EN
Miks IPDA soodustab kollanemist: keemilised ja keskkonnategurid
IPDA alifaatne diamiidstruktuur ja kromofoori tekkimise rajad
Peamine põhjus, miks IPDA (isoforoonidiamiin) põhjustab kollastumist, on seotud selle erilise alifaatse, harunenud struktuuriga, eriti nende sekundaarsete amiinrühmadega, mida selles näeme. Kui seda ainet eksponeeritakse kuumusele, valgusele või lihtsalt tavapärasele hapnikule, hakkavad need amiinid oksüleeruma. Järgmisena toimub üsna huvitav protsess – moodustuvad konjugeeritud topel sidemed koos karbonyylrühmadega, mis muutuvad väikeseks värvipõhjustajateks ehk kromofoorideks. Need struktuurid neelavad nähtavat valgust umbes 400 kuni 500 nanomeetri piirkonnas, mistõttu me tajuimegi kollakat kuni pruunikat värvimuutust. Märgimisväärne on, et kui selliseid topel sidemeid joonistub kokku seitse või rohkem, muutub neeldumine eriti tugevaks. Teine tegur, mis IPDA-le vastu mängib, on nii nimetatud steriline takistus, mis teeb sellest isegi haavatavamaks vaba radikaali ees kui sirgete ahelatega alifaatsete amiinide puhul. See kiirendab värvipõhjustavate struktuuride teket. Näiteks kui IPDA sisaldavaid materjale hoitakse umbes 80 kraadi Celsiuse juures 500 tundi, näitavad testid, et värvimuutus (mõõdetuna kui Delta E) suureneb 3 kuni 5 ühiku võrra, peamiselt seetõttu, et karbonyylrühmi koguneb aja jooksul üha rohkem.
Termiline vananemine vs. UV-kiirgus: erinevad IPDA-lõhkenud kollasuse mehhanismid
IPDA-ga kõvastatud epoksiidide kollasemine toimub põhimõtteliselt erinevate teede kaudu olenevalt keskkonnateguritest:
| Mehhanism | Peamised värvilised ühendid | Olulisemad mõjutavad tegurid |
|---|---|---|
| Termiline vananemine | Karbonylid, konjugeeritud sidemed | Temperatuur (>60°C), hapnik |
| UV-eksponeerimine | Kinonimiinid, radikaalid | UV kiirguse intensiivsus, niiskus |
Kui materjalid läbivad termilist lagunemist, toimub see oksydatiivse ahela lagunemise protsessi kaudu, mis toodab palju karbonyylrühmi kromofooridesse. Niiskus muudab olukorda hullemaks, kuna soodustab hüdrolüüsireaktsioonide toimumist. Teisest küljest, kui materjale eksponeeritakse UV-kiirgusele, toimub midagi teistsugust. UV-valgus käivitab nimega fotooksidatsiooni protsessi, mis ründab konkreetsetes IPDA-molekulides olevaid sekundaarseid amiine ja loob kinonimine ühendeid, mis tõeliselt 'püüavad' sinise valguse lainepikkusi. See tüüpi lagunemine on eriti probleemne välistingimustes kasutatavatele toodetele. QUV-kamerates testimine näitab ka üsna märkimisväärseid värvimuutusi. Pärast vaid 500 tundi kestnud kokkupuudet tõusevad Delta E väärtused sageli üle 10 ühiku, mis on visuaalselt täiesti selgelt märgatav. Üks oluline erinevus, mida tasub mainida, puudutab seda, kuidas need kaks lagunemistüüpi füüsiliselt ilmnevad. Termiline kollanemine levib ühtlaselt kogu materjali ulatuses, samas kui UV-kiirgusest põhjustatud kahjustus jääb peamiselt pinnale ja on tavaliselt seotud selge pinnaheleduse langusega.
UV lagunemise dünaamika IPDA-kõvendatud epoksiitides
Secundaarsete amiinide valgusoksidatsioon ja kinoniimiini akumuleerumine
Kui materjale eksponeeritakse ultravioletradiatsioonile, toimub IPDA molekuli sekundaarsete amiinidega midagi huvitavat. Need läbivad fotooksidatsiooniprotsesse, mille tulemusena tekkivad kollakad ühendid, mida teadlased nimetavad kinoniimi kromofoorideks Norrishi tüüpi reaktsioonide käigus. Probleem halveneb, kui esinevad karbonüülpreemiaadid. Need tulevad sageli jäänustena tootmisprotsessist või tekivad materjalide vananedes. Järgmiseks toimub päris drastiline protsess – need preemiaadid haaravad vesinikuaatomeid naabermise amiiinikohtadest, moodustades ebastabiilseid radikaale, mis muutuvad kiiresti stabiilseks ja püsivaks kinoniimiks, millel on ulatuslik konjugatsioon. Tegelike testitulemuste analüüs näitab meile ka midagi häirivat. Vaid 500 tunni pärast QUV-testitingimustes paljastab FTIR-analüüs enam kui 60% amiinisisalduse kadu. Ja arvake ära? See sobib täpselt suurenevate b* värviväärtustega ja proovides märgatava kollase värvuse ilmnemisega. Kõige hullem osa? Need kõrge energia UV-B ja UV-C lainepikkused suurendavad seda keemilise lagunemise protsessi veelgi.
Seostes heleduse kadu, ΔE ja kromofoori tihedust kiirendatud QUV-testides
ASTM G154 QUV-ilmaolunduse testid paljastavad tugevad seosed optiliste degradatsiooninäitajate vahel IPDA-ga ristseotud süsteemides:
- Heledus (60°) langeb umbes 40% võrra 300 tunni jooksul – põhjustatuna pinnal tekkivatest mikropurrustest, mida tekitab fotooksidatiivne koormus
- δE ületab 15 ühikut 1000 tunni järel, kusjuures üle 90% nihkest on tingitud suurenenud kollasusest (b* koordinaat)
- Kromofoori tihedus – määratud UV-Vis-spektroskoopiaga – näitab lineaarset seost (R² = 0,92) ΔE-ga, kinnitades kinonimiine domineerivaks kollastumisliigiks
Tähtis on, et need proovid, mis säilitavad rohkem kui 85% algsest heledusest, hoiavad konstantsete ΔE < 8, mis kinnistab pinna terviklikkuse praktiliseks reaalajas näitajaks värvi stabiilsuses
IPDA-ga seotud kollastumise vähendamine: modifitseeritud amiinide alternatiivide toime
LyCA-modifitseeritud kõvenuskatalüsaatorid vähendavad ΔE-d 40–60% võrra pärast 1000 tundi QUV-il (ASTM D4329)
IPDA kõvendajad kalduvad päiksesse sattudes üsna kiiresti kollastuma, kuna nende alifaatsete diamiinide reageerivus on suur. Siin tulevad kasuks valgustabiliseeritud tsükloalifaatsete amiinide. Need LyCA ühendid sisaldavad jäigaid rõngasstruktuure, mis takistavad oksüdatsioonil põhinevat lagunemist. Lisaks sisaldavad nad spetsiaalseid koostisosi, mis neelavad UV-valgust ja võitlevad vabade radikaalide vastu, peatades värvimuutused juba enne nende tekkimist. Vastavalt ASTM D4329 testimistulemustele säilitavad LyCA-ga töödeldud materjalid umbes 40–60 protsenti paremat värvi stabiilsust tavapärasest IPDA-ga võrreldes pärast 1000 tundi QUV-ilmaaparaadis viibimist. Praktiliselt tähendab see, et värvid säilitavad oma värske välimuse palju kauem, säilitades läikivuse tasemel üle 80%, samas kui töötlemata näidised lagunevad kiiresti. Võtmemoment siin pole aga IPDA täielikult eemaldada. Pigem muudavad tootjad selle reageerimist steriilse takistuse tehnikate abil, et aeglustada oksüdatsiooniprotsesse. Samuti lisatakse funktsionaalseid addiveid, mis püüavad need tüütud radikaalid enne kinni, kui need saavad moodustuda tüütuid kinoniimiine. Raske töö nagu aknade katmine, läbipaistvate komposiitdetailide valmistamine või lõpptoote viimistlemine, millel peab välimus hea olema aastaid, annavad need LyCA modifikatsioonid tõepoolest erinevuse, hoides asju väga kaua teravana, vastavalt tegelikele tööstusstandarditele.
KKK jaotis
Mis põhjustab kollastumist IPDA-ga kõvendatud epoksiides?
Kollastumine on peamiselt seotud IPDA sekundaarsete amiinide oksüdatsiooniga, mis viib kromofooride tekkimiseni, neelates nähtavat valgust ja põhjustades värvimuutuse.
Kuidas UV-kiirgus mõjutab IPDA-põhiseid materjale?
UV-kiirgus käivitab fotooksüdatsiooni, tekivad kinonimiidid, mis neelavad sinist valgust, põhjustades kollastumise, eriti materjali pinnal.
Kas kollastumisprotsessi saab aeglustada või takistada?
Jah, LyCA-modifitseeritud kõvendusainete kasutamine võib oluliselt vähendada kollastumist, parandades UV-stabiilsust ja lisades oksüdatsiooni takistavaid aineid.