Каково применение антиоксидантов, светостабилизаторов и их комбинации в покрытиях?
В этой статье систематически представлены типы светостабилизаторов и антиоксидантов, изучены антиоксиданты, светостабилизаторы и их применение в порошковых покрытиях соответственно, а также описан механизм их роли в ингибировании или замедлении скорости светового/термического окисления пленки покрытия.
В условиях быстрого развития национальной экономики применение порошковых покрытий на открытом воздухе становится все более распространенным. Таким образом, устойчивость к атмосферным воздействиям и долговечность порошкового покрытия в качестве защиты и украшения также привлекают все больше и больше внимания, особенно пленка покрытия внутренних и наружных предметов, таких как потолки, панели навесных стен, питьевые фонтанчики, кондиционеры, стиральные машины, алюминиевые профили. и т. д. покрытие на сайте Coatingol.com.
Существует множество факторов, влияющих на стойкость порошковых покрытий к атмосферным воздействиям, в том числе внутренние факторы, такие как структура и характеристики смол, отвердителей, цветных наполнителей и других добавок; и природные факторы (внешние факторы), такие как действие солнечного света (в основном УФ), состав атмосферы (кислород, озон, промышленный дым и т. д.), влажность (в том числе кислотные дожди, соляные брызги и т. д.), температура изменения.
Ультрафиолетовое излучение является основной причиной естественного старения порошковых покрытий, а кислород в атмосфере является важным фактором, способствующим естественному старению. Под действием ультрафиолетового излучения и кислорода запускает автоматическую реакцию окисления порошкового покрытия, т. е. цепную реакцию окисления, которая разрушает порошковое покрытие. Вода и тепло ускоряют эту реакцию и способствуют фотоокислению.
Поэтому нельзя игнорировать влияние различных факторов. Только поняв, как различные факторы действуют на порошковые покрытия, и уловив главное противоречие, мы сможем найти контрмеры для улучшения их устойчивости к атмосферным воздействиям.
В процессе формирования пленки порошкового покрытия будет существовать слабая цепная связь и двухеновая структура макромолекулярной цепи, после воздействия ультрафиолетового излучения легко возникает светоиндуцированная реакция окислительной деградации (старения), что приводит к выцветанию пленки покрытия, мелению. .
Чтобы ингибировать или замедлить скорость фотоокисления покрывающей пленки, люди обычно добавляют антиоксиданты, поглотители ультрафиолета или светостабилизаторы или смесь трех видов. В этой статье объединены эксперименты по изучению применения антиоксидантов и светостабилизаторов в порошковых покрытиях и их влияния на эксплуатационные характеристики.
1. Экспериментальная часть
1.1 Подготовка испытательного образца
Смола, отвердитель, выравниватель, цветной наполнитель и другие добавки взвешиваются в соответствии с формулой порошкового покрытия, помещаются в смеситель и перемешиваются на высокой скорости, затем экструдируются двухшнековым экструдером и охлаждаются.
Экструдированный материал измельчается на кофемолке, затем просеивается через сито, а готовое порошковое покрытие распыляется на отполированную наждачной бумагой стальную пластину электростатическим распылением под высоким давлением 40 кВ с помощью пистолета Jinma и помещается в печь для обжига и отверждения, чтобы получить образец пластины.
1.2 Метод испытания производительности
Испытание на искусственное ускоренное старение: для испытания на искусственное ускоренное старение использовался QUV. QUV использовал источник света QUB313 и работал в течение 200 часов, где: условия испытания: УФ: 0,72 Вт/м2, 50 ℃, 4 часа; Условия испытания значения b: конденсация: 40 ℃, 4 часа.
Испытание на выпекание: для определения термостойкости светостабилизатора использовался метод выпекания в печи, условия выпекания составляли 220 ℃ и 30 минут для испытания на термостойкость.
2、Результаты и обсуждение
2.1 Исследование применения антиоксидантов
Из механизма термокислородной деструкции полимеров известно, что термокислородная деструкция полимеров обусловлена главным образом возникновением цепных радикальных реакций, запускаемых генерацией свободных радикалов из гидропероксидов под действием тепла.
Следовательно, термическое кислородное разложение полимеров можно ингибировать путем захвата радикалов и разложения гидропероксидов, как показано на рисунке 1. Среди них антиоксиданты широко используются для вышеупомянутого ингибирования окисления.
Антиоксиданты (или термостабилизаторы) — это добавки, которые используются для ингибирования или замедления разложения полимеров под действием кислорода или озона в атмосфере и являются наиболее широко используемыми добавками в полимерных материалах.
Порошковые покрытия подвержены термическому кислородному разложению после обжига при высоких температурах или солнечном свете, старение, пожелтение и другие явления серьезно влияют на внешний вид и характеристики продукта. Чтобы предотвратить или уменьшить возникновение этой тенденции, обычно используют добавление антиоксидантов. или термостабилизаторы для достижения.
Антиоксиданты можно разделить на три основные категории в зависимости от их функции (т.е. характера вмешательства в процесс автоматического химического окисления).
Первая категория называется антиоксидантами с обрывом цепи, которые в основном захватывают или удаляют свободные радикалы, образующиеся в результате автоокисления полимеров.
Вторая категория называется антиоксидантами типа разлагателей гидропероксидов, которые в основном вызывают разложение гидропероксидов в полимерах нерадикального типа.
Третья категория называется антиоксидантами типа пассиваторов ионов металлов, которые могут образовывать стабильный хелат с вредными ионами металлов, тем самым притупляя каталитическое воздействие ионов металлов на процесс автоокисления полимера.
Первый из трех типов антиоксидантов называется основным антиоксидантом, главным образом блокаторами фенолов, секоароматическим амином; вторая и третья категории называются вспомогательными антиоксидантами, фосфитами, солями дитиокарбаматов металлов и т. д. Чтобы получить стабильное покрытие, отвечающее требованиям применения, обычно выбирают различные антиоксидантные композиции.
В следующем тесте используются различные антиоксидантные соединения, добавляемые в состав порошкового покрытия. После распыления и отверждения изготавливается образец, значение b измеряется при той же толщине пленки с помощью цветоразностного измерителя, а цвет пленки покрытия оценивается с помощью Международная система окраски порошков CIE Lab (DIN 6174, ISO 10526 и ASTM 2244).
В таблице 1 представлены результаты испытаний после сортировки цвета пленки с покрытием от суб-увеличенного до отличного, это видно.
(1) Базовый состав 1 демонстрирует серьезную потерю света, хотя пигмент имеет лучшую термостойкость, но изменение цвета происходит после образования пленки, и анализ показывает, что пигмент окисляется при высокой температуре, и некоторые группы пигмента реагируют под действием кислорода.
(2) Изменение цвета формулы 2 и формулы 3 лучше, чем у формулы 1, но улучшение не очевидно, а формула 3 имеет лучший эффект, чем формула 2.
После анализа антиоксидант предотвратил дальнейшее окисление и сделал изменение цвета меньшим, а эффект антиоксиданта 3 был лучше, чем у антиоксиданта 2. Другая причина может быть связана с тем, что оба являются затрудненными аминами, предотвращающими образование красящих групп после окисление пигментов, но эффект не очень хороший и может предотвратить дальнейшую реакцию только после частичного окисления, поэтому эффект не является оптимальным.
(3) Формула 4 лучше, чем формула 3, но не оптимальна. Поскольку фосфитный антиоксидант обладает хорошей способностью защищать цвет, он обладает восстановительным свойством, что может привести к быстрому восстановлению пигмента, окисленного при высокой температуре, поэтому он оказывает лучший антиоксидантный эффект.
(4) Эффект, достигаемый составом 5, лучше, чем составом 4. В этой формуле основной антиоксидант и вспомогательный антиоксидант используются вместе, так что дальнейшее окисление пигмента предотвращается и окисленная группа быстро восстанавливается, а вспомогательный антиоксидант может сделать группу красителей, вырабатываемую основным антиоксидантом, более легкой, что имеет хороший синергетический эффект.
(5) Состав 6, в котором использовался составной антиоксидант, имел значительно лучшее сохранение цвета, чем состав 5. Антиоксидант 4 представлял собой смесь высокоэффективных фосфитных и фенольных антиоксидантов, и они были правильно подобраны для обеспечения хорошего антиоксидантного эффекта.
(6) Состав 7 лучше, чем состав 6, а цветовой эффект в основном такой же, как у исходного пигмента. Рекомендуемая дозировка антиоксиданта составляет от 0,5% до 1,0%, поэтому дозировка препарата 6 значительно меньше. Это показывает, что цветовой эффект сохраняется лучше после увеличения дозировки соединения-антиоксиданта.
(7) Испытание состава 8 показывает, что использование антиоксидантов может эффективно ингибировать окислительную деградацию смолы в процессе и улучшить ударопрочность во время экструзии и отверждения пленки при изготовлении порошковых покрытий.
Рецептура при добавлении антиоксидантов может увеличить соотношение цвета к основе для достижения тех же характеристик без добавления антиоксидантов при меньшем соотношении цвета к основе. Это связано с тем, что добавление антиоксидантов снижает тенденцию разложения смолы на продукты с низкой молекулярной массой, поэтому смолы с большими молекулами лучше инкапсулируют больше наполнителей, в то время как характеристики остаются неизменными.
(8) Образцы пленки белого покрытия Состава 10 и Состава 9 можно увидеть в добавлении антиоксидантов, которые могут эффективно ингибировать обработку порошковых покрытий и пожелтение процесса пост-отверждения, улучшать цветовые характеристики белых порошковых покрытий.
Приведенные выше результаты испытаний показывают, что, хотя на появление окисления в пленке покрытия влияет множество факторов, таких как качество и тип смолы, пигмента, добавок, конструкция состава покрытия, производственный процесс, температура, атмосфера, влажность и другие Природные факторы, применение подходящих антиоксидантов уменьшает возникновение этой тенденции.
2.2 Исследование применения светостабилизаторов
Деградация полимеров под действием света и кислорода называется «фотоокислительной деструкцией». Светостабилизаторы, также известные как УФ-стабилизаторы, представляют собой класс стабилизирующих добавок, используемых для ингибирования фотоокислительной деградации полимерных смол и улучшения устойчивости к атмосферным воздействиям пленок порошковых покрытий.
В соответствии с различными механизмами стабилизации светостабилизаторы можно разделить на светозащитные агенты, поглотители ультрафиолетового излучения, агенты разрушения возбужденного состояния и агенты захвата свободных радикалов.
Из-за разнообразия и сложности составов порошковых покрытий, процессов отверждения и форм отверждения, сохранение света и защита порошкового покрытия очень важны.
Во-вторых, светостабилизатор очень эффективен для легкого старения покрытия и продления срока службы покрывающей пленки, его количество очень мало, обычно всего 0,5–1,0% от общего состава.
Поэтому применение светостабилизаторов в порошковых покрытиях для улучшения их атмосферостойкости является очень простым, дешевым и очень эффективным методом. Таблицы 2 и 3 помогут проиллюстрировать влияние светостабилизаторов на характеристики пленки покрытия.
На основании состава, приведенного в Таблице 2, к покрытию добавляли светостабилизатор, а образцы пленочного покрытия отверждали распылением и использовали популярный во всем мире метод оценки испытаний на быстрое атмосферное воздействие — испытание на искусственное ускоренное старение (QUV) и испытание на спекание.
По результатам испытаний, приведенным в Таблице 3, эксплуатационные характеристики светостабилизатора оцениваются следующим образом.
(1) атмосферостойкость порошка в помещении очень плохая, но добавление светостабилизаторов будет играть значительную роль.
(2) Составы A и D не добавляются в светостабилизатор, тест показывает, что оба значительно хуже, чем образец, добавленный в светостабилизатор.
(3) Составы C и F показали, что увеличенное количество светостабилизатора значительно улучшило свето- и цветоустойчивость покрывающей пленки.
(4) Результаты испытаний на выпекание показывают, что светостабилизатор не обладает термостойкостью, а термостойкость пленки покрытия должна быть решена путем добавления добавок, предотвращающих пожелтение.
2.3 Исследования по синергетическому применению антиоксидантов и светостабилизаторов
Благодаря приведенному выше тесту мы можем понять, что старение пленки покрытия на самом деле является результатом совместного действия УФ-света и кислорода, и этот процесс включает в себя два разных процесса: фотодеградацию и фотоокисление.
Однако светостабилизаторы и антиоксиданты имеют разные механизмы стабилизации пленки покрытия, и ожидается, что комбинация двух стабилизаторов с разными механизмами действия обеспечит лучший стабилизирующий эффект, чем один стабилизатор, то есть синергетический эффект.
В настоящее время на рынке имеются такие стабилизаторы, что также является тенденцией развития стабилизаторов. Но одновременно появится синергетический эффект, два разных стабилизатора между аддитивным и антагонистическим эффектом.
Таким образом, в антиоксиданте и светостабилизаторе хорошее понимание различных реакций между ними имеет решающее значение только для того, чтобы освоить влияние обоих на потенциальные химические реакции, чтобы разработать эффективный антиоксидант и светостабилизатор с системой.
Наиболее типичными из них являются HALS и антиоксиданты, УФ-поглотители и антиоксиданты, УФ-защитные агенты и антиоксиданты и так далее.
Посредством испытаний на ускоренное старение и запекание пленки покрытия оценивался эффект добавления антиоксидантов и светостабилизаторов в состав порошкового покрытия. Тестовые составы и результаты показаны в Таблице 4 и Таблице 5.
По результатам испытаний оценивается светостабилизатор.
(1) Добавление светостабилизатора будет играть значительную роль в устойчивости порошка к атмосферным воздействиям, но стойкость пленки покрытия к пожелтению не изменится.
(2) Светостабилизатор и антиоксидант с устойчивостью пленки покрытия к атмосферным воздействиям и обесцвечиванию оказывают значительный эффект, а в лучшем случае соотношение обоих — 1:1.
(3) Светостабилизатор и антиоксидант оказывают лучший эффект в системе HAA.
Использование светостабилизаторов и антиоксидантов не так просто, как представлено в статье. Эффект от использования различных светостабилизаторов с антиоксидантами нуждается в подтверждении дальнейшими экспериментами, основанными на теории.
Например, использование светостабилизаторов типа HALS и серосодержащих антиоксидантов будет вызывать антагонистические эффекты и ухудшать характеристики полимера; использование ХАЛС и фосфорсодержащих полимеров должно обеспечить наилучший синергизм при концентрации 1:1; использование низкомолекулярных ХАЛС и только аддитивных эффектов, тогда как использование высокомолекулярных ХАЛС и низкомолекулярных ХАЛС имеет синергетический эффект и т.д.
3、Заключение
Добавление антиоксиданта и светостабилизатора в порошковые покрытия позволяет эффективно ингибировать и снижать скорость термического и фотоокисления полимерных макромолекул при производстве и нанесении порошковых покрытий, значительно улучшать термо- и светостойкость пленки покрытия, задерживать процесс деградации и старения пленки покрытия, а также продлевает срок службы пленки покрытия.
Светостабилизаторы и антиоксиданты, используемые в высокоэффективных порошковых покрытиях, при правильном использовании будут иметь синергетический эффект, значительно улучшая атмосферостойкость пленки порошкового покрытия, особенно пленки порошкового покрытия Super-Duable.
При неправильном использовании возникнет аддитивный или даже антагонистический эффект, что приведет к снижению стабильности пленки покрытия.
Тенденция стабилизаторов будет развиваться и в сторону многофункциональности.
Свяжитесь с нами прямо сейчас!
Если вам нужен COA, MSDS или TDS, пожалуйста, заполните контактную информацию в форме ниже, мы обычно связываемся с вами в течение 24 часов. Вы также можете написать мне info@longchangchemical.com в рабочее время (с 8:30 утра до 6:00 вечера UTC+8 пн.~сб.) или воспользоваться чатом на сайте, чтобы получить быстрый ответ.