EN
Zakaj IPDA povzroča zgoljševanje: kemijski in okoljski dejavniki
Alifatska diaminska struktura IPDA in poti nastanka kromoforov
Glavni razlog, zakaj IPDA (izoforondiamin) povzroča rumenkasto barvo, je njegova posebna alifatska, razvejana struktura, zlasti sekundarna aminska skupina, ki jo vsebuje. Ko je ta snov izpostavljena toploti, svetlobi ali preprosto kisiku, se amini začnejo oksidirati. Nato pride do zanimivega procesa – nastanejo konjugirane dvojne vezi skupaj s karbonilnimi skupinami, ki postanejo majhni barvni centerji, imenovani kromofori. Te strukture absorbirajo vidno svetlobo v območju približno 400 do 500 nanometrov, zato opazimo rumenkasto do rjavkasto spremembo barve. Zanimivost: ko je skupaj sedem ali več takšnih dvojnih vezij, je absorpcija zelo močna. Drug dejavnik, ki deluje proti IPDA, je nekaj, kar imenujemo sterična oviranost, zaradi česar je še bolj ranljiv na prosti radikal kot naravni alifatski amini. To pospeši nastajanje barvnih struktur. Na primer, če materiali, ki vsebujejo IPDA, stojijo pri približno 80 stopinjah Celzija 500 ur, testi kažejo, da se sprememba barve (merjena kot Delta E) poveča za 3 do 5 enot, predvsem zaradi kopičenja karbonilnih skupin s časom.
Toplotno staranje proti UV izpostavljenosti: Različni mehanizmi zavoranja IPDA
Epoksi smole, utrjene z IPDA, zavorijo po popolnoma različnih poteh, odvisno od okoljskega napetosti:
| Mehanizem | Primarni kromofori | Ključni dejavniki, ki vplivajo |
|---|---|---|
| Toplotno staranje | Karbonele, konjugirane vezi | Temperatura (>60°C), kisik |
| UV sevanje | Kinon imini, radikali | Jakost UV sevanja, vlažnost |
Ko materiali podlegajo toplotni degradaciji, se to zgodi prek procesa oksidativnega cepitve verige, ki proizvaja veliko karbonilnih skupin v kromoforih. Vlažnost stvari poslabša, ker spodbuja hidrolizo. Po drugi strani pa, ko so materiali izpostavljeni UV sevanju, opazimo nekaj drugega. UV svetloba sproži tako imenovano fotooksidacijo, ki posebej napada sekundarne aminove v molekulah IPDA in ustvarja spojine kinon imina, ki močno absorbirajo valovne dolžine modre svetlobe. Ta vrsta degradacije je pogosto najbolj problematična za izdelke, uporabljene na prostem. Preizkušanje z QUV komorami razkrije tudi precej pomembne spremembe barve. Že po le 500 urah izpostavljenosti se vrednosti Delta E pogosto povečajo za več kot 10 enot, kar je vidno z golim očesom. Ena pomembna razlika, ki si jo je treba omeniti, je način, kako se ti dve obliki degradacije fizično kažeta. Toplotno zrumenje se enakomerno širi po celotnem materialu, medtem ko ostane škoda zaradi UV sevanja večinoma na površini in običajno prihaja skupaj z jasnim padcem meritev leska površine.
Dinamika UV razgradnje v IPDA-utrdjenih epoksidih
Fotooksidacija sekundarnih aminov in kopičenje kinon iminov
Ko so materiali izpostavljeni ultravijoličnemu svetlobi, se pri sekundarnih aminih v molekulah IPDA zgodi nekaj zanimivega. Preživljajo procese fotooksidacije, ki ustvarijo rumenkaste spojine, imenovane kromofori kinon imina, prek t.i. Norrish-jevih reakcij. Težava se poslabša, kadar so prisotne karbonilne nečistoče. Te pogosto nastanejo kot ostanki iz proizvodnega procesa ali pa se razvijejo ob staranju materialov. Naprej se dogaja nekaj dramatičnega – te nečistoče odvzamejo atome vodika sosednjim aminskim mestom in tako ustvarijo nestabilne radikale, ki se hitro pretvorijo v stabilne, dolgotrajne kinon imine z obsežno konjugacijo. Če pogledamo dejanske rezultate testov, ugotovimo nekaj alarmantnega. Po le 500 urah pod pogoji QUV testiranja analiza FTIR kaže izgubo več kot 60 % vsebine amina. In kaj menite? To popolnoma ustreza naraščajočim barvnim vrednostim b* ter opaznemu zrumenju vzorcev. Najhujše pa je, da visokoenergijske valovne dolžine UV-B in UV-C bistveno pospešijo hitrost vse te kemijske degradacije.
Povezava izgube leska, ΔE in gostote kromoforov pri pospešenih preskusih QUV
Preskusi vremenske odpornosti po standardu ASTM G154 QUV razkrivajo trdne povezave med merili optičnega degradacije pri sistemih, utrjenih z IPDA:
- Lesk (60°) se zmanjša za približno 40 % v 300 urah—posledica mikropok, ki jih povzroči fotooksidativni napetosti na površini
- δE preseže 15 enot po 1.000 urah, pri čemer več kot 90 % spremembe prispeva povečana rumenkastost (koordinata b*)
- Gostota kromoforov—določena s spektroskopijo UV-Vis—kaže linearno povezavo (R² = 0,92) z ΔE, kar potrjuje kinonimine kot prevladujoče rumene snovi
Pomembno je, da vzorci, ki ohranijo >85 % začetnega leska, dosledno ohranjajo ΔE < 8, s čimer postane celovitost površine praktičen indikator barvne stabilnosti v realnem času.
Zmanjševanje rumenkastosti, povezane z IPDA: učinkovitost modificiranih alternativ aminskih utrdilcev
Utvarjalna sredstva, modificirana z LyCA, zmanjšajo ΔE za 40–60 % po 1.000 h QUV (ASTM D4329)
IPDA utrjevalci precej hitro pozholijo ob izpostavljenosti sončni svetlobi zaradi visoke reaktivnosti njihovih alifatskih diaminov. Tu prijamejo prav svetlobno stabilizirani cikloalifatski amini. Ti spojini LyCA vsebujejo tog strukturni obroč, ki dejansko preprečuje razgradnjo zaradi oksidacije. Poleg tega vsebujejo posebne sestavine, ki absorbirajo UV svetlobo in nevtralizirajo proste radikale, ter tako preprečujejo spremembe barve že v začetku. Glede na rezultate preskusov po standardu ASTM D4329 materiali, obdelani z LyCA, ohranjajo približno 40 do 60 odstotkov boljšo stabilnost barve v primerjavi z navadnim IPDA po 1000 urah v napravi QUV za pospešeno staranje. V praksi to pomeni, da barve ostanejo sveže veliko dlje, sijaj pa se ohranja nad 80 %, medtem ko se neobdelovani vzorci hitro razgradijo. Svetovina te magije sicer ni popolna zamenjava IPDA. Namesto tega proizvajalci spreminjajo njegovo reakcijsko sposobnost z uporabo steričnih ovir, da upočasnijo procese oksidacije. Dodajajo tudi funkcionalne dodatke, ki ujamejo moteče radikale, preden lahko tvorijo motne kinonimine. Pri zahtevnih nalogah, kot so premazi za okna, izdelava prosojnih kompozitnih delov ali končne površine izdelkov, ki morajo dolgo časa lepo izgledati, te modifikacije LyCA resnično prispevajo k temu, da izdelki dolgo časa ohranijo privlačen videz, kar potrjujejo dejanski industrijski standardi.
Pogosta vprašanja
Kaj povzroča rumenkastost pri IPDA-utrdjenih epoksidih?
Rumenkastost je predvsem posledica oksidacije sekundarnih aminov v IPDA, kar vodi do nastanka kromoforov, ki absorbirajo vidno svetlobo in povzročajo spremembo barve.
Kakšen vpliv ima UV sevanje na materiale na osnovi IPDA?
UV sevanje sproži foto-oksidacijo, pri kateri nastanejo kinon imini, ki absorbirajo valovne dolžine modre svetlobe, kar vodi do rumenkastosti, še posebej na površini materiala.
Ali je mogoče proces rumenkastosti upočasniti ali celo preprečiti?
Da, uporaba utrjevalnikov na osnovi LyCA lahko znatno zmanjša rumenkastost tako, da izboljša obstojnost proti UV sevanju ter vključi dodatke, ki preprečujejo oksidacijo.