¿Cómo mejorar la resistencia a la intemperie de los recubrimientos en polvo mediante antioxidantes y estabilizadores de luz?
Respuesta rápida: Para temas de antioxidantes, absorbentes de UV y HALS, los formuladores generalmente comparan la protección a largo plazo, la estabilidad del proceso y el control del color juntos porque esas prioridades no siempre apuntan al mismo aditivo.
Con el rápido desarrollo de la economía nacional, la aplicación de recubrimiento en polvo en exteriores se está volviendo cada vez más común. Por lo tanto, la resistencia a la intemperie y la durabilidad del recubrimiento en polvo como protección y decoración también están recibiendo cada vez más atención, especialmente la película de recubrimiento de elementos de interior y exterior como techos, paneles de muro cortina, bebederos, aires acondicionados, lavadoras, perfiles de aluminio, etc.
Hay muchos factores que afectan la resistencia a la intemperie de los recubrimientos en polvo, incluidos factores internos como la estructura y el rendimiento de las resinas, agentes de curado, masillas de color y otros aditivos; y factores naturales (factores externos) como el efecto de la luz solar (principalmente UV), la composición de la atmósfera (oxígeno, ozono, humo industrial, etc.), la humedad (incluida la lluvia ácida, la niebla salina, etc.), los cambios de temperatura, etc.
La radiación ultravioleta es la principal causa del envejecimiento natural de los recubrimientos en polvo y el oxígeno de la atmósfera es un factor importante para promover el envejecimiento natural. Bajo la acción de los rayos UV y el oxígeno, desencadena una reacción de oxidación automática del recubrimiento en polvo, es decir, una reacción en cadena de oxidación, que degrada el recubrimiento en polvo. El agua y el calor aceleran esta reacción y desempeñan un papel en la promoción de la fotooxidación.
La película de recubrimiento en polvo tendrá enlaces de cadena débiles y cadenas macromoleculares de estructura dieno durante el proceso de formación, que son propensas a una reacción de degradación oxidativa (envejecimiento) fotoinducida después de la radiación UV, lo que lleva a la decoloración y al caldeo de la película de recubrimiento.
Para inhibir o ralentizar la fotooxidación de la película de recubrimiento, se suele añadir antioxidantes, absorbentes de rayos UV o estabilizadores de luz o una mezcla de los tres.
Investigación sobre la aplicación de antioxidantes
A partir del mecanismo de degradación térmica del oxígeno de los polímeros, se sabe que la degradación térmica del oxígeno de los polímeros es causada principalmente por la aparición de reacciones radicalarias encadenadas desencadenadas por la generación de radicales libres a partir de hidroperóxidos por el calor.
Por lo tanto, la degradación térmica de los polímeros por oxígeno puede inhibirse mediante la captura de radicales y la descomposición del hidroperóxido, como se muestra en la Figura 1.Entre ellos, los antioxidantes se utilizan ampliamente para la inhibición de la oxidación mencionada anteriormente.
Los antioxidantes (o estabilizadores térmicos) son aditivos que se utilizan para inhibir o retrasar la degradación de los polímeros por la acción del oxígeno o del ozono en la atmósfera, y son los aditivos más utilizados en materiales poliméricos.
Los recubrimientos en polvo están sujetos a degradación térmica por oxígeno después de hornearse a altas temperaturas o luz solar, el envejecimiento, el amarillamiento y otros fenómenos afectan seriamente la apariencia y el rendimiento del producto, para prevenir o reducir la aparición de esta tendencia, generalmente se usa la adición de antioxidantes o estabilizadores térmicos para lograrlo.
Los antioxidantes se pueden dividir en tres categorías principales según su función (es decir, el comportamiento de intervención del proceso químico de oxidación automática).
La primera categoría se llama antioxidantes terminadores de cadena, que principalmente capturan o eliminan los radicales libres generados por la autooxidación de polímeros.
La segunda categoría se denomina antioxidantes de tipo descomponedor de hidroperóxido, principalmente para inducir la descomposición de hidroperóxidos de tipo no radical en polímeros.
La tercera categoría se llama antioxidantes de tipo pasivador de iones metálicos, que pueden formar un quelato estable con iones metálicos dañinos, mitigando así el efecto catalítico de los iones metálicos en el proceso de autooxidación del polímero.
El primero de los tres tipos de antioxidantes se denomina antioxidante principal, principalmente bloqueadores de fenol, aminas seco-aromáticas; la segunda y tercera categoría se denominan antioxidantes auxiliares, fosfito, sales metálicas de ditiocarbamato, etc. Para obtener un recubrimiento estable que cumpla con los requisitos de la aplicación, generalmente se elige una variedad de compuestos antioxidantes.
La siguiente prueba utiliza diferentes compuestos antioxidantes agregados a la formulación de recubrimiento en polvo, después de rociar y curar, se prepara la muestra y se mide el valor b en el mismo espesor de película con un colorímetro, y el color de la película de recubrimiento se evalúa utilizando el sistema de color internacional común en polvo CIE Lab (DIN 6174, ISO 10526 y ASTM 2244).
Se puede ver que los resultados de la prueba después de clasificar el color de la película de recubrimiento en orden de sub-incremental a excelente.
1, la formulación básica 1 muestra una gran pérdida de luz, aunque la resistencia al calor del pigmento es buena, pero después de que se forma la película, el análisis es que el pigmento se oxida a alta temperatura y algunos grupos dentro del pigmento reaccionan bajo la acción del oxígeno.
2, el cambio de color de la fórmula 2 y la fórmula 3 es mejor que el de la fórmula 1, pero la mejora no es obvia y la fórmula 3 tiene mejor efecto que la fórmula 2.Después del análisis, el antioxidante evitó una mayor oxidación e hizo que el color cambiara menos, y el efecto del antioxidante 3 fue mejor que el del antioxidante 2. Otra razón puede deberse a que ambos tienen aminas impedidas, previenen la producción del grupo teñido después de la oxidación del pigmento, pero el efecto no es bueno, solo previenen una mayor reacción después de la oxidación parcial, por lo que el efecto no puede alcanzar el mejor.
3, la formulación 4 es mejor que la formulación 3, pero no la mejor. Debido a que el antioxidante fosfito tiene una buena capacidad de protección del color, tiene propiedades reductoras y puede hacer que el pigmento se oxide a alta temperatura para restaurarse rápidamente, por lo que tiene un mejor efecto antioxidante.
4, el efecto logrado por la fórmula 5 es mejor que el de la fórmula 4. Esta fórmula utiliza el antioxidante principal y el antioxidante auxiliar juntos, por lo que no solo detiene la oxidación adicional del pigmento, sino que también restaura el grupo oxidado rápidamente, y el antioxidante auxiliar puede hacer que el grupo colorante producido por el antioxidante principal se vuelva más claro, por lo que tiene un buen efecto sinérgico.
5, el uso de la formulación antioxidante compuesta 6 tiene un efecto de preservación del color significativamente mejor que la formulación 5. El antioxidante 4 es una mezcla de fosfito de alta eficiencia y antioxidante fenólico, y la proporción adecuada de los dos tiene un buen efecto antioxidante.
6, la formulación 7 es mejor que la formulación 6 y el efecto de color es básicamente el mismo que el del pigmento original. La dosis recomendada de antioxidante es del 0,5% al 1,0%, por lo que la dosis de la formulación 6 es significativamente menor. Muestra que el efecto de color se mantiene mejor después de aumentar la dosis del antioxidante compuesto.
7, la prueba de formulación 8 muestra que en el proceso de extrusión y curado de película de recubrimiento en polvo, el uso de antioxidantes puede inhibir eficazmente la resina en el proceso de degradación oxidativa y mejorar la resistencia al impacto.
La formulación al agregar antioxidantes puede aumentar la proporción entre la cara y la base, para lograr el mismo rendimiento sin la adición de antioxidantes cuando la proporción entre la cara y la base es más pequeña. Esto se debe a que la adición de antioxidantes reduce la tendencia a la descomposición de la resina en productos de bajo peso molecular, de modo que las moléculas grandes de resina cubren mejor más cargas, mientras que el rendimiento permanece sin cambios.
8, se pueden ver muestras de películas de recubrimiento blanco de Formulación 10 y Formulación 9, además los antioxidantes pueden inhibir eficazmente el procesamiento de recubrimientos en polvo y el amarilleo del proceso de poscurado, mejorando el rendimiento del color de los recubrimientos en polvo blancos.
Los resultados de las pruebas anteriores muestran que, aunque hay muchos factores que afectan la aparición de oxidación en la película de recubrimiento, como la calidad y el tipo de resina, pigmento, aditivos, diseño de formulación del recubrimiento, proceso de producción, temperatura, atmósfera, humedad y otros factores naturales, la aplicación de antioxidantes adecuados reduce la aparición de esta tendencia.
Investigación sobre la aplicación de estabilizadores de luz.
La degradación de polímeros en presencia de luz y oxígeno se denomina «degradación fotooxidativa». Los estabilizadores de luz, también conocidos como estabilizadores UV, son una clase de aditivos de estabilización que se utilizan para inhibir la degradación fotooxidativa de resinas poliméricas y mejorar la resistencia a la intemperie de las películas de recubrimiento en polvo.
Según los diferentes mecanismos de estabilización, los estabilizadores de luz se pueden dividir en agentes protectores de la luz, absorbentes de rayos UV, agentes de explosión en estado excitado y agentes de captura de radicales libres.
Debido a la diversidad y complejidad de la formulación del recubrimiento en polvo, el proceso de curado y la forma de curado, la conservación y protección de la luz del recubrimiento en polvo es muy importante.
En segundo lugar, el estabilizador de luz es muy eficaz para el ligero envejecimiento del recubrimiento y para prolongar la vida útil de la película de recubrimiento, y la cantidad es muy pequeña, generalmente solo del 0,5% al 1,0% de la formulación total.
Por tanto, la aplicación de fotoprotectores en recubrimientos en polvo para mejorar su resistencia a la intemperie es un método muy sencillo, de bajo coste y muy eficaz.
Según la fórmula de la Tabla 2, se añade fotoprotector al recubrimiento y la muestra de película de recubrimiento se cura mediante pulverización.
El rendimiento de la aplicación de estabilizador de luz se evalúa de la siguiente manera.
1, la resistencia a la intemperie del polvo interior es muy pobre, pero la adición de estabilizadores de luz desempeñará un papel importante.
2, las formulaciones A y D no se agregan al estabilizador de luz, la prueba muestra que son significativamente peores que la muestra agregada al estabilizador de luz.
3, las formulaciones C y F muestran que la cantidad de estabilizador de luz aumenta, la retención de luz y color de la película de recubrimiento tiene una mejora significativa.
4, los resultados de la prueba de horneado muestran que el estabilizador de luz no tiene la capacidad de resistir la temperatura, para resolver la resistencia a la temperatura de la película de recubrimiento se deben agregar aditivos anti-amarilleo.
Investigación sobre la aplicación sinérgica de antioxidante y fotoestabilizador.
A través de la prueba anterior, podemos entender que el envejecimiento de la película de recubrimiento es en realidad el resultado de la acción conjunta de la luz ultravioleta y el oxígeno, y este proceso incluye dos procesos diferentes de fotodegradación y fotooxidación.Sin embargo, los fotoprotectores y los antioxidantes tienen diferentes mecanismos de estabilización en la película de recubrimiento, y se espera que la combinación de dos estabilizadores con diferentes mecanismos de acción logre un mejor efecto de estabilización que un solo estabilizador, es decir, un efecto sinérgico.
Actualmente existen estabilizadores de este tipo en el mercado, lo que también es una tendencia de desarrollo de los estabilizadores. Pero al mismo tiempo aparecerá el efecto sinérgico, dos estabilizadores diferentes entre el efecto aditivo y antagónico.
Por lo tanto, en el caso del antioxidante y estabilizador de luz, es fundamental tener una buena comprensión de las diferentes reacciones entre los dos, solo para dominar el efecto de los dos con la posible reacción química, para diseñar un antioxidante y estabilizador de luz eficaz con el sistema.
Mediante pruebas de envejecimiento acelerado y horneado en la película de recubrimiento, se evalúa el efecto de agregar antioxidantes y estabilizadores de luz a la formulación de recubrimiento en polvo. Las formulaciones de prueba y los resultados se muestran en la Tabla 4 y la Tabla 5.
A través de los resultados de las pruebas se evalúa el estabilizador de luz.
1, la adición de estabilizador de luz desempeñará un papel importante en la resistencia a la intemperie del polvo, pero la resistencia al amarilleo de la película de recubrimiento no cambió.
2, el estabilizador de luz y el antioxidante con la resistencia a la intemperie y la decoloración de la película de recubrimiento tienen un efecto significativo, y la cantidad de ambos es 1:1 cuando es mejor.
3. El estabilizador de luz y el antioxidante tienen un mejor efecto en el sistema HAA.
El uso de fotoprotectores y antioxidantes no es tan sencillo como se describe en el artículo. Según la teoría, el efecto de diferentes fotoprotectores y antioxidantes debe confirmarse mediante más experimentos.
Conclusión
La adición de antioxidantes y estabilizadores de luz a los recubrimientos en polvo puede inhibir y reducir eficazmente la tasa de fotooxidación térmica y de fotooxidación de macromoléculas poliméricas en la producción y aplicación de recubrimientos en polvo, mejorar significativamente la resistencia al calor y a la luz de la película de recubrimiento, retrasar el proceso de degradación y envejecimiento de la película de recubrimiento y extender la vida útil de la película de recubrimiento.
Los estabilizadores de luz y antioxidantes utilizados en recubrimientos en polvo de alto rendimiento, si se usan correctamente, habrá un efecto sinérgico y mejorarán significativamente las propiedades de intemperie de la película de recubrimiento en polvo, especialmente la película de recubrimiento en polvo Super-Duable.
Si se usa incorrectamente, se producirá un efecto aditivo, o incluso un efecto antagónico, que hará que la estabilidad de la película de recubrimiento disminuya. La tendencia de los estabilizadores se desarrollará hacia la multifuncionalidad.
A ruta de selección práctica para paquetes de antioxidantes, absorbentes de UV y HALS
La mayoría de las decisiones sobre estabilizadores funcionan mejor cuando se tratan como decisiones de paquete en lugar de decisiones de un solo producto. Los compradores técnicos suelen obtener la respuesta más sólida al revisar juntos el envejecimiento por calor a largo plazo, la estabilidad del proceso, la exposición a la intemperie y la sensibilidad del color.
- Protección de procesamiento separada para estabilidad a largo plazo: el mejor aditivo para el historial de fusión no siempre es el mismo que brinda la mejor retención de vida útil.
- Utilice la sinergia deliberadamente: muchos sistemas de recubrimiento y polímeros funcionan mejor cuando los estabilizadores primarios y secundarios se combinan intencionalmente.
- Revise los requisitos de color y claridad: Los sistemas transparentes, pálidos, en contacto con alimentos o blancos a menudo necesitan un paquete más ajustado que los productos industriales oscuros.
- Compruebe la condición de envejecimiento real: el calor, los rayos UV, la humedad y la exposición al aire libre pueden cambiar qué ruta estabilizadora es comercialmente más fuerte.
Referencias de productos recomendados
- CHLUMINIT TMO: Un valioso punto de comparación cuando las discusiones sobre un menor amarilleamiento o reemplazo de TPO son importantes.
- CHLUMIAO 168: Una referencia práctica de estabilidad del proceso cuando el control del hidroperóxido importa.
- CHLUMIAO 1010: Un punto de referencia de antioxidante primario ampliamente utilizado para la estabilidad térmica a largo plazo.
- CHLUMILS UV-123: Una sólida referencia de HALS para pantallas centradas en la resistencia a la intemperie en recubrimientos y polímeros.
Preguntas frecuentes para compradores y formuladores
¿Por qué los paquetes de estabilizadores suelen ser más fuertes que un solo aditivo?
Debido a que diferentes productos pueden proteger diferentes partes de la ruta de degradación, el paquete a menudo cubre más riesgos que un solo grado.
¿Agregar más antioxidante o estabilizador UV siempre mejora el rendimiento?
No necesariamente. La sobredosis puede aumentar el costo y, en ocasiones, crear efectos secundarios, por lo que la mayoría de los sistemas funcionan mejor dentro de una ventana de dosificación probada.
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