyasal), ITX (izopropiltiyoantron, Longchang kimyasal), CTX (2,4-diklorotiyoksantron, Longchang kimyasal) ve diğer hidrojen ekstraksiyon tipleri vardır.
3.2.1 Yarılma tipi
Yarılma tipi fotobaşlatıcı, sararma üretmesi kolay olmayan veya küçük bir sararma katsayısına sahip olan akrilat sisteminde uygulanır. Bunun ana nedeni, ikame edilmiş benzilin kırmızıya kayma dalga boyunun küçük olması ve rezonans renk değişikliği üretmesinin kolay olmamasıdır. Bununla birlikte, hoş olmayan kokusu bir uygulama engeli haline gelir.
3.2.2 Hidrojen ekstraksiyon tipi
Bu tür fotobaşlatıcıların, bimoleküler reaksiyonlar üretmek ve reaksiyonu teşvik etmek üzere serbest radikaller oluşturmak için aktif hidrojen içeren bileşiklerle birlikte olması gerekir. Aktif hidrojen sağlayan bileşikler (fotosensitizerler olarak da adlandırılır) esas olarak tersiyer aminler, trietanolamin, aktif aminlerdir ve farklı fotosensitizerler kullanılarak yapılan deneyler bunların kaplama filmi sararması ile ilişkisini gösterebilir.
Fotosensitizerlerin varlığı da muhtemelen renk yayan grupların varlığından kaynaklanmaktadır: sararma ve bozunma reaksiyonunu yoğunlaştıran amino veya aromatik halkalara konjuge karbonil grupları. Diğer bir neden ise UV kaplamalardaki fotobaşlatıcının reaksiyona girmesi için sistemde 1~2% kalmasıdır, fotobaşlatıcının bu kısmı ultraviyole ışığın doğal ışık emiliminde, kalan çift bağın derin çapraz bağlanmasına neden olarak kaplama filminin renginin solmasına, çatlamasına veya kırışmasına neden olur.
3.3 Monomer
Farklı monomerler kürleme sürecinde farklı reaksiyon hızlarına sahiptir, reaksiyon ne kadar hızlı olursa monomerde o kadar fazla kalıntı çift bağ olur. Eter bağlarına sahip fonksiyonel grupların varlığı fotodegradasyona yatkındır, bu nedenle TPGDA, DPGDA (dipropilen glikol diakrilat), (EO)TMPTA (etoksitrimetilolpropan triakrilat), (PO)TMPTA (propoksitrimetilolpropan triakrilat) ve alkolle yoğunlaştırılmış eter yapısı içeren diğer monomerler fotodegradasyon reaksiyonuna daha yatkındır, propilen oksit yapısına göre etoksinin ışıktan daha az kararlı olduğu bildirilmektedir. Etoksi yapının ışık stabilitesi propoksi yapınınkinden daha zayıftır ve birkaç geleneksel monomer arasındaki ışık stabilitesi sırası şöyledir.
TMPTA > NPGDA (neopentil glikol diakrilat) > HDDA > TPGDA > (EO)TMPTA ≈ (P0)TMPTA
4 UV son katın hava koşullarına dayanıklılığını artırmaya yönelik önlemler
4.1 Reçine seçimi
Dış mekan UV kaplamalarının hava koşullarına dayanıklılığını artırmak için sararmaya, çevresel değişikliklere uyum sağlamak için kaplama filmi modülünde değişime, yüksek sertliğe, iyi esnekliğe ve çizilme direncine dayanıklı reçinelerin seçilmesi gerekir. Bu gereksinimler için en uygun reçine, çoklu fonksiyonel gruplara sahip bir alifatik akrilat poliüretan reçinedir. Maliyeti düşürmek için, modifiye epoksi akrilat reçinesi ve alifatik üretan akrilat veya saf akrilik reçine kombinasyonunun bir kısmını da seçebiliriz.
4.2 Monomer seçimi
Monomerlerin kullanımında bir çelişki vardır: cilt tahrişi açısından alkoksillenmiş akrilat monomerleri seçilmeli, hava koşullarına dayanıklılık açısından alkoksillenmiş akrilat monomerleri seçilmemelidir. Yazar, yaşlandırma son katları için en iyi monomer seçiminin aşağıdaki gibi olduğunu önermektedir: Fotodegradasyonu azaltabilen TMPTA, HDDA, TPGDA.
4.3 Fotobaşlatıcıların seçimi
Hidrojen yükseltici fotobaşlatıcı sararma katsayısı daha büyüktür, genellikle sararmayı azaltmaya yardımcı olmak için çatlama tipini seçmelidir, genellikle şeffaf kaplama veya renkli sistem uygulamalarında 1173, 184, TPO ve diğer tipleri seçmelidir.
Fotobaşlatıcılar Aynı seri ürünler
| Ürün adı | CAS NO. | Kimyasal adı |
| lcnacure® TPO | 75980-60-8 | Difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfin oksit |
| lcnacure® TPO-L | 84434-11-7 | Etil (2,4,6-trimetilbenzoil) fenilfosfinat |
| lcnacure® 819/920 | 162881-26-7 | Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide |
| lcnacure® ITX | 5495-84-1 | 2-Isopropylthioxanthone |
| lcnacure® DETX | 82799-44-8 | 2,4-Dietil-9H-tiyoksanten-9-on |
| lcnacure® BDK/651 | 24650-42-8 | 2,2-Dimetoksi-2-fenilasetofenon |
| lcnacure® 907 | 71868-10-5 | 2-Metil-4′-(metiltiyo)-2-morfolinopropiyofenon |
| lcnacure® 184 | 947-19-3 | 1-Hidroksisikloheksil fenil keton |
| lcnacure®MBF | 15206-55-0 | Metil benzoilformat |
| lcnacure®150 | 163702-01-0 | Benzen, (1-metiletenil)-, homopolimer, ar-(2-hidroksi-2-metil-1-oksopropil) türevleri |
| lcnacure®160 | 71868-15-0 | Difonksiyonel alfa hidroksi keton |
| lcnacure® 1173 | 7473-98-5 | 2-Hidroksi-2-metilpropiofenon |
| lcnacure®EMK | 90-93-7 | 4,4′-Bis(dietilamino) benzofenon |
| lcnacure® PBZ | 2128-93-0 | 4-Benzoilbifenil |
| lcnacure®OMBB/MBB | 606-28-0 | Metil 2-benzoilbenzoat |
| lcnacure® 784/FMT | 125051-32-3 | BIS(2,6-DIFLUORO-3-(1-HYDROPYRROL-1-YL)PHENYL)TITANOCENE |
| lcnacure® BP | 119-61-9 | Benzofenon |
| lcnacure®754 | 211510-16-6 | Benzenasetik asit, alfa-okso-, Oksidi-2,1-etandil ester |
| lcnacure®CBP | 134-85-0 | 4-Klorobenzofenon |
| lcnacure® MBP | 134-84-9 | 4-Metilbenzofenon |
| lcnacure®EHA | 21245-02-3 | 2-Etilheksil 4-dimetilaminobenzoat |
| lcnacure®DMB | 2208-05-1 | 2-(Dimetilamino)etil benzoat |
| lcnacure®EDB | 10287-53-3 | Etil 4-dimetilaminobenzoat |
| lcnacure®250 | 344562-80-7 | (4-Metilfenil) [4-(2-metilpropil)fenil] iyodonyum heksaflorofosfat |
| lcnacure® 369 | 119313-12-1 | 2-Benzil-2-(dimetilamino)-4′-morfolinobütirofenon |
| lcnacure® 379 | 119344-86-4 | 1-Butanon, 2-(dimetilamino)-2-(4-metilfenil)metil-1-4-(4-morfolinil)fenil- |
4.4 Diğer katkı maddelerinin seçimi
(1) UV emici
Diğer kaplama türlerinde, UV emiciler genellikle polimerlerin UV emilimini azaltmak veya hava koşullarına dayanıklılığı artırmak amacıyla serbest radikalleri ortadan kaldırmak için basit uyarılmış durum tutucu maddeler eklemek için kullanılır. UV ile kürlenen kaplamalar, kürlenme sırasında daha fazla radikal üretmek için UV ışığının maksimum emilimini gerektirir, bu nedenle UV emicilerin eklenmesi, sistemdeki fotobaşlatıcıyı az ya da çok koruyacak ve daha düşük kürlenme hızı ve daha düşük polimer dönüşümü ile sonuçlanacaktır. En iyi ilave miktarı <0,1 % test edilmiştir ve formamidin ilavesi benzotriazol ve aromatik ester bileşiklerinden daha iyidir.
(2) Hindered Amine Light Stabilizers (HALS) ve Antioksidanlar
HALS'in ana özelliği, nitron radikallerine (R2NO - ) foto-oksidasyon, polimer radikallerinde R: NO - ve hidroksil aminler ve eterler hidroksil aminler ve eterler üretmek için sırasıyla uyumsuzluk reaksiyonu veya birleştirme reaksiyonu ile reaksiyonun sonlandırılması ve daha sonra hidroperoksitlere ayrıştırılması ve daha sonra üretilen R: NO - ve benzeri, reçine bozunma olasılığını büyük ölçüde azaltır. Bazı uzmanlar, HALS ilavesinin UV kaplamaların hava koşullarına dayanıklılığı açısından faydalı olacağına inanmaktadır.
UV emici ile aynı prensipte, HALS eklemek de ışıkla kürleme işleminde serbest radikallerin reaksiyonuna müdahale edecektir. Mat kaplama sisteminde (60°'de parlaklık <50) 0.1% ila 0.05% eklendiğinde, yüzeyin hiç kurumaması gibi bir durum ortaya çıkar. Bu nedenle HALS eklenmemesi tavsiye edilir.
Antioksidanlar ön oksidanlar ve zincir kırıcı antioksidanlar olarak ikiye ayrılır. Esas olarak redoks reaksiyonu ile peroksit reaksiyonunu bloke ettiğinden, UV kürleme üzerinde daha az etkisi vardır, bu nedenle isteğe bağlıdır ve genellikle trifenil fosfit seçmek daha iyidir.
(3) Kısmen şeffaf boyaların seçimi
Koyu veya düz renkli kaplamalar UV kaplamalar için hala bir sorundur, ancak ince kaplamalarda UVA'da doğal ışığın korunmasını, özellikle 330 ~ 400nm ultraviyole ışıkta güneş ışığının emilimini veya yansımasını güçlendirmek için <3% şeffaf boyalar eklenebilir, böylece kaplamanın ışık yaşlanması azaltılabilir.
Hafif Stabilizatörler Aynı seri ürünler
(4) Floresan beyazlatma maddesinin seçimi
Floresan beyazlatıcılar UV ışığını absorbe etmek için kullanılır ve kaplama mavi veya mor olacaktır, bu da kaplamanın sarı rengi ortadan kaldırmak için "mavi ışık" olacağı anlamına gelir. Floresan beyazlatıcı madde kullanıldıktan sonra, beyazlatıcı maddenin ışığı absorbe etmek için fotobaşlatıcı ile rekabet etmesi gibi bir sorun vardır, bu nedenle yüksek başlatma verimliliğine sahip fotobaşlatıcının seçilmesi gerekir.
5 Sonuç
(1) Reçine, fotobaşlatıcı ve monomerin yapısı, hava koşullarına dayanıklılığı etkilemek için UV son katın bileşiminden analiz edilmiştir.
(2) Alifatik poliüretan akrilat reçinesi ve çatlatma fotobaşlatıcısı ve alkoksilasyon içermeyen birkaç monomer seçimi, kaplama filminin hava koşullarına karşı direncini artırabilir.
(3) Katkı maddelerinin seçiminde, az miktarda UV emiciler, antioksidanlar ve boyaların eklenmesinin, fotoyaşlanmayı azaltmak için UV ışığını doğal ışıktan koruyabileceği; sararmayı ortadan kaldırmak için maviyi tamamlamak üzere floresan beyazlatma ajanlarının kullanılması önerilmektedir.