ההשפעה של IPDA על יציבות הצבע של אפוקסי מעובד

מדוע IPDA מקדם הצהבה: גורמים כימיים וסביבתיים

המבנה של דיאמין אליפטי של IPDA ודרכי היווצרות של כרומופורים

הסיבה העיקרית ש-IPDA (איזופורון דיאמין) גורם להŻelowון קשורה למבנה האליפטי, ענף הייחודי שלו, במיוחד קבוצות האמין המשניות שאנו רואים בו. כשחומר זה נחשף לחום, לאור או לאויר סתם, האמינים מתחילים לעבור חמצון. מה שקורה לאחר מכן הוא די מעניין - הם יוצרים קשרי כפולים צמודים יחד עם קבוצות קרבוניל, שיוצרים למעשה מולקולות קטנות יוצרות צבע הנקראות כרומופורים. המבנים הללו קולטלים אור נראה בטווח של 400 עד 500 ננומטר, ולכן אנו רואים את השינוי הצבעוני הזה מצהוב לبني. דבר שראוי לציון הוא שכשיש שבעה או יותר קשרים כפולים מסודרים יחד, הספיגה נעשית חזקה מאוד. גורם נוסף הפועל נגד IPDA הוא משהו הנקרא הפרעה סטירית, מה שעושה אותו עוד יותר פגיע לרדיקלים חופשיים בהשוואה לאמינים אליפטיים בעלי שרשרת ישרה. זה גורם ליצירת המבנים היוצרים צבע לקרות מהר יותר. למשל, אם חומרים שמכילים IPDA עומדים בטמפרטורה של כ-80 מעלות צלזיוס במשך 500 שעות, מבחנים מראים שהשינוי בצבע (נמדד כ-Delta E) עולה ב-3 עד 5 יחידות, בעיקר בגלל הצטברות הקבוצות הקרבוניל לאורך זמן.

הזדקנות תרמית לעומת חשיפה לקרינת UV: מנגנונים שונים של הצהבה הנגרמת על ידי IPDA

אפוקסיסים עם IPDA מתיזים צבע בדרכים יסודיות שונות בהתאם למתח הסביבתי:

כשחומרים עוברים התדרדרות תרמית, זה קורה דרך תהליך הנקרא שבירת שרשרת חמצנית שמפיק כמויות גדולות של קבוצות קרבוניל בכרומופורים. רטיבות מחמירה את המצב מכיוון שהיא מעודדת תגובות הידרוליזה. מאידך, כשנחשפים לקרינת UV, אנחנו רואים משהו שונה. האור העל-סגול מזמין את מה שידוע בשם פוטואוקסידציה, שמתקיף במיוחד את האמינים המשניים במולקולות IPDA ויוצר את תרכובות הקוינון אימין האלה שסופגות אורכי גל של אור כחול. התדרדרות מסוג זה נוטה להיות בעייתית במיוחד למוצרים המשמשים בחוץ. בדיקה בעזרת מיטרי QUV חושפת גם שינויים צבע משמעותיים למדי. לאחר חשיפה של 500 שעות בלבד, ערכי דלתא E לעתים קרובות קופצים מעל 10 יחידות, מה שנראה לעין באופן ברור. הבדל חשוב אחד שראוי לציין הוא כיצד שני סוגי ההתדרדרות באים לידי ביטוי פיזית._yellowing תרמית מתפשטת באופן אחיד בכל החומר, בעוד הנזק מהחשיפה ל-UV נשאר בעיקר על פני השטח ומביא עמו בדרך כלל ירידה ברורה במדידות הברק של הפנים.

דינמיקה של דעיכה על ידי קרינת UV באתרים אפוקסי עם IPDA

פוטוออกסידציה של אמינים שניוניים וצטברות קינון אימין

כאשר חומרים חשופים לאור אולטרה-סגול, מתרחש משהו מעניין לאמינים המשניים במולקולות IPDA. הם עוברים תהליכי פוטואוקסידציה שיוצרים את התרכובות הצהובות שנקראות כרומופורים מסוג קינון אימין, באמצעות תגובות שקרויות על שם נוריש. הבעיה מחמירה כאשר נוכחות זיהומים של קרבוניל. אלה מופיעים לרוב עקב שאריות בתהליך הייצור או מתפתחים עם ההזדקנות הראשונית של החומרים. מה שקורה לאחר מכן הוא די דרמטי - הזיהומים הללו מסירים אטומי מימן ממוקדי אמין סמוכים, ויוצרים רדיקלים לא יציבים שמ במהרה הפכו לקינון אימינים יציבים ובעלי חיים ארוך, עם צבירה נרחבת. בחינה של תוצאות מבחנים מציאותיות מראה לנו גם משהו מדאיג. לאחר 500 שעות בלבד בתנאי בדיקה ב-QUV, ניתוח FTIR מראה איבוד של למעלה מ-60% מתכולת האמין. והאם אתם יכולים לנחש? זה תואם באופן מושלם לעלייה בערכים של צבע b* ולשינוי צבע צהוב מורגש בדגימות. החלק הגרוע ביותר? אורך הגלים בעלי האנרגיה הגבוהה UV-B ו-UV-C ממש מגבירים את מהירות ההתדרדרות הכימית הזו.

מתאם בין אובדן מראה, ΔE, וצפיפות כרומופור בבדיקות QUV מאיצות

בדיקות עמידות של ASTM G154 QUV מגלות קשרים חזקים בין מדדי התדרדרות אופטית במערכות שאולצות על בסיס IPDA:

• המראה (60°) יורד בכ-40% תוך 300 שעות — הנובע מיקרו cracking שנגרם בשל לחץ פוטואוקסידטיבי על פני השטח
• δE עולה על 15 יחידות לאחר 1,000 שעות, כשמעל 90% מהשינוי נגרם על ידי גידול בצבע צהבהב (שיעור b*)
• צפיפות הכרומופור — שנמדדה באמצעות ספקטרוסקופיית UV-Vis — מציגה מתאם ליניארי (R² = 0.92) עם ΔE, ומאשרת כי קינון אימינים הם המרכיבים הדומיננטיים האחראים להצהבה
  חשוב לציין, דוגמיות שמרו על יותר מ-85% מהמראה הראשוני שלהן שמרו גם על ΔE < 8, ובכך מתקיימת שלמות השטח כמדד פרקטי בזמן אמת ליציבות צבע

הפחתת הצהבה הקשורה ל-IPDA: ביצועים של חומרים חילופיים משנים לאמינים

Agents for curing modified LyCA מקטינים את ΔE ב-40–60% לאחר 1,000 שעות QUV (ASTM D4329)

סוכני קיבוע של IPDA נוטים להפוך לצהובים די מהר כשנחשפים לאור השמש, בגלל היותם של הדיאמינים האליפטיים מאוד פעילים. כאן נכנסת לתמונה חשיבותם של אמינים ציקלו-אליפטיים עם יציבות לאור. התרכובות LyCA הללו מכילות מבנים טבעתיים קשיחים שבעצם עוזרים למנוע פירוק עקב חמצון. בנוסף, הן מכילות מרכיבים מיוחדים שסופגים אור UV ולוחמים נוגדיים חופשיים, ומונעים שינויי צבע עוד לפני שהם מתחילים. לפי תוצאות בדיקה לפי ASTM D4329, חומרים שטופלו באמצעות LyCA שומרים על יציבות צבע טובה ב-40 עד 60 אחוז לעומת IPDA רגיל, לאחר שהושמו במשך 1,000 שעות במתקן QUV לדימות תנאי מזג אוויר. מבחינה מעשית, זה אומר שהצבעים נשארים טריים לאורך זמן רב יותר, כאשר רמות המראה נשמרות מעל 80%, בעוד דוגמיות לא מעובדות פשוט מתפרקות במהירות. הנה הרעיון המפתח כאן אינו הסרת IPDA לגמרי. במקום זאת, יצרנים משנים את אופן ההתגובה שלו באמצעות שימוש בטכניקות של עיכוב סטירי כדי להאט את תהליכי החמצון. הם גם מוסיפים חומרים תוספים פונקציונליים שדוגמים את הרדיקלים הבעייתיים עוד לפני שהם יכולים ליצור את הקוינונים-אימינים המטרידים. עבור עבודות קשות כמו ציפוי חלונות, ייצור חלקים מרוכבים שקופים, או גימור מוצרים שצריכים להיראות טוב לאורך שנים, השיפורים הללו של LyCA באמת עושים הבדל משמעותי בהשארת הדברים יפים לאורך זמן, בהתאם לסטנדרטים תעשייתיים אמיתיים.

שאלות נפוצות

מה גורם לاصفرות באלקופים שמוזגны על בסיס IPDA?

איפורות נגרמת בעיקר מחמצון של אמינים משניים ב-IPDA, מה שמביא להיווצרות כרומופורים שסופגים אור נראה, וגורמת לאפורה.

כיצד חשיפה לקרינת UV משפיעה על חומרים מבוססי IPDA?

חשיפה לקרינת UV מפעילה פוטואוקסידציה, שיוצרת קינון אימינים שסופגים אורכי גל של אור כחול, מה שגורם לאיפורה, במיוחד על פני השטח של החומר.

האם ניתן להאט או למנוע את תהליך האיפורה?

כן, שימוש בסוכני הגשה משנים מסוג LyCA יכול להפחית משמעותית את תהליך האיפורה על ידי שיפור היציבות בפני קרינת UV והוספת תוספים שמונעים חמצון.