EN
Kāpēc IPDA veicina dzeltēšanu: ķīmiskie un vides faktori
IPDA alifātiskā diamīna struktūra un hromoforu veidošanās ceļi
Galvenais iemesls, kāpēc IPDA (izoforona diamīns) izraisa dzeltēšanu, saistīts ar tā īpašo alifātisko, zarojošo struktūru, īpaši tiem sekundārajiem amīngrupām, kurus tajā var novērot. Kad šī viela tiek pakļauta siltumam, gaismai vai vienkārši gaisa skābeklim, šīs amīngrupas sāk oksidēties. Turpmāk notiek diezgan interesants process — veidojas konjugētas dubultsaites kopā ar karbonilgrupām, kas būtiski kļūst par maziem krāsas radītājiem, ko sauc par hromoforiem. Šīs struktūras uzsūc redzamo gaismu apmēram 400 līdz 500 nanometru diapazonā, tāpēc mēs redzam dzeltenīgu līdz brūnīgam nokrāsu. Vērts atzīmēt, ka, kad septiņas vai vairāk šādu dubultsaite ir savienotas pēc kārtas, absorbcija kļūst ļoti spēcīga. Cits faktors, kas nav labvēlīgs IPDA, ir tā saucamā steriskā aizsegtība, kas padara to pat vēl jutīgāku pret brīvajiem radiāļiem salīdzinājumā ar taisniķedējas alifātiskajiem amīniem. Tas paātrina krāsas radītāju struktūru veidošanos. Piemēram, ja materiāli, kas satur IPDA, atrodas aptuveni 80 grādos pēc Celsija 500 stundas, testi rāda, ka krāsas maiņa (mērīta kā Delta E) palielinās par 3 līdz 5 vienībām, galvenokārt tāpēc, ka laika gaitā uzkrājas karbonilgrupas.
Termiskā novecošana pret UV starojumu: atšķirīgi IPDA izraisītas dzeltēšanas mehānismi
IPDA cietējošie epoksīdi dzeltē pavisam atšķirīgos veidos atkarībā no vides stresa:
| Mehanisms | Primārie hromofori | Galvenie ietekmējošie faktori |
|---|---|---|
| Termiskā novecošana | Karbonīli, konjugētās saites | Temperatūra (>60°C), skābeklis |
| UV starojums | Hinona imīni, radiāļi | UV intensitāte, mitrums |
Kad materiāli pakļauti termiskai degradācijai, tā notiek oksidatīvas ķēdes pārrāvuma procesa rezultātā, kas rada lielu daudzumu karbonilgrupu hromoforos. Mitrums situāciju pasliktina, jo veicina hidrolīzes reakcijas. Savukārt, kad tiek eksponēts UV starojums, novēro kaut ko citu. UV gaisma izraisa tā saucamo fotooksidāciju, kas specifiski iedarbojas uz sekundārajām aminēm IPDA molekulās un veido kinonimīna savienojumus, kuri aktīvi absorbē zilās gaismas viļņa garumus. Šāda veida degradācija parasti ir visproblēmātiskākā produktiem, kurus izmanto ārpus telpām. Testēšana ar QUV kamerām atklāj arī diezgan ievērojamas krāsas izmaiņas. Pēc tikai 500 stundu ilgas ekspozīcijas Delta E vērtības bieži pārsniedz 10 vienības, kas vizuāli ir diezgan redzams. Viens svarīgs atšķirības aspekts, kas pelna minēšanu, ir tas, kā šie divi degradācijas veidi fiziski izpaužas. Termiskā pageltonēšanās izplatās vienmērīgi visā materiālā, savukārt bojājumi no UV starojuma parasti koncentrējas virsmā un bieži vien iet roku rokā ar skaidru virsmas spīduma samazināšanos.
UV degradācijas dinamika IPDA-cietētajos epoksīdos
Otru aminu fotooksidācija un chinona imīna uzkrāšanās
Kad materiāli tiek pakļauti ultravioletajam starojumam, ar IPDA molekulās esošajām sekundārām aminēm notiek kaut kas interesants. Tās pakļaujas fotooksidācijas procesiem, kuru rezultātā rodas dzeltenīgas krāsvielas, ko zinātnieki sauc par hinona imīna hromoforiem, Noriša tipa reakciju ceļā. Problema pasliktinās, ja klātesamas karbonilu piemaisījumi. Tie bieži nāk no atlikumiem ražošanas procesā vai veidojas materiālu novecošanās sākotnējā stadijā. Kas notiek tālāk, ir diezgan dramatiski — šie piemaisījumi atņem ūdeņraža atomus no tuvējiem aminogrupu centriem, radot nestabilus radikāļus, kas ātri pārvēršas stabili, ilgstoši pastāvīgos hinonimīnos ar plašu konjugāciju. Reālu testu rezultāti rāda mums arī kaut ko satraucošu. Pēc tikai 500 stundām QUV testēšanas apstākļos FTIR analīze atklāj vairāk nekā 60% aminu saturu zudumu. Un uzminiet kas? Tas pilnīgi sakrīt ar augošajām b* krāsas vērtībām un pamanāmu dzeltēšanu paraugos. Visbriesmīgākais? Augstās enerģijas UV-B un UV-C viļņu garumi patiešām ievērojami paātrina visa šī ķīmiskā sadalīšanās procesu.
Sakarība starp spīduma zudumu, ΔE un hromoforu koncentrāciju paātrinātā QUV testēšanā
ASTM G154 QUV novārdzēšanas testi atklāj stabīlas sakarības optisko degradācijas rādītāju vidū IPDA sistēmās ar cietinātājiem:
- Spīdums (60°) samazinās aptuveni par 40 % pirmajās 300 stundās — šo efektu izraisa mikroplaisas, ko virsmā izraisa fotooksidatīvs stress
- δE pārsniedz 15 vienības pēc 1000 stundām, kamēr vairāk nekā 90 % no šīs izmaiņas ir saistītas ar palielinātu dzeltenumu (b* koordināte)
- Hromoforu koncentrācija — kvantitatīvi noteikta ar UV-Red spektroskopiju — rāda lineāru korelāciju (R² = 0,92) ar ΔE, apstiprinot kinonimīnus kā dominējošo dzelteno vielu
Svarīgi, ka paraugi, kuri saglabā vairāk nekā 85 % sākotnējā spīduma, vienmērīgi uztur ΔE < 8, kas apstiprina virsmas integritāti kā praktisku, reāllaika indikatoru krāsu stabilitātei.
IPDA izraisīta dzeltenuma mazināšana: modificētu aminu alternatīvu veiktspēja
LyCA-modificēti cietinātāji samazina ΔE par 40–60 % pēc 1000 h QUV (ASTM D4329)
IPDA cietinātāji, pateicoties tos reaģējošajiem alifātiskajiem diamīniem, saules gaismā ļoti ātri mēdz pagaisīt. Šeit noder gaisma stabilizēti cikloalifātiskie aminī. Šiem LyCA savienojumiem ir šie stingrie gredzenveida struktūras, kas faktiski palīdz novērst oksidēšanās izraisītu sadalīšanos. Turklāt tie satur speciālas sastāvdaļas, kas absorbē UV starojumu un apkaro brīvos radikāļus, novēršot krāsas maiņu jau pašā sākumā. Saskaņā ar ASTM D4329 testēšanas rezultātiem materiāli, kas apstrādāti ar LyCA, pēc 1000 stundām kvēlspuldzes klimata aparātā (QUV weatherometer) uztur aptuveni par 40 līdz 60 % labāku krāsu stabilitāti salīdzinājumā ar parasto IPDA. Praktiski tas nozīmē, ka krāsas ilgāk saglabā svaigu izskatu, spīdums paliek virs 80%, savukārt neapstrādātie paraugi ļoti ātri sabrūk. Taču šis efekts nav panākts pilnībā atmežot IPDA. Tā vietā ražotāji maina tās reakcijas veidu, izmantojot steriskās aiztures metodes, lai palēninātu oksidācijas procesus. Tie arī pievieno funkcijas piedevas, kas noķer šos nepatīkamos radikāļus, pirms tie var veidot traucējošos hinoņimīnus. Smagākiem uzdevumiem, piemēram, logu pārklājumiem, caurspīdīgu kompozītdetaļu izgatavošanai vai produkta pabeigšanai, kas ilgus gadus jāsaglabā estētiski pievilcīgai, šīs LyCA modifikācijas reāli rada atšķirību, nodrošinot ilgstošu izskatu saskaņā ar faktiskajiem rūpniecības standartiem.
Biežāk uzdotie jautājumi
Kas izraisa dzeltēšanu IPDA cietētā epoksīdos?
Dzeltēšana galvenokārt ir saistīta ar IPDA sekundāro aminu oksidāciju, kas noved pie hromoforu veidošanās, kuri absorbē redzamo gaismu, rezultātā izraisot krāsas maiņu.
Kā UV starojums ietekmē IPDA bāzes materiālus?
UV starojums izraisa foto-oksidāciju, veidojot hinonimīnus, kas absorbē zilās gaismas viļņa garumus, izraisot dzeltēšanu, īpaši materiāla virsmā.
Vai dzeltēšanas procesu var palēnināt vai novērst?
Jā, izmantojot LyCA-modificētus cietinātājus, var ievērojami samazināt dzeltēšanas procesu, uzlabojot UV stabilitāti un iekļaujot piedevas, kas novērš oksidāciju.