عملکرد تینووین ها Tinuvin در رنگ ها و پوشش ها

بازدید: ۱۶۵

عملکرد تینووین ها Tinuvin در رنگ ها و پوشش ها

در طول شش دهه گذشته تخریب و پایدار سازی پوشش ها به عنوان موضوعی مهم در کانون اهمیت علوم و فناوری پوشش ها درآمده است. مواد آلی بنا بر طبیعت خود آمادگی دارند که تحت تأثیر عوامل محیطی گوناگونی، همچون گرما، نور، تشعشع و آب قرار گیرند. تخریب پلیمرها از دیرباز مورد توجه بوده است. از بین رفتن سلولز در چوب، لاستیک در تایر ماشین ها و ترک خوردن و زرد شدن فیلم های پوششی از معدود مثال های معمولی هستند که می توان نام برد. فرآیندهای تخریبی که پوشش ها در حین مصرف دستخوش آنها می شوند، عمدتا شامل تخریب حرارتی، تخریب مکانیکی، تخریب با امواج فراصوت، تخریب با آب (تخریب هیدرولیکی)، تخریب ناشی از آلاینده های شیمیایی، زیست تخریب شدن، تخریب با تشعشع می باشد.

1-پایدارسازی پوشش ها در برابر نور

پوشش ها  زمانی که در شرایط جوی قرار می گیرند با عوامل تخریبی گوناگونی مواجه هستند. بدترین و یا مخرب ترین آنها نور فرابنفش خورشید می باشد که باعث ایجاد نواقصی در فیلم پوشش می شود مثل تغییر رنگ که اولین نشانه تخریب بوده و به دنبال آن ترک ایجاد می شود و با گسترش ترک ها نفوذ عوامل خوردگی مثل آب و اکسیژن و یا سایر یون ها به داخل پوشش به راحتی انجام می گیرد. تقریبا در مورد همه پوشش ها شکلی از پایدارسازی در برابر نور الزامی است تا به قدر کافی در برابر اثرات مخرب نور خورشید محافظت گردند. پایدارسازی پلیمرهایی که به نور حساس هستند. شامل حذف فرآیندهای فوتوفیزیکی و فوتوشیمیایی گوناگونی است که هنگام اکسایش نوری آنها رخ می دهند. بدیهی است که یک پایدارسازی کامل هرگز در مقیاس تجاری انجام نمیگیرد. در بسیاری از مواقع ممکن است که محصولات حاصل از تخریب ضداکسید کننده ها و پایدار کننده های نوری از پایداری نهایی یک ماده بکاهند. اولین تلاش ها در زمینه توسعه پایدارکننده ها در دهه 1920 آغاز شد. در دهه 1950 بطور منسجم در زمینه جاذب های نور فرابنفش فعالیت هایی انجام دادند و به دنبال آن در دهه 1960 تلاش های زیادی در زمینه مواد واسطه انتقال دهنده و یا خاموش کننده های انرژی صورت گرفت. طی سال ها چهار دسته از سیستم های پایدار کننده توسعه یافته اند. این دسته از پایدار کننده ها عمل پایدارسازی را بر مبنای یکی از سازوکارهای زیر انجام می دهند.

- غربال کردن یا صاف کردن پرتو فرابنفش UV screening

- جذب پرتو فرابنفش

- فرونشاندن حالت برانگیخته گونه های برانگیخته شده با پرتو فرابنفش Hydroperoxides decompose

1-1- غربال کردن پرتو فرابنفش

در غربال کردن، حفاظت از طریق رنگدانه ها و یا یک سامانه پوششی انعکاس دهنده صورت می گیرد. دوده سیاه رنگدانه ای است که اغلب در محصولات مورد استفاده در محیط بیرونی گاهی بکار می رود و به دلیل جذب قوی در کل منطقه فرابنفش قادر است از پوشش در مقابل پرتو فرابنفش محافظت کند. دوده سیاه حتی در مقادیر کم (0/05 % wt) هم محافظت خوبی در مقابل واکنش های فوتواکسیداسیون ایجاد می کند، که با افزایش این مقدار تا 5%، محافظت نیزبیشترمی شود. محصولات حاوی دوده سیاه معمولا سیاه رنگ می باشند و این باعث می شود که استفاده از آن برای محصولات متنوع محدود گردد. انواع دیگر رنگدانه ها که از لحاظ شیمیایی خنثی هستند و پرتو فرابنفش را حذف می کنند و ظاهر غیر فعالی دارند شامل: گچ، تالک و الیاف کوتاه شیشه می باشند که فام های قهوه ای و خاکستری ایجاد می کنند. بعضی دیگر از رنگدانه ها، پلیمر را عملا نور فعال می کنند مثل سولفید کادمیوم در پلی اتیلن سبک. رنگدانه های از جمله اکسید تیتانیوم (در فرم غیر فعال فوتوشیمیایی آن، روتال)، اکسیدهای آهن (Fe2O3 , Fe3O4)، اکسید کروم (Cr2O3)، اکسید سرب قرمز (Pb3O4) و اکسید روی (ZnO)، رنگدانه های آزویی، آنتراکینونی و ترکیبات تیو ایندیگوئیدی نیز از جمله رنگدانه های آلی هستند که در این دسته قرار می گیرند. ر نگدانه های متالیک مثل رنگدانه های آلومینیمی که در صنعت خودرویی به میزان زیادی استفاده می شود بازتابنده های قوی پرتو فرابنفش می باشند که می توانند عملکرد محافظتی خوبی از طریق غربال کردن داشته باشند. این دسته از پایدار کننده ها با توجه به ساختار غیر آلی که دارند با دسته وسیعی از پوشش ها سازگاری دارند.

2-1- جذب پرتو فرابنفش

در این روش از رنگدانه هایی که نسبت به نور مرئی شفاف هستند استفاده می شود این رنگدانه ها ظاهر محصول را به خاطر نامرئی بودنشان تغییری نمی دهند و حتی می توان محصولات شفافی حاصل کرد. در مواقع انتقال در ناحیه مرئی 100 درصد و در ناحیه فرابنفش صفر درصد می باشد.پایدار کننده های نوری که در این دسته قر ار می گیرند عمدتا شامل هیدروکسی بنزوفنون ها، هیدروکسی فنیل بنزوتری آزول ها، هیدروکسی فنیل تری آزین ها و مشتقات فنیل سالیسیلات ها می باشند که با نام تجاری تینوین Tinuvin شناخته می شوند. در این نوع پایدار کننده ها انرژی حاصل از جذب نور فرابنفش، باعث تغییر ایزومرهای توتومری (تبدیل فرم فنولی به کینونیث و برعکس) می شود (شکل 1) و این امر منجر به از بین رفتن انرژی جذب شده می شود. این نوع پایدار کننده ها بیشتر در پلی الفین ها استفاده می شوند.

شکل 1- تبدیل فرم فنولی به کینونی

3-1- فرونشاندن حالت بر انگیخته

خنثی سازی حالت برانگیخته روشی دیگر برای پراکنده کردن انرژی جذب شده توسط گروه رنگ ساز می باشند، ولی بر خلاف جاذب های فرابنفش نیاز به ضریب تحریک بالایی در ناحیه 400-300 نانومتر ندارند. تمایل موجود برای واکنش نوری گروه کربونیل است که باعث ایجاد شکاف در زنجیر اصلی پلیمر می شود، این نوع پایدارکننده ها می توانند با خنثی کردن یا بی اثر کردن گونه های کربونیلی تحریک شده باعث جلوگیری از تخریب اکسیداسیونی شوند. فرونشاننده های حالت برانگیخته بطور معمول باعث از بین رفتن یک حالت برانگیخته الکترونی و تبدیل آن به حالت پایه و یا یک حالت برانگیخته الکترونی دیگر می شوند. حضور اتم های سنگین در ساختار پایدار کننده باعث فرو نشاندن حالت برانگیخته می شود، این اتم ها ممکن است به شکل حلال هایی مثل یدید اتیل و یا به صورت اتم های سنگین استخلافی در مولکول باشند. حضور این اتم های سنگین در ساختار، چرخش Spin الکترون در حالت برانگیخته را تغییر می دهد و از این رو سرعت گذر بین سیستمیIntersystem crossing  افزایش می یابد.

2-هیدروکسی بنزوفنون ها ترکیباتی هستند که انرژی جذب شده پرتو فرابنفش را از طریق یک یا تعداد بیشتری از فرآیندهای غیر نوری به گونه ای بی ضرر مثل تبدیل درونی Internal conversion کاهش می دهند. برای مثال 2-هیدروکسی بنزوفنون ها (شکل 1) انرژی جذب شده را با تغییر شکل توتومری کاهش می دهند. بعضی از انواع اولیه جاذب های سالیسیلات آروماتیکی هم که جز این دسته از مواد قرار می گیرند به گونه ای متفاوت ایفای نقش می کنند. به این صورت که ابتدا با تغییر آرایش فوتو-فریز Photo-Fries تبدیل به هیدروکسی بنزوفنون شده (شکل 2) و سپس با تبدیل فرم توتومری باعث کاهش انرژی جذب شده می شوند.

شکل 2- تغییر آرایش فوتو فرایز سالیسیلات آروماتیک

ρ - هيدروكسي بنزوات های استخلاف شده با فنیل هم در بعضی مواقع به عنوان پایدارکننده های نوری در پلی الفین ها مصرف می شوند که از طریق آرایش فوتو-فرایز محصولات 2-هیدروکسی بنزوفنون ها تولید می کنند.

شکل 3- تغییر آرایش فوتو فرایز – هیدروکسی بنزوات ها

برای انجام این واکنش، پایدار کننده اولیه بایستی در محدوده فرابنفش نزدیک جذب قابل توجهی داشته باشد و به محصول نهایی در شکل 3 تبدیل شود که در حکم پایدار کننده نوری عمل می کند.

4-1- از بین بردن رادیکال آزاد و هیدروپراکسیدهای تشکیل شده

در تجزیه هیدروپراکسید ها، تجزیه به ترکیب های غیرفعال از مهم ترین روش های پایدارسازی پلی الفین ها برای جلوگیری از تولید رادیکال ها به واسطه واکنش های زیر می باشد. هیدروپراکسیدها نسبت به گروه های کربونیلی آغازگر نوری قوی تری هستند.

ترکیبات زیادی به این منظور بکار می روند، از این رادیکال های آزادی که نسبتا پایدار هستند و نمی توانند واکنش را با پلیمر تخریب نشده آغاز کنند، می توان برای واکنش با رادیکال آلکیل (که توسط واکنش فوتواکسیداسیون ایجاد شده است) استفاده کرد. از جمله رادیکال های آزاد مناسب برای این روش نیتروکسیل ها و فنوکسیل ها می باشند. ترکیبات کینونی هم می توانند به همین صورت با رادیکال های آلکیلی واکنش دهند و تولید رادیکالهایی کنند که قادر به شروع واکنش اکسیداسیونی پلیمر نمی باشند. برخی از پایدار کننده ها به طریق گردشی عمل می کنند و دوباره تولید می شوند از این رو می توانند در غلظت های پایین تر برای مدت زمان طولانی تر عمل کنند مثل یون های مس و آمین های تاخیر انداز Hindered amine. در شکل 4 سازو کار پایدار کننده های نوری مختلف برای حفاظت از یک زنجیر پلیمری آورده شده است.

شکل 4- سازوکارهای مختلف پایدار کننده های نوری

2- نتیجه گیری

زمانی که یک فیلم پوششی در شرایط جوی برونی مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به گستردگی عوامل تخریبی در شرایط جوی، حامل های بسیاری را باید در طراحی این نوع پوشش ها مورد توجه قرار داد. به طور کلی عوامل متعددی که در تعیین درجات مختلف تخریب یک فیلم پوششی سهیم هستند. عبارتند از تابش پرتو های فرابنفش، جذب رطوبت و آب، تخریب شیمیایی (توسط آلاینده های شیمیایی)، تغییرات دما، اکسیژن رادیکالی و اکسیژن مولکولی، اوزون، سایش و دیگر تنش های مکانیکی و غیره مهمترین و اصلی ترین تنش های جوی که باعث ایجاد تخریب در پوشش های آلی می شوند چهار مورد اول می باشند که در این میان پرتو فرابنفش مخرب ترین عامل برای پوشش است. لذا ایجاد راهی برای حفاظت از فیلم پوششی در مقابل پرتو فرابنفش ضروری می باشند. در این میان افزایش پایدار کننده ها باعث کاهش و یا جلوگیری از تخریب و افزایش طول عمر مصرف پوشش می شود. بطور کلی انواع پایدارکننده های نوری از چهار دسته سازوکار غربال کردن پرتو فرابنفش، جذب پرتو فرابنفش، فرونشاندن حالت برانگیخته گون های برانگیخته شده با پرتو فرابنفش و از بین بردن رادیکال آزاد یا هیدرو پراکسیدهای تشکیل شده، پیروی می کنند.

تینووین ها Tinuvin بر پایه ترکیبات بنزو تری آزول ها

Tinuvin 99-2:

UV absorber that allows efficient protection of light sensitive substrates.

Tinuvin 384-2 :

UV absorber with high thermal stability and environmental permanence for coatings exposed to high bake cycles or extreme environmental conditions

Tinuvin 900 :

UV absorber for coatings exposed to high temperatures or extreme environmental stresses.

Tinuvin 1130 :

Versatile UV absorber with excellent spectral coverage in the UVA and UVB range.

Tinuvin CarboProtect :

UV absorber specifically designed for long term performance of carbon fiber coatings.

تینووین ها Tinuvin بر پایه ترکیبات تری آزین ها

Tinuvin 400

UV absorber for high performance and durability needs of waterborne, solventborne, and 100% solids applications.

Tinuvin 405

UV absorber that provides superior protection to coatings and light sensitive substrates that are subject to extreme processing conditions and light exposure.

Tinuvin 460

UV absorber that provides outstanding protection to systems and light sensitive substrates and materials in ultra thin coating applications.

Tinuvin 477

UV absorber for solventborne and liquid UV curable coatings.

Tinuvin 479

UV absorber that provides excellent performance in thin film applications and very high photostability.

 

 تینووین ها بر پایه پایدار کننده های نوری ممانعت کننده آمینی HALS

Tinuvin 123

Amino-ether HALS that minimizes defects such as cracking and gloss reduction in clear coats and chalking in pigmented paints. Especially useful for acid catalyzed coatings.

Tinuvin 144

A multifunctional additive that provides protection against thermal and light induced degradation.

Tinuvin 292

HALS that provides significantly extended lifetime to systems by minimizing defects such as cracking and gloss reduction.

تینووین های Tinuvin مخلوط :

Tinuvin 5050

A versatile liquid UVA/HALS blend with high ther-mal stability suitable for water-based or solvent-based coatings exposed to high bake tempera-tures or extreme environmental temperatures.

Tinuvin 5151

UVA/HALS blend that provides excellent photo-protection and enables formulating with acidic materials.

Tinuvin 5060

UVA/HALS blend that provides excellent photo-protection and enables formulating with acidic materials.

Tinuvin 5248

High performance blend.

تینووین های Tinuvin قابل دیسپرس شدن در آب

 

Tinuvin 5050

A versatile liquid UVA/HALS blend with high ther-mal stability suitable for water-based or solvent-based coatings exposed to high bake tempera-tures or extreme environmental temperatures.

 

Tinuvin 5151

UVA/HALS blend that provides excellent photo-protection and enables formulating with acidic materials.

 

Tinuvin 5060

UVA/HALS blend that provides excellent photo-protection and enables formulating with acidic materials.

 

Tinuvin 5248

High performance blend.

 

لیست تینووین های  Tinuvin  قابل استفاده در صنایع پلاستیک و پلیمرهای مهندسی:

Tinuvin  XT 55

Chimassorb  2020

Tinuvin  1600

Chimassorb  81 FL

Chimassorb  81 P

Chimassorb  944 FDL

Chimassorb  944 LD

Tinuvin  111

Tinuvin  120

Tinuvin  1577 ED

Tinuvin  213

Tinuvin  234

Tinuvin  234 FF

Tinuvin  326

Tinuvin  326 FL

Tinuvin  329

Tinuvin  329 FL

Tinuvin  360

Tinuvin  360 ED

Tinuvin  571

Tinuvin  622 SF

Tinuvin  765

Tinuvin  770 DF

Tinuvin  783 FDL

Tinuvin  791 FB

Tinuvin  B 75

Tinuvin  P

Tinuvin  PA 123

Tinuvin  PA 144

Tinuvin  PA 328

Tinuvin  PA 328 FF

Tinuvin  XT 100 FF

Tinuvin  XT 200 FF

Tinuvin  XT 835 FF

Tinuvin  XT 847 FF

Tinuvin  XT 855 FF

Uvinul  3030

Uvinul  3030 FF

Uvinul  3035

Uvinul  3039

Uvinul  4050

Uvinul  5050

Tinuvin  880 ED Discontinued

Irgastab  FS 301 FF

Irgastab  FS 410 FF

Irgastab  RM 68 FF

Tinuvin  NOR  356

Flamestab  NOR 116

Tinuvin  101

Tinuvin  123

Tinuvin  123 S

Tinuvin  320

Tinuvin  328

Tinuvin  350

Tinuvin  B 88

Tinuvin  C 353

Uvinul  3008

Uvinul  3026

Uvinul  3027

Uvinul  3028

Uvinul  3029

Uvinul  3033 P

Uvinul  3034

Uvinul  4049 H

Uvinul  4050 H

Uvinul  4077 H

Uvinul  4092 H

Uvinul  5050 H

Uvinul  5062 H

Uvinul  3434 C Discontinued

 

محصولات