تأثير IPDA على ثبات لون الإيبوكسي المعالج

أسباب اتجاه IPDA نحو الاصفرار: العوامل الكيميائية والبيئية

هيكل داي أمين أليفاتي لـ IPDA ومسارات تكوين الصبغيات

السبب الرئيسي وراء تسبب مادة IPDA (إيزوفورون داي أمين) في الاصفرار يعود إلى هيكلها الأليفاتيكي الفرعي الخاص، وبخاصة مجموعات الأمين الثانوية الموجودة فيها. عندما تتعرض هذه المادة للحرارة أو الضوء أو حتى للأكسجين العادي، تبدأ مجموعات الأمين بالتأكسد. ما يحدث بعد ذلك أمر مثير للاهتمام نسبيًا — فهي تُكوّن روابط مزدوجة متقاربة مع مجموعات كربونيل، والتي تصبح بدورها عوامل صغيرة مُولِّدة للون تُعرف باسم الكروموفورات. تمتص هذه الهياكل الضوء المرئي في النطاق من 400 إلى 500 نانومتر، ولهذا السبب نلاحظ حدوث تغير لوني أصفر إلى بني. من الجدير بالذكر أن وجود سبع روابط مزدوجة أو أكثر مرتبطة معًا يؤدي إلى امتصاص قوي جدًا. عامل آخر يعمل ضد IPDA هو ما يُعرف بالحجز المكاني (steric hindrance)، ما يجعلها أكثر عرضة للجذور الحرة مقارنة بالأمينات الأليفاتيكية الخطية. وهذا يسرّع من تكوّن الهياكل المولدة للون. على سبيل المثال، إذا بقيت مواد تحتوي على IPDA عند درجة حرارة حوالي 80 مئوية لمدة 500 ساعة، تُظهر الاختبارات أن التغير اللوني (يُقاس كـ Delta E) يزداد بمقدار يتراوح بين 3 إلى 5 وحدات، ويرجع ذلك أساسًا إلى تراكم مجموعات الكربونيل مع مرور الوقت.

الشيخوخة الحرارية مقابل التعرض للأشعة فوق البنفسجية: آليات مختلفة تمامًا للاصفرار الناتج عن IPDA

تتحول الإيبوكسيات المصلبة بـ IPDA إلى اللون الأصفر من خلال مسارات جوهرية مختلفة حسب نوع الإجهاد البيئي:

عندما تتعرض المواد للتدهور الحراري، يحدث ذلك من خلال عملية تُعرف باسم قطع السلاسل الأكسدي الذي يُنتج الكثير من مجموعات الكربونيل في الصبغيات. تزيد الرطوبة الأمور سوءًا لأنها تشجع على حدوث تفاعلات التحلل المائي. من ناحية أخرى، عندما تتعرض المواد للإشعاع فوق البنفسجي، نلاحظ حصول شيء مختلف. يبدأ الضوء فوق البنفسجي ما يُعرف بالأكسدة الضوئية، حيث يستهدف بشكل خاص تلك الأمينات الثانوية في جزيئات IPDA ويُكوّن مركبات كينون الإيمين التي تمتص بقوة أطوال موجات الضوء الأزرق. عادةً ما يكون هذا النوع من التدهور أكثر مشكلة بالنسبة للمنتجات المستخدمة في الهواء الطلق. تُظهر الاختبارات باستخدام حجرات QUV أيضًا تغيرات لونية كبيرة إلى حد ما. بعد تعرضها لمدة 500 ساعة فقط، غالبًا ما تقفز قيم دلتا E (Delta E) فوق 10 وحدات، وهي زيادة ملحوظة بصريًا. هناك فرق مهم آخر يستحق الذكر حول كيفية ظهور هذين النوعين من التدهور جسديًا. فالاصفرار الحراري ينتشر بالتساوي عبر المادة بأكملها، في حين أن الضرر الناتج عن التعرض للأشعة فوق البنفسجية يبقى في الغالب على السطح، وغالبًا ما يصاحب انخفاضًا واضحًا في قياسات لمعان السطح.

ديناميكيات تدهور الأشعة فوق البنفسجية في الإيبوكسي المعالج بـ IPDA

الأكسدة الضوئية للأمينات الثانوية وتراكم كينون الإيمين

عندما تتعرض المواد لأشعة فوق بنفسجية، يحدث شيء مثير للاهتمام لهذه الأمينات الثانوية في جزيئات IPDA. يخضعون لعمليات التأكسيد الضوئي التي تخلق هذه المركبات الصفراء تسمى كروموفورات الكينون إمين من خلال ما يسميه العلماء ردود فعل من نوع نوريش. المشكلة تزداد سوءاً عندما تكون هناك شوائب الكربونيل غالباً ما تأتي هذه من آثار متبقية في عملية التصنيع أو تتطور مع تقدم المواد في السن في البداية. ما يحدث بعد ذلك مثير جداً للدهشة هذه الشوائب تلتقط ذرات الهيدروجين من مواقع الأمين القريبة، وتخلق جذور غير مستقرة تتحول بسرعة إلى إمينات كينون مستقرة طويلة الأمد مع تعاقب واسع. النظر إلى نتائج الاختبار الفعلية تظهر لنا شيئاً مقلقاً أيضاً بعد 500 ساعة فقط في ظل ظروف اختبار QUV، يظهر تحليل FTIR أكثر من 60٪ فقدان محتوى الأمين. و خمني ماذا؟ هذا يطابق تماما مع زيادة قيم اللون b * وتغير اللون الأصفر ملحوظ في العينات. أسوأ جزء؟ تلك الطاقة العالية الطول الموجي UV-B و UV-C حقاً يرفع سرعة كل هذا التدهور الكيميائي.

ربط فقدان اللمعان، وΔE، وكثافة الصبغة في اختبارات QUV المتسارعة

تكشف اختبارات التعرض الجوي ASTM G154 QUV عن علاقات قوية بين مقاييس التدهور البصري في الأنظمة المعالجة بـ IPDA:

• ينخفض اللمعان (60°) بنسبة حوالي 40٪ خلال 300 ساعة — يُعزى ذلك إلى تشققات دقيقة ناتجة عن الإجهاد الضوئي المؤكسد على السطح
• يتجاوز ΔE 15 وحدة بعد 1,000 ساعة، حيث يُسهم زيادة الاصفرار (إحداثيات b*) بأكثر من 90٪ من هذا التغير
• تُظهر كثافة الصبغة — التي تُقاس عبر مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية — ارتباطًا خطيًا (R² = 0.92) مع ΔE، مما يؤكد أن كينون الإيمينات هي النوع السائد المسبب للاصفرار
  من المهم أن العينات التي تحتفظ بـ>85٪ من لمعانها الأولي تحافظ باستمرار على قيمة ΔE < 8، ما يجعل سلامة السطح مؤشرًا عمليًا وآنيًا للاستقرار اللوني

التقليل من الاصفرار المرتبط بـ IPDA: أداء بدائل الأمين المعدلة

تقلل عوامل التصلب المعدلة بـ LyCA من قيمة ΔE بنسبة 40–60٪ بعد 1,000 ساعة من اختبار QUV (ASTM D4329)

تُظهر عوامل التصلب IPDA ميلًا إلى الاصفرار بسرعة نسبيًا عند التعرض لأشعة الشمس بسبب تفاعلية الأمينات الأليفاتية الموجودة فيها. وهنا تأتي فائدة الأمينات الحلقية المقاومة للضوء. تحتوي هذه المركبات من نوع LyCA على هياكل حلقية صلبة تساعد فعليًا في منع التحلل الناتج عن الأكسدة. كما أنها تحتوي على مكونات خاصة تمتص أشعة فوق البنفسجية وتحارب الجذور الحرة، مما يمنع تغير اللون قبل أن يحدث. وفقًا لنتائج اختبار ASTM D4329، تحافظ المواد المعالجة بـ LyCA على استقرار لوني أفضل بنسبة 40 إلى 60 بالمئة مقارنةً بـ IPDA العادي بعد تعرضها لمدة 1000 ساعة في جهاز QUV لقياس التعرية المناخية. ما يعنيه هذا عمليًا هو أن الألوان تبقى جديدة المظهر لفترة أطول بكثير، مع بقاء مستويات اللمعان فوق 80%، في حين تتدهور العينات غير المعالجة بسرعة كبيرة. السر هنا لا يكمن في التخلص الكامل من IPDA، بل يقوم المصممون على تعديل تفاعله باستخدام تقنيات العائق الفراغي لإبطاء عمليات الأكسدة. كما يضيفون أيضًا مضافات وظيفية تقوم بالتقاط الجذور الحرة قبل أن تتمكن من تكوين مركبات كينون الإيمين المزعجة. بالنسبة للمهام الصعبة مثل طلاء النوافذ، أو تصنيع أجزاء مركبة شفافة، أو إنهاء منتجات يجب أن تبدو جذابة لسنوات، فإن هذه التعديلات باستخدام LyCA تحدث فرقًا حقيقيًا في الحفاظ على المظهر الجيد مع مرور الوقت وفقًا للمعايير الصناعية الفعلية.

قسم الأسئلة الشائعة

ما الذي يسبب الاصفرار في الإيبوكسيات المعالجة بـ IPDA؟

يحدث الاصفرار بشكل أساسي بسبب أكسدة الأمينات الثانوية في IPDA، مما يؤدي إلى تكوين كروموفورات تمتص الضوء المرئي، ما ينتج عنه تغير في اللون.

كيف يؤثر التعرض للأشعة فوق البنفسجية على المواد القائمة على IPDA؟

يؤدي التعرض للأشعة فوق البنفسجية إلى حدوث عملية الأكسدة الضوئية، مشكّلةً كينون إيمينات تمتص أطوال موجية من الضوء الأزرق، مما يؤدي إلى الاصفرار، خاصةً على سطح المادة.

هل يمكن إبطاء عملية الاصفرار أو منعها؟

نعم، يمكن استخدام عوامل معالجة معدلة بـ LyCA لتقليل عملية الاصفرار بشكل كبير من خلال تعزيز الثبات ضد الأشعة فوق البنفسجية وإدخال إضافات تمنع الأكسدة.