อิทธิพลของ IPDA ต่อความคงทนของสีในอีพ็อกซี่ที่ผ่านการบ่มแล้ว

เหตุใด IPDA จึงก่อให้เกิดการเปลี่ยนเป็นสีเหลือง: ปัจจัยทางเคมีและสิ่งแวดล้อม

โครงสร้างไดอะมีนเชิงอะลิฟาติกของ IPDA และเส้นทางการเกิดโครโมฟอร์

เหตุผลหลักที่ทำให้ IPDA (ไอโซฟอโรนไดอะมีน) ก่อให้เกิดการเปลี่ยนสีเหลือง เกิดจากโครงสร้างอัลคิลแบบแยกกิ่งพิเศษของมัน โดยเฉพาะกลุ่มอะมีนรองที่พบในสารนี้ เมื่อสารดังกล่าวถูกเปิดรับต่อความร้อน แสง หรือออกซิเจนตามปกติ อะมีนเหล่านี้จะเริ่มเกิดการออกซิเดชัน สิ่งที่เกิดขึ้นต่อมาค่อนข้างน่าสนใจ นั่นคือ การเกิดพันธะคู่แบบคอนจูเกตพร้อมกับหมู่คาร์บอนิล ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วกลายเป็นตัวก่อสีเล็กๆ ที่เรียกว่า โครโมฟอร์ โครงสร้างเหล่านี้ดูดซับแสงที่มองเห็นได้ในช่วงประมาณ 400 ถึง 500 นาโนเมตร จึงทำให้เราเห็นการเปลี่ยนสีเป็นสีเหลืองไปจนถึงสีน้ำตาล สิ่งหนึ่งที่ควรสังเกตคือ เมื่อมีพันธะคู่เหล่านี้เรียงต่อกันตั้งแต่เจ็ดพันธะขึ้นไป การดูดซับแสงจะเข้มข้นมากยิ่งขึ้น อีกปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลเสียต่อ IPDA คือ สิ่งที่เรียกว่า สเตอริกฮินดรานซ์ (steric hindrance) ซึ่งทำให้มันไวต่อฟรีราดิคัลมากกว่าอะมีนอัลคิลแบบสายตรง จึงทำให้การก่อตัวของโครงสร้างที่ก่อให้เกิดสีเกิดขึ้นได้เร็วกว่า ตัวอย่างเช่น หากวัสดุที่มีส่วนประกอบของ IPDA ถูกทิ้งไว้ที่อุณหภูมิประมาณ 80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 500 ชั่วโมง ผลการทดสอบจะแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของสี (วัดเป็น Delta E) เพิ่มขึ้นระหว่าง 3 ถึง 5 หน่วย โดยเกิดขึ้นส่วนใหญ่เนื่องจากการสะสมของหมู่คาร์บอนิลตลอดระยะเวลาดังกล่าว

การเสื่อมสภาพจากความร้อนเทียบกับการสัมผัสรังสี UV: กลไกที่ต่างกันของการเกิดสีเหลืองจาก IPDA

อีพ็อกซี่ที่ใช้ IPDA เป็นตัวทำให้แข็งตัวจะเกิดสีเหลืองผ่านกลไกที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ขึ้นอยู่กับปัจจัยแวดล้อมที่กระตุ้น:

เมื่อวัสดุเกิดการเสื่อมสภาพจากความร้อน จะเกิดขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่า การแตกตัวของสายโซ่ด้วยออกซิเดชัน ซึ่งจะผลิตหมู่คาร์บอนิลจำนวนมากในโครโมฟอร์ ความชื้นจะทำให้สถานการณ์แย่ลงเนื่องจากกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ในทางกลับกัน เมื่อสัมผัสกับรังสี UV เราจะเห็นปรากฏการณ์ที่แตกต่างกัน เรืองแสง UV จะเริ่มกระบวนการที่เรียกว่า โฟโตออกซิเดชัน โดยโจมตีอะมีนประเภททุติยภูมิในโมเลกุล IPDA โดยเฉพาะ และสร้างสารประกอบควินอนอิไมน์ ซึ่งดูดซับช่วงคลื่นแสงสีฟ้าได้ดี ชนิดของการเสื่อมสภาพนี้มักเป็นปัญหาหลักสำหรับผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานกลางแจ้ง การทดสอบด้วยห้อง QUV ยังแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของสีอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน หลังจากการถูกแผ่รังสีเพียง 500 ชั่วโมง ค่า Delta E มักเพิ่มขึ้นเกิน 10 หน่วย ซึ่งสามารถสังเกตเห็นได้ชัดเจนด้วยตาเปล่า อีกความแตกต่างหนึ่งที่ควรสังเกตคือการแสดงออกทางกายภาพของสองประเภทของการเสื่อมสภาพนี้ การเหลืองจากความร้อนจะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งวัสดุ ในขณะที่ความเสียหายจากรังสี UV มักจำกัดอยู่ที่ผิวหน้า และโดยทั่วไปมาพร้อมกับการลดลงอย่างชัดเจนในการวัดค่าความมันวาวของพื้นผิว

พลวัตการเสื่อมสภาพจากแสงอัลตราไวโอเลตในอีพ็อกซี่ที่ใช้ IPDA เป็นตัวทำให้แข็งตัว

ปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยแสงของอะมีนชนิดรองและการสะสมของควินอนอิไมน์

เมื่อวัสดุได้รับรังสีอัลตราไวโอเลต สิ่งที่น่าสนใจจะเกิดขึ้นกับอะมีนรองในโมเลกุล IPDA ซึ่งจะเกิดกระบวนการโฟโตออกซิเดชัน ทำให้เกิดสารประกอบสีเหลืองที่เรียกว่า โครโมฟอร์ควิโนนิไมน์ ผ่านปฏิกิริยาที่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า ปฏิกิริยานอริช (Norrish-type reactions) ปัญหานี้จะทวีความรุนแรงขึ้นเมื่อมีสิ่งเจือปนของคาร์บอนิลอยู่ด้วย ซึ่งมักเกิดจากสารตกค้างเล็กน้อยในกระบวนการผลิต หรือพัฒนาขึ้นเมื่อวัสดุเริ่มเสื่อมสภาพตามอายุการใช้งาน สิ่งที่เกิดขึ้นต่อมาค่อนข้างรุนแรง—สิ่งเจือปนเหล่านี้จะไปดึงอะตอมไฮโดรเจนจากตำแหน่งอะมีนใกล้เคียง สร้างเป็นอนุมูลอิสระที่ไม่เสถียร ซึ่งเปลี่ยนตัวเองอย่างรวดเร็วเป็นควิโนนิไมน์ที่มีความเสถียรและคงทนถาวร พร้อมโครงสร้างคอนจูเกชันที่ขยายตัวออกไป การพิจารณาผลการทดสอบจริงยังแสดงให้เห็นสิ่งที่น่ากังวลอีกด้วย หลังจากการทดสอบภายใต้เงื่อนไข QUV เป็นเวลาเพียง 500 ชั่วโมง การวิเคราะห์ด้วยเทคนิค FTIR พบว่าปริมาณอะมีนลดลงมากกว่า 60% และทราบไหม? สิ่งนี้สอดคล้องกับค่าสี b* ที่เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน และการเปลี่ยนสีเหลืองที่มองเห็นได้ในตัวอย่าง ส่วนที่แย่ที่สุดคือ ความยาวคลื่น UV-B และ UV-C ที่มีพลังงานสูงนั้นทำให้อัตราการเสื่อมสภาพทางเคมีทั้งหมดนี้เร่งตัวขึ้นอย่างมาก

การสัมพันธ์ระหว่างการสูญเสียความเงา ค่าดีอี (ΔE) และความหนาแน่นของโครโมฟอร์ ในการทดสอบ QUV เร่งสภาพ

การทดสอบความทนทานต่อสภาพอากาศด้วย QUV ตามมาตรฐาน ASTM G154 เปิดเผยความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่างตัวชี้วัดการเสื่อมสภาพทางแสงในระบบปิดผนึกด้วย IPDA:

• ค่าความเงา (60°) ลดลงประมาณ 40% ภายใน 300 ชั่วโมง — เกิดจากไมโครครัคที่ผิวซึ่งเกิดจากความเครียดจากการออกซิเดชันด้วยแสง
• ค่า ΔE เกิน 15 หน่วยภายใน 1,000 ชั่วโมง โดยกว่า 90% ของการเปลี่ยนแปลงมาจากความเหลืองที่เพิ่มขึ้น (พิกัด b*)
• ความหนาแน่นของโครโมฟอร์ — ที่วัดได้จากสเปกโทรสโกปี UV-Vis — แสดงความสัมพันธ์เชิงเส้น (R² = 0.92) กับค่า ΔE ยืนยันว่าไควโนน์ อิไมน์ เป็นสารประกอบหลักที่ทำให้เกิดการเหลือง
  ที่สำคัญ ตัวอย่างที่ยังคงรักษาระดับความเงาไว้มากกว่า 85% ของค่าเริ่มต้น จะรักษาระดับค่า ΔE ต่ำกว่า 8 ได้อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความสมบูรณ์ของผิวเป็นตัวบ่งชี้ที่ใช้งานได้จริงและแบบเรียลไทม์สำหรับความคงตัวของสี

การลดปัญหาการเหลืองที่เกี่ยวข้องกับ IPDA: สมรรถนะของสารแทนที่อะมีนแบบปรับปรุงแล้ว

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ปรับปรุงด้วย LyCA ลดค่า ΔE ลง 40–60% หลังผ่านการทดสอบ QUV เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง (ASTM D4329)

ตัวทำละลาย IPDA มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองค่อนข้างเร็วเมื่อได้รับแสงแดด เนื่องจากความไวต่อปฏิกิริยาของแอลฟาติกไดอะมีน ซึ่งในจุดนี้ไซโคลแอลฟาติกอะมีนที่มีเสถียรภาพต่อแสงจึงเข้ามามีบทบาท สารประกอบ LyCA เหล่านี้มีโครงสร้างเป็นวงแหวนที่แข็งแรง ช่วยป้องกันการเสื่อมสภาพจากการออกซิเดชัน นอกจากนี้ยังมีส่วนผสมพิเศษที่ดูดซับรังสี UV และต้านทานอนุมูลอิสระ จึงสามารถหยุดการเปลี่ยนสีได้ตั้งแต่เริ่มต้น ตามผลการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D4329 วัสดุที่ผ่านการบำบัดด้วย LyCA มีความคงทนของสีดีกว่าวัสดุ IPDA ธรรมดาประมาณ 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ หลังจากวางไว้ในเครื่องจำลองสภาพอากาศ QUV เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง สิ่งที่หมายถึงในทางปฏิบัติคือ สีจะคงความสดใหม่ได้นานขึ้นมาก โดยระดับความเงาจะคงอยู่เกิน 80% ในขณะที่ตัวอย่างที่ไม่ได้รับการบำบัดจะเสื่อมสภาพลงอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ความลับที่นี่ไม่ใช่การกำจัด IPDA ออกไปอย่างสิ้นเชิง แต่ผู้ผลิตจะปรับปรุงการตอบสนองของมันโดยใช้เทคนิคสเตอริกรีซซึ่งช่วยชะลอกระบวนการออกซิเดชัน รวมถึงเติมสารเติมแต่งเชิงฟังก์ชันที่สามารถดักจับอนุมูลอิสระเหล่านี้ก่อนที่จะก่อตัวเป็นควิโนนอิไมน์ที่ก่อให้เกิดปัญหา สำหรับงานที่ต้องการความทนทาน เช่น การเคลือบหน้าต่าง การผลิตชิ้นส่วนคอมโพสิตแบบใส หรือการตกแต่งผลิตภัณฑ์ที่ต้องการคงรูปลักษณ์ที่ดูดีเป็นระยะเวลานาน การปรับปรุงด้วย LyCA เหล่านี้มีความแตกต่างอย่างชัดเจนในการรักษาความสวยงามของผลิตภัณฑ์ให้คงอยู่ยาวนานตามมาตรฐานอุตสาหกรรมจริง

ส่วน FAQ

อะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้เรซินอีพ็อกซี่ที่ใช้ IPDA เป็นตัวทำให้แข็งเกิดการเปลี่ยนเป็นสีเหลือง

การเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเกิดขึ้นหลักจากการออกซิเดชันของแอมีนชนิดทุติยภูมิใน IPDA ซึ่งนำไปสู่การเกิดโครโมฟอร์ที่ดูดซับแสงในช่วงที่ตามองเห็นได้ ทำให้วัสดุเปลี่ยนสี

รังสี UV ส่งผลต่อวัสดุที่ใช้ IPDA อย่างไร

รังสี UV จะกระตุ้นกระบวนการโฟโตออกซิเดชัน ทำให้เกิดควิโนนอิไมน์ที่ดูดซับช่วงคลื่นแสงสีน้ำเงิน ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนเป็นสีเหลือง โดยเฉพาะที่ผิวของวัสดุ

สามารถชะลอหรือป้องกันการเปลี่ยนเป็นสีเหลืองได้หรือไม่

ได้ การใช้ตัวทำให้แข็งที่ปรับปรุงด้วย LyCA สามารถลดกระบวนการเปลี่ยนเป็นสีเหลืองได้อย่างมาก โดยเพิ่มความเสถียรต่อรังสี UV และใช้สารเติมแต่งเพื่อยับยั้งการออกซิเดชัน