EN
Miksi IPDA edistää keltaistumista: kemialliset ja ympäristötekijät
IPDA:n alifaattisen diamini-rakenteen ja kromoforien muodostumispolut
Pääsyy, miksi IPDA (isoforonidiamiini) aiheuttaa kellastumista, liittyy sen erityiseen alifaattiseen, haaroittuneeseen rakenteeseen, erityisesti niihin sekundääriamiiniryhmiin, joita siinä esiintyy. Kun tätä ainetta altistetaan lämmölle, valolle tai tavalliselle ilmalle, kyseiset amiinit alkavat hapettua. Seuraavaksi tapahtuu melko mielenkiintoinen reaktio – muodostuvat konjugoituneet kaksoissidokset yhdessä karbonyyliryhmien kanssa, jotka toimivat pienten väriaivojen eli kromafoorien tavoin. Nämä rakenteet absorboivat näkyvää valoa noin 400–500 nanometrin aallonpituudella, minkä vuoksi havaitsemme juuri tuon kellertävän tai ruskehtavan värjäytymisen. Huomionarvoista on, että kun seitsemän tai useampi näistä kaksoissidoista on peräkkäin, absorptio muuttuu erittäin voimakkaaksi. Toinen tekijä, joka haittaa IPDAA, on ns. tilallinen estyvyys (steric hindrance), joka tekee siitä jopa herkemmän vapaille radikaaleille kuin suoraketjuisille alifaattisille amiineille. Tämä puolestaan nopeuttaa väriaivojen muodostumista. Esimerkiksi jos IPDAA sisältäviä materiaaleja säilytetään noin 80 asteessa Celsius-asteikolla 500 tuntia, testit osoittavat, että värimuutos (mitattuna Delta E:nä) nousee 3–5 yksikköä, pääasiassa karbonyyliryhmien kertymisen vuoksi ajan myötä.
Lämpövanheneminen vs. UV-altistus: IPDA:n aiheuttaman keltaisumisen erilaiset mekanismit
IPDA:lla kovetetut epoksidit kellastuvat perustavanlaatuisesti eri reittejä pitkin riippuen ympäristövaikutteesta:
| Järjestely | Pääasialliset väriaineet | Keskeiset vaikuttavat tekijät |
|---|---|---|
| Lämpöikäännyminen | Karbonyylit, konjugoituneet sidokset | Lämpötila (>60 °C), happi |
| UV-vedonlyönti | Kinoni-iminit, radikaalit | UV-intensiteetti, kosteus |
Kun materiaalit käyvät läpi termisen hajoamisen, se tapahtuu hapettuman ketjureaktiona, joka tuottaa runsaasti karbonyyliryhmiä kromoforeihin. Kosteus pahentaa tilannetta, koska se edistää hydrolyysireaktioita. Toisaalta UV-säteilylle altistuessaan havaitaan jotain muuta: UV-valo käynnistää ns. foto-oksidaation, joka kohdistuu erityisesti IPDA-molekyylien sekundääriamiineihin ja luo kinoni-imini-yhdisteitä, jotka vahvasti absorboivat sinisen valon aallonpituuksia. Tämäntyyppinen hajoaminen on usein erityisen ongelmallista ulkona käytettävissä tuotteissa. QUV-kammioilla testattaessa ilmenee myös melko merkittäviä värimuutoksia. Vasta 500 tunnin altistumisen jälkeen Delta E -arvot nousevat usein yli 10 yksikköä, mikä on visuaalisesti selvästi havaittavissa. Yksi tärkeä ero, johon kannattaa kiinnittää huomiota, liittyy näiden kahden hajoamistyypin fyysiseen ilmenemismuotoon. Lämpöaiheutunut kellastuminen leviää tasaisesti koko materiaalin läpi, kun taas UV-altistumisen aiheuttama vaurio pysyy pääasiassa pinnalla ja liittyy yleensä selvään pinnan heijastuskyvyn alenemiseen.
UV-hajoamisen dynamiikka IPDA-kovetuissa epokseissa
Toissijaisten amiinien valo-oksidaatio ja kinoni-iminien kertyminen
Kun materiaalit altistuvat ultraviolettivalolle, tapahtuu jotain mielenkiintoista IPDA-molekyylien sekundääriamiineille. Ne käyvät läpi valo-oksidaatioprosesseja, joiden seurauksena syntyy keltaisia yhdisteitä, joita tiedemiehet kutsuvat kinoni-imini-kromafooreiksi Norrish-tyypin reaktioiden kautta. Ongelma pahenee, kun mukana on karbonyylipuhtauksia. Nämä ovat usein jäljellä jääneitä jäämiä valmistusprosessista tai kehittyvät ajan myötä materiaalien vanhetessa. Seuraavaksi tapahtuu melko dramaattista: nämä epäpuhtaudet irrottavat vetyatomeja läheisistä amiiniryhmistä, luoden epästabiileja radikaaleja, jotka muuttuvat nopeasti stabiileiksi, pitkäikäisiksi kinoni-imineiksi, joilla on laaja konjugaatio. Katsottaessa todellisia testituloksia huomataan myös hälyttävää: jo 500 tunnin kuluttua QUV-testiolosuhteissa FTIR-analyysi paljastaa yli 60 %:n amiinipitoisuuden menetyksen. Ja arvaa mitä? Tämä täsmää täysin kasvavien b*-väriarvojen ja havaittavan keltaisen värimuutoksen kanssa näytteissä. Pahin osa? Nuo korkean energian UV-B- ja UV-C-aallonpituudet kiihdyttävät kaiken tämän kemiallisen hajoamisen nopeutta merkittävästi.
Kiillonmenetyksen, ΔE:n ja kromoforitiheyden korrelaatio kiihdytetyssä QUV-testauksessa
ASTM G154 QUV-säästötestit paljastavat vahvat yhteydet optisten hajoamisen mittareiden välillä IPDA-kovettuvissa järjestelmissä:
- Kiilto (60°) laskee noin 40 %:lla 300 tunnin kuluessa – aiheutuu pintakerroksen mikrissä, jotka syntyvät valo-oksidaatiosta aiheutuvan rasituksen seurauksena
- δE ylittää 15 yksikköä 1 000 tunnin jälkeen, ja yli 90 % muutoksesta johtuu kasvaneesta keltaisyydestä (b*-koordinaatti)
- Kromoforitiheys – mitattuna UV-VIS-spektroskopian avulla – osoittaa lineaarisen korrelaation (R² = 0,92) ΔE:n kanssa, mikä vahvistaa kinoni-iminien olevan pääasiallinen keltaistumisen aiheuttaja
Tärkeää on, että ne näytteet, jotka säilyttävät yli 85 % alkuperäisestä kiilostaan, pitävät johdonmukaisesti ΔE:n alle 8, mikä tekee pintarakenteen eheystä käytännölliseksi reaaliaikaiseksi indikaattoriksi värien stabiilisuudelle.
IPDA-peräisen keltaistumisen hillitseminen: Muunnettujen amiinivaihtoehtojen suorituskyky
LyCA-muunnetut kovetusaineet vähentävät ΔE:tä 40–60 %:lla 1 000 tunnin QUV-testin (ASTM D4329) jälkeen
IPDA-kovettajat suuntautuvat melko nopeasti keltaisiksi auringonvalossa alifaattisten diamiinien reaktiivisuuden vuoksi. Tässä kohtaa valonsuojatut sykloalifaattiset amiinit tulevat tarpeeseen. Näillä LyCA-yhdisteillä on jäykkiä renkaita, jotka estävät hajoamista hapettumisen seurauksena. Lisäksi ne sisältävät erityisiä ainesosia, jotka absorboivat UV-säteilyä ja torjuvat vapaita radikaaleja, estäen värimuutoksia jo ennen niiden alkamista. ASTM D4329 -testitulosten mukaan LyCA:lla käsitellyt materiaalit säilyttävät noin 40–60 prosenttia paremman värinvakaumuksen verrattuna tavalliseen IPDA:han 1 000 tunnin jälkeen QUV-säätyypössä. Käytännössä tämä tarkoittaa, että värit pysyvät tuoreina paljon pidempään ja loistetasot pysyvät yli 80 %:n tasolla, kun taas käsittelemättömät näytteet hajoavat nopeasti. Taikuus ei kuitenkaan piile siinä, että IPDA poistettaisiin kokonaan. Sen sijaan valmistajat säätävät sen reaktiota käyttämällä steristä estoilmiötä hidastamaan hapettumisprosesseja. He lisäävät myös toiminnallisia lisäaineita, jotka sieppaavat häiritsevät radikaalit ennen kuin ne voivat muodostaa ärsyttäviä kinoni-imiinejä. Vaativissa sovelluksissa, kuten ikkunoiden pinnoituksessa, läpinäkyvien komposiittiosien valmistuksessa tai tuotteiden viimeistelyssä, joille vaaditaan hyvää ulkonäköä vuosikymmeniksi, nämä LyCA-muunnokset tekevät todellista eroa siinä, että asiat pysyvät terävinä ajan mittaan alan normien mukaan.
UKK-osio
Mikä aiheuttaa keltaistumista IPDA-kovuilla epokseissa?
Keltaistuminen johtuu pääasiassa IPDA:ssa olevien sekundaariamiinien hapettumisesta, mikä johtaa kromafoorien muodostumiseen, jotka absorboivat näkyvää valoa ja aiheuttavat värimuutoksen.
Miten UV-säteily vaikuttaa IPDA-pohjaisiin materiaaleihin?
UV-säteily käynnistää valohapettumisen, jolloin muodostuu kinoni-imiinejä, jotka absorboivat sinisen valon aallonpituuksia ja johtavat keltaistumiseen, erityisesti materiaalin pinnalla.
Voidaanko keltaistumisprosessia hidastaa tai estää?
Kyllä, LyCA-muunnettujen kovetteiden käyttö voi merkittävästi vähentää keltaistumista parantamalla UV-stabiiliutta ja sisällyttämällä lisäaineita, jotka estävät hapettumista.