10 февраля, 2023 Longchang Chemical

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.

Свяжитесь с нами

Мы приглашаем вас связаться с нами для получения дополнительной информации о любой из наших продуктов или услуг.