Влиянието на IPDA върху стабилността на цвета при отвердени епоксиди

Защо IPDA предизвиква пожълтяване: химични и околните фактори

Структурата на алифатния диамин IPDA и пътищата на образуване на хромофори

Основната причина ИПДА (изофорон диамин) да причинява пожълтяване се дължи на неговата специална алифатична, разклонена структура, по-специално вторичните аминогрупи, които се срещат в него. Когато този материал бъде изложен на топлина, светлина или просто на обикновен кислород, аминогрупите започват да окисляват. Следващото, което се случва, е доста интересно – образуват се конюгирани двойни връзки заедно с карбонилни групи, които всъщност се превръщат в малки цветообразуващи агенти, наречени хромофори. Тези структури абсорбират видимата светлина в диапазона от 400 до 500 нанометра, което е причината да наблюдаваме жълтеникаво до кафеникаво оцветяване. Заслужава да се отбележи, че когато седем или повече такива двойни връзки са подредени последователно, абсорбцията става особено силна. Друг фактор, който работи срещу ИПДА, е нещо, наречено пространствено затруднение (стерично отблъскване), което го прави още по-уязвим спрямо свободните радикали в сравнение с амини с права верига. Това ускорява образуването на цветообразуващите структури. Например, ако материали, съдържащи ИПДА, бъдат оставени при около 80 градуса Целзий в продължение на 500 часа, тестовете показват, че промяната в цвета (измерена като Delta E) нараства с 3 до 5 единици, основно поради натрупването на карбонилни групи с течение на времето.

Топлинно стареене срещу UV въздействие: Отличаващи се механизми на пожелтяване, предизвикано от IPDA

Епоксидите, отвердени с IPDA, пожелятяват чрез принципно различни пътища в зависимост от околната среда:

Когато материали претърпят термично разграждане, това се случва чрез процес, наречен окислително разцепване на веригата, при който се образуват множество карбонилни групи в хромофорите. Влагата влошава положението, защото насърчава хидролизните реакции. От друга страна, при въздействие на UV лъчение наблюдаваме различно явление. UV светлината започва така наречената фотооксидация, която целенасочено атакува вторичните амини в молекулите на IPDA и образува хинониминни съединения, поглъщащи силно синята светлина. Този вид разграждане най-често е проблематичен за продукти, използвани на открито. Изпитванията с QUV камери показват значителни цветови промени. След само 500 часа въздействие, стойностите на Delta E често надхвърлят 10 единици, което визуално е доста забележимо. Една важна разлика, която заслужава внимание, е начинът, по който тези два вида деградация се проявяват физически. Термичното пожълтяване се разпространява равномерно по целия материал, докато уврежданията от UV лъчението остават предимно на повърхността и обикновено са придружени от ясно намаляване на измерените стойности на блясъка.

Динамика на УВ деградацията при епоксиди, вулканизирани с IPDA

Фотооксидация на вторични амини и натрупване на хинон имин

Когато материали се излагат на ултравиолетова светлина, с вторичните амини в молекулите на IPDA се случва нещо интересно. Те преминават през процеси на фотооксидация, които създават жълтеникави съединения, наречени хромофори от типа хинонов имин, чрез т.нар. реакции от тип Нориш. Проблемът се влошава, когато присъстват карбонилни примеси. Те често идват от остатъчни следи от производствения процес или се появяват при стареене на материалите първоначално. Това, което следва, е доста драматично – тези примеси отнемат водородни атоми от съседни аминни групи, създавайки нестабилни радикали, които бързо се превръщат в устойчиви, продължителни хинонови имини с обширна конюгация. Анализът на реални тестови резултати показва също нещо тревожно. След само 500 часа при условия на QUV тестване, ФУНС анализът разкрива загуба на над 60% от съдържанието на амини. И знаете ли какво? Това напълно съвпада с увеличаването на цветовите стойности b* и видимото пожълтяване на образците. Най-лошото? Високоенергийните UV-B и UV-C дължини на вълната сериозно увеличават скоростта на цялото това химическо разграждане.

Корелация между загуба на блясък, ΔE и плътност на хромофорите при ускорени QUV тестове

ASTM G154 QUV изпитвания за стареене разкриват здрави връзки между метриките за оптично деградиране при системи с отвърждане чрез IPDA:

• Блясъкът (60°) намалява с около 40% в рамките на 300 часа — причината е микропукање, предизвикано от фотооксидативно напрежение на повърхността
• δE надвишава 15 единици след 1000 часа, като над 90% от промяната се дължи на увеличена жълтинестост (координата b*)
• Плътността на хромофорите — количествено определена чрез UV-Vis спектроскопия — показва линейна корелация (R² = 0,92) с ΔE, потвърждавайки хинон имините като доминиращи видове, предизвикващи пожълтяване
  Важно е, че образците, запазили над 85% от първоначалния блясък, последователно поддържат ΔE < 8, което установява цялостността на повърхността като практично индикация в реално време за цветова стабилност.

Ограничаване на пожълтяването, свързано с IPDA: Производителност на модифицирани алтернативи на амини

Отвърждащи агенти, модифицирани с LyCA, намаляват ΔE с 40–60% след 1000 ч QUV (ASTM D4329)

IPDA втвърдителите имат тенденция бързо да пожълтяват при излагане на слънчева светлина поради високата реактивност на техните алифатни диамини. Тук идват на помощ светлоустойчивите циклоалифатни амини. Тези LyCA съединения притежават твърди циклични структури, които всъщност помагат да се предотврати разграждането вследствие на окисление. Освен това съдържат специални съставки, които абсорбират UV лъчите и неутрализират свободните радикали, спирайки цветовите промени още преди те да започнат. Според резултатите от изпитвания по ASTM D4329, материали, обработени с LyCA, запазват около 40 до 60 процента по-добра устойчивост на цвета в сравнение с обикновеното IPDA след 1000 часа в QUV уред за изпитване на времето. На практика това означава, че цветовете остават свежи значително по-дълго, като нивата на лъскавина се поддържат над 80%, докато нетретираните проби бързо се разрушават. Вълшебството обаче не е в напълно премахване на IPDA. Вместо това производителите модифицират начина му на реакция, използвайки техники на пространствено затруднение (steric hindrance), за да забавят процесите на окисление. Те също добавят функционални добавки, които улавят досадните радикали още преди да образуват дразнещите хинонимини. За изискващи приложения като покрития за прозорци, производство на прозрачни композитни части или довършителна обработка на продукти, които трябва да изглеждат добре години наред, тези LyCA модификации наистина правят разлика в поддържането на визуалната привлекателност с течение на времето според действащите индустриални стандарти.

Часто задавани въпроси

Какво причинява пожълтяване при епоксиди, отвердени с IPDA?

Пожълтяването се дължи основно на окисляването на вторични амини в IPDA, което води до образуването на хромофори, поглъщащи видимата светлина и предизвикващи промяна на цвета.

Как UV лъчите повлияват материалите, базирани на IPDA?

УВ лъчението предизвиква фотоокисление, при което се образуват хинонимини, поглъщащи синята светлина, което води до пожълтяване, особено на повърхността на материала.

Може ли процесът на пожълтяване да бъде забавен или предотвратен?

Да, използването на отверждаващи агенти, модифицирани с LyCA, може значително да намали пожълтяването, като подобри UV стабилността и включи добавки, които потискат окисляването.