Az IPDA hatása a megkötött epoxi színstabilitására

Az IPDA általi sárgulás okai: kémiai és környezeti tényezők

Az IPDA alifás diaminszerkezete és a kromofor képződés útvonalai

A fő oka annak, hogy az IPDA (izoforondiamin) sárgulást okoz, a speciális alifás, elágazó szerkezetével kapcsolatos, különösen azokkal a szekunder amincsoportokkal, amelyeket benne találunk. Amikor ez az anyag hőnek, fénynek vagy egyszerűen csak oxigénnek van kitéve, az aminok oxidálódni kezdenek. A következő folyamat elég érdekes – konjugált kettős kötések és karbonilcsoportok jönnek létre, amelyek gyakorlatilag kisméretű, színt okozó egységekké, úgynevezett kromoforokká válnak. Ezek a szerkezetek elnyelik a látható fényt kb. 400–500 nanométeres hullámhosszon, emiatt látjuk a sárgásbarna elszíneződést. Megjegyzendő, hogy amikor hét vagy több ilyen kettős kötés sorakozik egymás után, az abszorpció különösen erőssé válik. Egy másik tényező, ami az IPDA ellen dolgozik, a térbeli akadályozottság (sterikus gátlás), amely miatt az IPDA még érzékenyebb a szabad gyökökre, mint az egyenes láncú alifás aminok. Ez felgyorsítja a színt okozó szerkezetek kialakulását. Például, ha IPDA-t tartalmazó anyagok kb. 80 °C-on 500 órán át állnak, tesztek szerint a színváltozás (Delta E-ben mérve) 3–5 egységgel nő, elsősorban a karbonilcsoportok idővel történő felhalmozódása miatt.

Termikus öregedés vs. UV-sugárzás: Az IPDA okozta sárgulás különböző mechanizmusai

Az IPDA által kikötött epoxidok sárgulása alapvetően eltérő utakon megy végbe, attól függően, hogy milyen környezeti tényezők érik őket:

Amikor a anyagok hőbomlásnak vannak kitéve, oxidatív láncszakadás nevű folyamat révén történik ez, amely sok karbonilcsoportot hoz létre a kromoforokban. A páratartalom tovább súlyosbítja a helyzetet, mivel elősegíti a hidrolízis reakciók lejátszódását. Másrészt UV-sugárzás hatására mást tapasztalunk. Az UV-fény fényoxidációt indít el, amely kifejezetten az IPDA-molekulák másodlagos amincsoportjait támadja meg, kinonimín vegyületeket képezve, amelyek erősen elnyelik a kék színű fényt. Ez a bomlási forma különösen problémás a szabadban használt termékek esetében. A QUV-kamrákkal végzett tesztelés szintén jelentős színváltozásokat mutat. Már 500 órás expozíció után a Delta E értékek gyakran 10 egység fölé emelkednek, ami vizuálisan már jól észrevehető. Egy fontos különbség, amit meg kell említeni, az e két bomlási típus fizikai megjelenése. A hő okozta sárgulás egyenletesen terjed az egész anyagon belül, míg az UV-sugárzás okozta károsodás elsősorban a felületen marad, és általában egyértelmű csökkenéssel jár a felületi fényesség mérési értékeiben.

UV-lébonthatósági dinamika IPDA-által kikötött epoxi gyantákban

Szekunder aminok fotookszidációja és kinon-imin felhalmozódás

Amikor a fényérzékeny anyagok ultraviola fénnyel érkeznek kapcsolatba, érdekes dolog történik az IPDA-molekulák másodlagos amincsoportjaival. Ezek fotookszidációs folyamatokon mennek keresztül, amelyek során Norrish-típusú reakciók nevű tudományos folyamatok során sárgás színű vegyületek, úgynevezett kinon-imin kromoforok keletkeznek. A probléma súlyosbodik, ha karbonil-szennyeződések is jelen vannak. Ezek gyakran a gyártási folyamat során visszamaradó nyomokból származnak, vagy az anyagok öregedése során alakulnak ki kezdetben. Ami ezután következik, az elég drámai – ezek a szennyeződések hidrogénatomokat vonzanak a közeli aminhelyekről, instabil gyököket hozva létre, amelyek gyorsan stabil, tartós kinon-iminné alakulnak kiterjedt konjugációval. A tényleges teszteredmények vizsgálata riasztó dolgokat is feltár. Már 500 óra elteltével QUV-tesztkörülmények között az FTIR-elemzés több mint 60%-os aminveszteséget mutat. És mi a legrosszabb? Ezek a nagy energiájú UV-B és UV-C hullámhosszak jelentősen felgyorsítják ezen kémiai lebomlási folyamatok sebességét.

A fényvesztés, ΔE és kromofor sűrűség korrelációja gyorsított QUV vizsgálatok során

Az ASTM G154 QUV időjárásállósági tesztek összefüggéseket tárnak fel az optikai degradációs mutatók között IPDA-szerint kikeményített rendszerekben:

• A fényesség (60°) kb. 40%-kal csökken 300 óra alatt – a felületi mikrorepedezést okozó fotooxidatív stresszhez köthető
• a ΔE eléri az 15 egységet 1000 órára, amelynek több mint 90%-a a sárgulás növekedéséből származik (b* koordináta)
• A kromofor sűrűség – UV-Vis spektroszkópia segítségével meghatározva – lineáris korrelációt mutat (R² = 0,92) a ΔE-vel, megerősítve a kinon-iminek domináns szerepét a sárgulásban
  Fontos megjegyezni, hogy a minták, amelyek a kezdeti fényességük több mint 85%-át megőrzik, állandóan ΔE < 8 értéket mutatnak, így a felületi integritás a színstabilitás gyakorlati, valós idejű indikátora

Az IPDA-hoz kapcsolódó sárgulás csökkentése: módosított amin alternatívák teljesítménye

LyCA-módosított keményedési segédanyagok 40–60%-kal csökkentik a ΔE-t 1000 órás QUV után (ASTM D4329)

Az IPDA kötőanyagok hajlamosak elég gyorsan elsárgulni napfény hatására, annak köszönhetően, hogy alifás diamineik mennyire reaktívak. Itt jön képbe a fényálló cikloalifás amin, amely LyCA vegyületek formájában merev gyűrűszerkezettel rendelkezik, így valójában megakadályozza az oxidatív lebomlást. Emellett speciális összetevőket is tartalmaz, amelyek UV-fényt nyelnek el és szabad gyökök ellen védekeznek, megelőzve a színváltozásokat még mielőtt bekövetkeznének. Az ASTM D4329 szerinti tesztelési eredmények szerint a LyCA-val kezelt anyagok kb. 40–60 százalékkal jobb színállóságot mutatnak, mint a hagyományos IPDA, miután 1000 órán keresztül voltak QUV időjárásállósági készülékben. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a színek sokkal tovább maradnak frissek, a fényességérték 80% felett stabilan tartva, míg a nem kezelt minták gyorsan leromlanak. A csoda itt nem abban rejlik, hogy teljesen eltávolítják az IPDA-t. Ehelyett a gyártók a reakciót módosítják, térbeli akadályozási technikákat alkalmazva, hogy lassítsák az oxidációs folyamatokat. Funkcionális adalékokat is bevezetnek, amelyek elkapják a bosszantó szabad gyököket, mielőtt kinon-iminek képződhetnének. Igényes feladatoknál, például ablakok bevonásánál, átlátszó kompozitalkatrészek gyártásánál vagy olyan termékek felületkezelésénél, amelyeknek évekig jól kell kinézniük, a LyCA módosítások valóban nagy különbséget jelentenek abban, hogy hosszú távon is élesek és vonzók maradjanak a felületek, az iparági szabványok szerint.

GYIK szekció

Mi okozza a sárgulást IPDA-val kikötött epoxidokban?

A sárgulás főként az IPDA másodlagos aminjainak oxidációjából adódik, amely krómoforok képződéséhez vezet, és így látható fény elnyelésével színeződést eredményez.

Hogyan befolyásolja az UV-sugárzás az IPDA-alapú anyagokat?

Az UV-sugárzás fotooxidációt indít el, amely kinoniminek képződését eredményezi, és ezek a kék fénytartomány elnyelésével sárguláshoz vezetnek, különösen az anyag felületén.

Lehet lassítani vagy megelőzni a sárgulási folyamatot?

Igen, a LyCA-módosított kikötőszerek használata jelentősen csökkentheti a sárgulási folyamatot azáltal, hogy növelik az UV-állóságot, valamint antioxidáns adalékokkal gátolják az oxidációt.