Vliv IPDA na stabilitu barvy vytvrzeného epoxidu

Proč IPDA způsobuje žloutnutí: chemické a environmentální faktory

Struktura alifatického diamidu IPDA a cesty tvorby chromoforů

Hlavní důvod, proč IPDA (izoforon diamina) způsobuje žloutnutí, souvisí se speciální alifatickou větvenou strukturou, zejména s druhotnými aminoskupinami, které v ní jsou. Když je tato látka vystavena teplu, světlu nebo běžnému kyslíku, začnou tyto aminoskupiny oxidovat. Následně dochází k velmi zajímavému ději – vytvářejí se konjugované dvojné vazby spolu s karbonylovými skupinami, které vlastně působí jako malé barevné centra nazývané chromofory. Tyto struktury absorbují viditelné světlo v rozmezí přibližně 400 až 500 nanometrů, což je důvod, proč pozorujeme žluté až hnědé zabarvení. Zajímavostí je, že pokud je sedm nebo více takových dvojných vazeb uspořádáno za sebou, absorpce se stává velmi silnou. Dalším faktorem, který působí proti IPDA, je tzv. sterická hindrance, která ji činí ještě náchylnější k účinkům volných radikálů než aminy s přímým alifatickým řetězcem. To urychluje tvorbu barevných struktur. Například pokud materiály obsahující IPDA leží přibližně 500 hodin při teplotě 80 stupňů Celsia, testy ukazují, že změna barvy (měřená jako Delta E) stoupne o 3 až 5 jednotek, a to hlavně kvůli postupnému hromadění karbonylových skupin.

Tepelné stárnutí vs. UV záření: Různé mechanismy žloutnutí způsobeného IPDA

Epoxidy vytvrzené pomocí IPDA žloutnou zcela odlišnými mechanismy v závislosti na environmentálním zatížení:

Když se materiály tepelně rozpadají, děje se to procesem nazývaným oxidační štěpení řetězce, které vytváří mnoho karbonylových skupin v chromoporech. Vlhkost věci zhoršuje, protože podporuje hydrolyzní reakce. Na druhou stranu, když jsme vystaveni UV záření, vidíme něco jiného. UV světlo spouští takzvanou fotooxidaci, která specificky napadá sekundární aminy v molekulech IPDA a vytváří tyto chemické sloučeniny, které se opravdu uchopí vlnových délek modrého světla. Tento druh degradace je obvykle nejvíce problematický u produktů používaných venku. Testování s QUV komorami odhaluje i značné změny barvy. Po pouhých 500 hodinách expozice hodnoty Delta E často překročí 10 jednotek, což je vizuálně velmi patrné. Jeden důležitý rozdíl, který stojí za zmínku, je způsob, jakým se tyto dva typy degradace projevují fyzicky. Tepelné žlutnutí se rovnoměrně šíří po celém materiálu, zatímco poškození způsobené UV zářením zůstává převážně na povrchu a obvykle je doprovázeno výrazným poklesem měření povrchového lesku.

Dynamika degradace UV zářením u epoxidů vytvrzených IPDA

Fotoxidace sekundárních aminů a akumulace chinoniminů

Když jsou materiály vystaveny ultrafialovému záření, dochází k zajímavým změnám u sekundárních aminů v molekulách IPDA. Ty podléhají procesům fotooxidace, při nichž vznikají žlutavé sloučeniny zvané chromofory chinoniminu, a to prostřednictvím tzv. Norrishových reakcí. Problém se zhoršuje za přítomnosti karbonylových nečistot, které často pocházejí z nepatrných stop zbylých po výrobním procesu, nebo vznikají při stárnutí materiálů. Následně dojde k dramatickému ději – tyto nečistoty odebírají atomy vodíku z okolních aminových skupin a vytvářejí nestabilní radikály, které rychle přecházejí na stabilní, trvalé chinoniminy s rozsáhlou konjugací. Výsledky skutečných testů ukazují znepokojující skutečnost: po pouhých 500 hodinách podmínek zkoušení QUV analýza FTIR odhalila více než 60% ztrátu aminového obsahu. A víte co? To přesně odpovídá rostoucím hodnotám barevnosti b* a pozorovatelnému žloutnutí vzorků. Nejhorší je, že právě vysokoenergetické vlnové délky UV-B a UV-C výrazně urychlují tento chemický rozklad.

Korelace ztráty lesku, ΔE a hustoty chromoforů při zrychleném testování v QUV

Počasové zkoušky ASTM G154 QUV odhalují silné vztahy mezi optickými ukazateli degradace u systémů vytvrzovaných pomocí IPDA:

• Lesk (60°) klesá o přibližně 40 % během 300 hodin – to je způsobeno mikrotrhlinami vyvolanými fotooxidativním napětím na povrchu
• δE překračuje 15 jednotek po 1 000 hodinách, přičemž více než 90 % této změny je způsobeno zvyšující se žlutostí (souřadnice b*)
• Hustota chromoforů – kvantifikovaná pomocí UV-Vis spektroskopie – vykazuje lineární korelaci (R² = 0,92) s ΔE, čímž potvrzuje chinoniminy jako dominantní příčinu žloutnutí
  Důležité je, že vzorky udržující více než 85 % původního lesku konzistentně dosahují ΔE < 8, což potvrzuje celistvost povrchu jako praktický, reálný ukazatel stability barev.

Potlačení žloutnutí souvisejícího s IPDA: Výkon modifikovaných náhrad aminů

Vytvrzovací prostředky modifikované pomocí LyCA snižují ΔE o 40–60 % po 1 000 h QUV (ASTM D4329)

IPDA tvrdidla mají tendenci poměrně rychle žloutnout při expozici na slunečním světle kvůli vysoké reaktivitě jejich alifatických diamamin. Právě zde se osvědčují světlem stabilizované cykloalifatické aminy. Tyto sloučeniny LyCA obsahují tuhé kruhové struktury, které skutečně brání rozkladu způsobenému oxidací. Navíc obsahují speciální přísady, které pohlcují UV záření a potílí se s volnými radikály, čímž zabraňují změnám barvy ještě dříve, než nastanou. Podle výsledků zkoušek podle ASTM D4329 materiály upravené pomocí LyCA vykazují o 40 až 60 procent lepší stabilitu barev ve srovnání s běžným IPDA po 1 000 hodinách v zařízení QUV weatherometer. To v praxi znamená, že barvy zůstávají dlouho čerstvé, lesk se udržuje nad 80 %, zatímco neupravené vzorky se rychle degradují. Toto kouzlo ovšem nespočívá v úplném odstranění IPDA. Místo toho výrobci upravují jeho reaktivitu pomocí sterického hindrance, které zpomalují procesy oxidace. Zároveň přidávají funkční přísady, které zachycují ty nepříjemné radikály dříve, než mohou vytvořit obtěžující chinoniminy. U náročných aplikací, jako je povrchová úprava oken, výroba průhledných kompozitních dílů nebo dokončování výrobků, které musí zachovat estetický vzhled po mnoho let, tyto modifikace LyCA podle platných průmyslových norem opravdu výrazně přispívají k tomu, aby výrobky dlouhodobě vypadaly perfektně.

Sekce Často kladené otázky

Co způsobuje žloutnutí u epoxidů vytvrzených pomocí IPDA?

Žloutnutí je hlavně způsobeno oxidací sekundárních aminů v IPDA, která vede ke vzniku chromoforů pohlcujících viditelné světlo, čímž vzniká změna barvy.

Jak ovlivňuje UV záření materiály na bázi IPDA?

UV záření spouští fotooxidaci, při které vznikají chinoniminy pohlcující modré světlo, což vede k žloutnutí, zejména na povrchu materiálu.

Lze proces žloutnutí zpomalit nebo zabránit mu?

Ano, použití modifikovaných tvrdidel na bázi LyCA může výrazně snížit žloutnutí tím, že zlepší odolnost proti UV záření a přidá přísady bránící oxidaci.