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耐黄变的原因

黄变的原因:1、聚合物中降解产生碳碳双键,当碳碳双键的数量达到10个以上时产生黄变。

2、引发剂中含有苯环时,苯环被氧化成醌而黄变。

表1低聚物类别产品代号低聚物类别官能基611A - 85 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 2611B - 85 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 26121F - 80 聚酯多元醇,芳香族聚氨酯丙烯酸酯 26130B - 80 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 36131 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 26132 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯 26142H - 80 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯26143A - 80 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯26145 - 100 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯66146 - 100 聚酯多元醇,芳香族聚氨酯丙烯酸酯66147B - 80 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯26148J - 75 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯2615 - 100 聚醚多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯36151 - 100 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯66161 - 100 聚酯多元醇,脂肪族聚氨酯丙烯酸酯6621A - 80 双酚A环氧丙烯酸酯26315 聚酯丙烯酸3通过选用合适的低聚物和单体组合,使用非黄变型光引发剂芳香族聚氨酯丙烯酸低聚物由于其芳香族结构,也是较容易引起黄变的。

采用脂肪族聚氨酯丙烯酸低聚物6145 - 100、6151、6161、611B - 85、6130B -80、6131、6132、6142H - 80、6143B - 80、6147B - 80、6148J - 75则具有优越的耐黄变性质固化涂层,特别是处于户外的涂层经常遭受阳光(主要是长波紫外光和短波可见光)、热、潮湿、氧气、油污、芳烃污染物及其他污染物的作用,可能发生涂层内部聚合物链降解、重排或过度交联等老化行为,表现为涂层光泽度下降、褪色、发黄、粉化、变脆等。

最终使涂层剥落,失去保护作用。

老化早期的黄变行为还将影响涂层的视觉美观效果,这在清漆、白色和轻度着色涂料中非常关键。

虽然涂层的老化可能源自有机涂层网络结构的热反应,也可能由于过度紫外光照射所致,但大多数涂料在研究设计时已充分考虑到耐热性和热稳定性,且相对于聚合物热反应,在保证吸光性能的前提下,光反应的能量利用效率远高于热反应,发生光降解的可能性较大。

因此多数涂层的老化主要来自光老化,涂层交联网络上吸光性基团、组分、或光敏性杂质吸收阳光紫外线后发生上述老化反应,涂层保护、色泽等有效性降低,而且,在一定程度上,聚合物热降解老化反应往往伴随着光氧化反应。

因此,涂层的光稳定化是一项不可或缺的基材保护工程,针对传统溶剂型涂料和热固化涂料的光稳定化研究已有相当多的研究报道,并已经出现了许多成熟的光稳定化措施,主要方法是在涂料配方中添加光稳定助剂,抑制光老化过程,延长涂层的使用寿命光固化涂料涂料是利用紫外线辐照,使涂层中的光敏分子吸收光能,产生活性自由基或阳离子,引发低聚物和活性单体聚合,交联转化为不溶性固态膜。

这类涂料在成膜过程中就已遭受到短波长、高强度的紫外光辐照,光敏活性组分和胺类助剂,以及部分树脂和单体本身具有一定吸收紫外光能力,而且不同材料品种间差异较大,涂料配方设计稍有不慎,就很容易出现固化膜立刻发黄,或者长期光稳定性不佳。

光固化涂料的应用领域虽然在不断扩大,但光老化问题一直是困扰该项先进技术在户外涂装应用的关键,特别是汽车涂装、户外广告牌制作、建筑外饰等,光固化涂料的光稳定化显得格外迫切,国外许多知名公司和国内研究机构都开展了这方面的研究。

第二节光引发体系与黄变光固化涂料在固化前如果显黄色,一般是由配方中的光敏组分、助引发剂及杂质引起的,固化成膜后如果黄度逐渐加深,可能的原因很多,一方面可能由于聚合物本身发生了光降解,使黄变加深,另一方面,也可能是未固化膜内残余的光引发剂及活性胺等物质继续发生光反应,生成有色产物。

因此涉及到光固化涂料黄变问题时,不得不首先讨论光引发剂和活性胺的影响。

光固化涂料配方中吸光性和光反应活泼程度最高的当数光引发剂,由于相对较高的共轭结构,在整个配方中吸光波长一般是最高的,有些常见光引发剂本身在300—400nm波段吸光,使外观成黄色。

活性胺的氮原子有一对孤对电子,合适的电离势使它可以充当理想的供电子助剂,协助光引发剂加速交联固化,与此同时,活性胺也容易遭受到氧的进攻而生成某种形式的有色产物。

一、光引发剂与黄变关于光引发剂对光固化涂层黄变情况的影响曾有过一些报道,OhngemachD3、Schmidt~z3、Filepescu以及MinnlaI等研究小组都做过这方面的早期研究,Hult和Ranby对ITX/甲基二乙醇胺光引发体系的研究表明,大共轭芳酮结构的光引发剂容易引起较强烈的辐照黄变,而只有单边芳基结构的酮类光引发剂黄变倾向较小。

很多裂解型光引发剂具有相对较低的光致黄变倾向,与HMPP结构类似的聚[4—(o—羟异丁酰基)苯乙烯]就是黄变倾向比较小的裂解型光引发剂[4)。

经典的裂解型光引发剂DMPA(1rgacure651)光解产生具有聚合引发活性的苯甲酰自由基和长寿命的二甲氧基苄基自由基,自由基碎片可重排为带有生色团的较高共轭结构的有色产物,如图14—1所示。

.PhCO+O-《OC二一“‘X>《:黄色lR十RH+OCH9PhC04-%/乙√\OCH9图14-1DMPA光引发剂光解产生有色产物Davidson等人研究指出L5/,光引发剂共轭结构中如存在N---甲氨基这样的取代基,辐照黄变倾向一般比较高,同样在活性胺结构中存在这种取代基,也将导致黄变加重。

Allen 等人以丙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(PPTTA,Acti—1ane440)为聚合对象,以未加光引发剂的空白PPTTA膜为参比,考察各种光引发剂作用下,光固化以后涂层颜色的变化,由此可见各种光引发剂本身对光固化涂层的黄变影响,结果见表14—1[63。

表14-1光引发剂名称及光固化总体色差值Aa;光引发剂结构厶正Irgacure651OOCH9仁》—l粕OCH90.31分《O6比辐照黄变,而只有单边芳基结构的酮类光引发剂黄变倾向较小。

活性胺过氧化物与衍生物辐照固化后产生的275nm吸收峰很可能来自o,卢不饱和结构(E、F),该共轭结构中的氮原子通过孤对电子参与共轭,加重了产物吸光性能,色度加深。

这种o,卢不饱和结构性质不稳定,在紫外光持续辐照下分解,黄度逐渐减弱;或于空气环境中吸收水分而发生水解,黄度也将逐渐减弱,这或许能够用以解释为什么有的光固化涂料在辐照固化完成后有明显黄变,而放置一段时间后,黄度大大减轻。

亚胺L14-3(d)刁和烯胺[14—3(c)工对黄变有一定贡献,也是不稳定结构,遇潮气水解。

4—甲基哌嗪加成所得丙烯酸酯化活性胺在大多数引发体系中活性较低,而且光致黄变倾向特别严重,因此在光固化涂料中很少采用这种结构的活性胺。

芦羟乙基仲胺加成的丙烯酸酯化活性胺在辐照完成后初期可能显示出较高黄度,但在短时间内可蜕变为极低的黄度,加之对光聚合较高的促进能力,是一类综合性能较为平衡的丙烯酸酯化活性胺。

可可胺加成物也是一类性能可以接受的促进剂。

二环己基胺与多元丙烯酸酯加成的活性胺光致黄变程度显著低于二直链烷基胺加成产物,这与二环己基胺较少的o—H原子数有关,。

—H原子越少,光照产生过氧化物中间体(A)的可能性越小,但对光固化的促进作用可能也相应降低,当与HMPP或ITX搭配引发多元丙烯酸酯光聚合时,情况确实如此,但与二苯甲酮组合时,却表现出相对较高的引发活性。

不同结构的丙烯酸酯化活性图14-3活性胺过氧化物与衍生物辐照固化后产生的275nm吸收峰很可能来自o,卢不饱和结构(E、F),该共轭结构中的氮原子通过孤对电子参与共轭,加重了产物吸光性能,色度加深。

这种o,卢不饱和结构性质不稳定,在紫外光持续辐照下分解,黄度逐渐减弱;或于空气环境中吸收水分而发生水解,黄度也将逐渐减弱,这或许能够用以解释为什么有的光固化涂料在辐照固化完成后有明显黄变,而放置一段时间后,黄度大大减轻。

亚胺L14-3(d)刁和烯胺[14—3(c)工对黄变有一定贡献,也是不稳定结构,遇潮气水解。

4—甲基哌嗪加成所得丙烯酸酯化活性胺在大多数引发体系中活性较低,而且光致黄变倾向特别严重,因此在光固化涂料中很少采用这种结构的活性胺。

芦羟乙基仲胺加成的丙烯酸酯化活性胺在辐照完成后初期可能显示出较高黄度,但在短时间内可蜕变为极低的黄度,加之对光聚合较高的促进能力,是一类综合性能较为平衡的丙烯酸酯化活性胺。

可可胺加成物也是一类性能可以接受的促进剂。

二环己基胺与多元丙烯酸酯加成的活性胺光致黄变程度显著低于二直链烷基胺加成产物,这与二环己基胺较少的o—H原子数有关,。

—H原子越少,光照产生过氧化物中间体(A)的可能性越小,但对光固化的促进作用可能也相应降低,当与HMPP或ITX搭配引发多元丙烯酸酯光聚合时,情况确实如此,但与二苯甲酮组合时,却表现出相对较高的引发活性。

不同结构的丙烯酸酯化活性胺与不同种类的光引发剂搭配时很可能表现出不同的光引发活性、不同的光致黄变和光氧化倾向,A11en研究小组最近对此课题做了较为系统的研究报道[9J。

在考虑选用何种仲胺与多元丙烯酸酯加成时,应综合评估光固化活性、耐黄变等性能。

活性胺的作用机理非常复杂,目前还很难将结构与引发活性和光致黄变行为系统挂钩,有关的讨沦比较零散。

在二苯甲酮作用下,丙烯酸酯化活性胺的o—H原子至少存在两种竞争历程,其一为活性胺与激发态二苯甲酮之间的夺氢反应,产生o—胺烷基自由基,这对光固化目的来说是有利过程,可直接加成引发丙烯酸酯单体聚合;其二为光诱导下氧分子与。

位C—H键反应生成过氧化物。

当然,按第一历程产生的o—胺烷基自由基也可以和氧分子结合,形成o —胺烷基过氧自由基,过氧自由基从另一叔胺分子上夺取一个n—H原子,产生叔胺过氧化氢(A)和活泼的。

—胺烷基自由基,在消耗氧分子的同时,产生了新的活性自由基,这就是叔胺发挥抗氧阻聚功能的原因。

一般来说,叔胺的电离势越低,氮原子越容易给出电子,从而有利于后续夺氢步骤发生,卢羟基叔胺虽有较高电离势,但庐羟基的协同作用大大加速电子转移历程L10],使叔胺o—H原子更容易失去,客观上抑制了。

位C—H键与氧分子的光氧化作用,黄变倾向得到抑制。

在二甲基胺、二乙基胺和二正丁胺迈克尔加成产物中,氧化历程与夺氢历程竞争可能更加激烈一些,生成胺氧化物的可能性较高,黄变倾向大。

叔胺光解氧化还包括C—N键断裂,形成二烷基胺自由基,如在芳环结构存在下,哪怕是芳环杂质,该自由基可以加成到芳环上,形成生色结构,产生较强吸光效果。

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