EN
De ce IPDA favorizează îngălbenirea: Factori chimici și ambientali
Structura diaminei alifatice IPDA și căile de formare a cromoforilor
Motivul principal pentru care IPDA (diamina izoforonă) provoacă îngălbenirea este legat de structura sa specială, alifatică și ramificată, în special de grupările de amină secundară pe care le conține. Atunci când această substanță este expusă la căldură, lumină sau pur și simplu la oxigen din atmosferă, amina începe să se oxideze. Următorul pas este destul de interesant – se formează legături duble conjugate împreună cu grupări carbonil, care devin practic agenți coloranți mici, numiți cromofori. Aceste structuri absorb lumina vizibilă în domeniul aproximativ de 400 până la 500 nanometri, motiv pentru care observăm o decolorare de la galben la maroniu. Un aspect demn de menționat este că atunci când există șapte sau mai multe dintre aceste legături duble aliniate consecutiv, absorbția devine foarte puternică. Un alt factor care acționează împotriva IPDA este ceva numit impedanță sterică, ceea ce o face chiar mai vulnerabilă la radicalii liberi decât ar fi aminii alifatici cu lanț liniar. Acest lucru determină formarea structurilor colorante să aibă loc mai rapid. De exemplu, dacă materialele care conțin IPDA sunt păstrate la aproximativ 80 de grade Celsius timp de 500 de ore, testele arată că schimbarea de culoare (măsurată ca Delta E) crește cu 3-5 unități, în principal datorită acumulării continue a grupărilor carbonil în timp.
Îmbătrânire termică vs. Expunere la UV: Mecanisme distincte ale îngălbenirii induse de IPDA
Epoxizii întăriți cu IPDA îngălbenesc prin căi fundamental diferite în funcție de stresul ambiental:
| Mecanism | Cromoforii principali | Factori Principali Influente |
|---|---|---|
| Îmbătrânirea termică | Carbonile, legăturile conjugate | Temperatura (>60°C), oxigenul |
| Expozitie UV | Chinon imine, radicali | Intensitatea UV, umiditatea |
Când materialele suferă degradare termică, acest lucru se întâmplă printr-un proces numit scindare oxidativă a lanțului care produce o mulțime de grupări carbonil în cromofori. Umiditatea agravează situația, deoarece stimulează reacțiile de hidroliză. Pe de altă parte, atunci când sunt expuse la radiații UV, observăm un fenomen diferit. Lumina UV declanșează ceea ce se numește fotooxidare, atacând în mod specific aminele secundare din moleculele IPDA și formând compuși chinon-imină care absorb puternic lungimile de undă ale luminii albastre. Acest tip de degradare tinde să fie cel mai problematic pentru produsele utilizate în aer liber. Testele efectuate cu camere QUV evidențiază și schimbări de culoare destul de semnificative. După doar 500 de ore de expunere, valorile Delta E cresc adesea peste 10 unități, ceea ce este vizibil clar. O diferență importantă de remarcat este modul în care aceste două tipuri de degradare se manifestă fizic. Îngălbenirea termică se răspândește uniform în întregul material, în timp ce deteriorarea provocată de expunerea la UV rămâne în principal la suprafață și este de obicei însoțită de o scădere evidentă a valorilor de luciu superficial.
Dinamica Degradării UV în Rășinile Epoxice Întărite cu IPDA
Fotooxidarea Aminelor Secundare și Acumularea Chinoniminei
Când materialele sunt expuse la lumina ultravioletă, se întâmplă ceva interesant cu aminele secundare din moleculele IPDA. Acestea suferă procese de fotooxidare care creează compuși gălbui numiți cromofori chinon-imină, prin reacții de tip Norrish, cum le numesc oamenii de știință. Problema se agravează atunci când sunt prezenți impurități carbonilice. Acestea provin adesea din urme rămase în urma procesului de fabricație sau apar pe măsură ce materialele îmbătrânesc inițial. Ce se întâmplă în continuare este destul de dramatic — aceste impurități captează atomi de hidrogen de la situsurile amine din apropiere, creând radicali instabili care se transformă rapid în chinon-imine stabile și durabile, cu conjugare extinsă. Analiza rezultatelor reale ne arată și ceva alarmant. După doar 500 de ore în condiții de testare QUV, analiza FTIR evidențiază o pierdere de peste 60% din conținutul de amină. Și ghiciți ce? Acest lucru corespunde perfect creșterii valorilor de culoare b* și unei decolorări galbene vizibile în probe. Cel mai grav? Lungimile de undă UV-B și UV-C cu energie înaltă accelerează foarte mult viteza acestei degradări chimice.
Corelarea pierderii de luciu, ΔE și a densității cromoforilor în testele accelerate QUV
Testele de îmbătrânire ASTM G154 QUV dezvăluie relații solide între metricile de degradare optică în sistemele întărite cu IPDA:
- Luciul (60°) scade cu aproximativ 40% în 300 de ore—datorat microfisurării provocate de stresul fotooxidativ la suprafață
- δE depășește 15 unități la 1.000 de ore, peste 90% din această schimbare fiind determinată de creșterea nuanței de galben (coordonata b*)
- Densitatea cromoforilor—cuantificată prin spectroscopie UV-Vizibil—arată o corelație liniară (R² = 0,92) cu ΔE, confirmând iminele chinonice ca specia dominantă responsabilă de îngălbenire
În mod important, eșantioanele care își mențin peste 85% din luciul inițial au în mod constant valori ΔE < 8, stabilind integritatea suprafeței ca indicator practic și în timp real al stabilității culorii.
Reducerea îngălbenirii legate de IPDA: Performanța agenților de întărire amine modificați
Agentele de întărire modificate cu LyCA reduc ΔE cu 40–60% după 1.000 h QUV (ASTM D4329)
Agentele de vulcanizare IPDA tind să se îngălbenesc destul de repede atunci când sunt expuse la lumina solară, din cauza reactivității diaminelor alifatice. Aici intervin aminele cicloalifatice stabilizate la lumină. Aceste compuși LyCA au structuri rigide inelare care de fapt ajută la prevenirea degradării prin oxidare. În plus, conțin ingrediente speciale care absorb lumina UV și combate radicalii liberi, oprimând schimbările de culoare înainte ca acestea să înceapă. Conform rezultatelor testării ASTM D4329, materialele tratate cu LyCA mențin o stabilitate a culorii cu aproximativ 40–60 % mai bună decât IPDA-ul obișnuit, după ce au stat 1.000 de ore într-un aparat QUV de simulare a condițiilor atmosferice. Practic, acest lucru înseamnă că culorile rămân proaspete mult mai mult timp, iar nivelul de luciu se menține peste 80%, în timp ce eșantioanele netratate se deteriorează rapid. Magia nu constă aici în eliminarea completă a IPDA-ului. În schimb, producătorii ajustează modul în care acesta reacționează, folosind tehnici de impedanță sterică pentru a încetini procesele de oxidare. De asemenea, adaugă aditivi funcționali care captează acei neplăcuți radicali înainte ca ei să poată forma iminele chinonice deranjante. Pentru lucrări dificile, cum ar fi acoperirea ferestrelor, fabricarea pieselor compozite transparente sau finisarea produselor care trebuie să arate bine ani de zile, aceste modificări LyCA fac cu adevărat diferența în menținerea aspectului impecabil pe termen lung, conform standardelor industriale reale.
Secțiunea FAQ
Ce cauzează îngălbenirea în rășinile epoxidice întărite cu IPDA?
Îngălbenirea este cauzată în principal de oxidarea aminelor secundare din IPDA, ceea ce duce la formarea de cromofori care absorb lumina vizibilă, rezultând în decolorare.
Cum afectează expunerea la UV materialele pe bază de IPDA?
Expunerea la UV declanșează fotooxidarea, formând imine chinonice care absorb lungimile de undă ale luminii albastre, ducând la îngălbenire, mai ales la suprafața materialului.
Poate fi încetinit sau prevenit procesul de îngălbenire?
Da, utilizarea agenților de întărire modificați cu LyCA poate reduce semnificativ procesul de îngălbenire prin creșterea stabilității la UV și incorporarea de aditivi care inhibă oxidarea.