三重组合
在许多其它领域,自然的木材已成为时尚。它需要无色涂料,直到现在,还没有被认为是足够装备保护木材的元素,因为他们没有过早地实现其功能。 1 然而,在这一领域的最新研究表明,光稳定剂的正确组合可以产生透明、无色实验与非凡的才华和很好的长期紫外线保护。一些木头基础知识
作为一个自然生长的材料,木材对温度的反应,特别是在环境湿度差异缩小,扩大、翘曲、开裂或绕组。简而言之,木材是活的,和其在三个不同方向的运动强度不同。然而,木头并遵循一定的规律,如果这些都是纳入考虑,它的“移动”的倾向可以成功地控制。最重要的因素是适当的干燥的木材,这一过程发生在大窑中水分从木头中删除,直到水分水平等于房间的平均温度与平均加热(20ºC室温和湿度45 - 55%)。适当的平衡是实现当木材含水率的8 - 10%。这一步完成后,可能木材加工。各种各样的木材类型的可用性与广泛的属性和颜色为几乎每一个应用程序提供了一个合适的材料。木材的应用可能是由两个因素决定的:它的机械性能和组成成分。木材含有25 - 30%的木质素,填补了细胞壁纤维素组件之间和债券在一起。而木质素本身不溶于水,紫外线辐射分离成水溶性组件,这些组件可以被淘汰木材含水率的变化。这使得上层的纤维素纤维失去凝聚力,这样他们就可以不再为涂料提供合适的衬底。因此,大块的漆和涂料是分离的。空气穿透纤维素纤维之间的裂缝,在光的反射边界使受损涂层出现多云和乳白色。
完全风化木表面银灰色的,纤维素的原来颜色。根据木材的类型,紫外线辐射可以穿透到2毫米到木材表面。2
为了永久保护木材免受损害在户外应用,有效的保护是必要的。通常特殊涂料应用到木材。疏水涂层膜疏水和环境影响木材表面。添加杀虫剂保护木材对昆虫和微生物的攻击。两组光稳定剂已专门开发的保护涂料,这是适合保护基体和涂层。这两个组是位阻胺在以下文本(也称为哈尔斯=H英德尔一个我的l锁定宽和高年代tabilizers)和紫外线吸收剂。
哈尔斯提供表面化学的保护
位阻胺类光稳定剂的类型,除了少数例外,来自四甲基哌啶。在photo-oxidative条件下,哈尔斯硝酰化合物生成稳定自由基,可以作为一个陷阱alkyl-type carbon-centered激进分子的进化从树脂降解。根据杰尼索夫骑兵连,这些羟胺醚与(聚合物)过氧化氢自由基反应进一步形成相对稳定(聚合物)过氧化物,或酮和醇,而释放的有效硝酰激进又这样一个硝酰激进的可以中和数百名激进分子。稳定与哈尔斯是一个化学过程。哈尔斯的粘结剂的最优分布的有效使用是至关重要的。阳光照射到涂料、辐射密度最高的表面。因此,这就是保护硝酰自由基的形成光稳定是最需要的。阳光穿透涂层越深,较弱的辐射密度,因为它是由粘结剂被吸收的,和,在某些情况下,一个额外的紫外线吸收剂。更深层的光致分解的可能性不断减少,所以位阻胺的作用在这些领域失去了重要性。激进的食腐动物防止粘结剂的光解的分解,间接保护下面的木头。涂层持久,衬底也保护了更长的时间。
所有的测试位阻胺激进的食腐动物。哈尔斯1是一种液体,100%活性化合物;第二个产品由80%解决方案哈尔斯2 N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)。第三次测试的激进的食腐动物,哈尔斯3,photo-reactive和添加水分散体。这个产品,基于丙二酸衍生物,不仅具有典型的位阻胺官能团,但它也有一个紫外线吸收的共轭双键体系。
物理吸收提供深层的保护
紫外线吸收剂的功能是基于的物理吸收光线,保护基体和涂层的高能辐射阳光。根据Lambert-Beer法:-
E = E * c * d
E =灭绝,
e =消光系数(l /摩尔厘米),
c =浓度(Mol / l)
d =膜厚度(厘米)。
介质的光吸收取决于其他因素,紫外线吸收剂的浓度和距离,光线穿过介质。光吸收剂的浓度和涂层的厚度(或其乘法产品)不应低于某一最低为了提供安全保护的底物的吸收。紫外线辐射穿透涂层越深,越吸收发生,或较强的紫外线吸收剂的效果。相反,紫外线吸收剂的保护作用是最低的表面的涂层。
无机紫外线吸收剂
二氧化钛白色颜料是由他们设计的最佳光散射粒径可见区域。因为高的光折射,最大的折射率是一个先决条件。然而,这是不够的,必须调整粒度。与标准体型的二氧化钛颜料,超细二氧化钛,最初开发透明紫外线保护,最好不要分散可见光。然而,标准和超细二氧化钛有相同的折射率,所以它是最好的粒度,负责透明涂料。分散粒子越细越透明涂层。因此,对于透明紫外线吸收最佳分散应用最好的成绩。必须指出,某些超细二氧化钛成绩与选定的“中间”的主要粒度散射蓝光。这就是为什么这些纳米TiO2粒子用于金属涂料和其他色素系统所需的复杂的色彩效果。
二氧化钛吸收紫外线辐射和作为“photo-semiconductor。“这个属性实际上是独立于粒子的大小。能量吸收导致从价带电子的转移到导带。这个过程创建了两个手机,带电粒子:带负电荷的电子在导带和价带的正电荷(洞)。这对指控的形成是总结“激子。“如上所述有机紫外线吸收剂、紫外线辐射和吸收转化为热能。但是,与有机物质,化学惰性二氧化钛不分解,所以整个系统增加的长期稳定。
为了“驯服”紫外线辐射,形成自由基,防止造成损害等外国离子三价铝(Al+ 3)纳入TiO的内部晶格2。的晶体,这些离子会晶格位置的钛离子,充当陷阱的激子往往重组。3此外,表面的色素被封装的氧化铝组成的无机涂料(Al2O3)和/或硅(二氧化硅)。图1显示了透射电子显微镜(TEM)形象surface-coated色素。除了水晶二氧化钛的晶面间距,非晶表面涂层是可见的。这种稳定技术通常用于photo-resistant和抗风化的白色颜料和无机紫外线吸收剂。典型的白色颜料有200到350纳米的微晶尺寸。他们是可用的锐钛矿和金红石颜料。无机TiO2-based紫外吸收的主要粒度10至50 nm和通常作为金红石表面涂层。
这些表面涂层不仅可以修改感光也白色颜料的光学和胶体性质。这也是一个必须实现超细二氧化钛的分散性好。出于这个原因,颜料处理额外的有机物质。
在本例中使用的两种类型的产品在金红石改性超细二氧化钛(含金红石> 99%)和主要不同在他们的主要晶体大小和兴奋剂。专门为透明木器涂料开发的类型有一个主水晶~ 10 nm的大小和一个特定的表面~ 110米2/ g(以下称为“Mikrorutile 10 nm”)。第二个产品的主要晶体粒度15海里,因此一个较小的比表面积~ 70米2/ g (Mikrorutile 15海里)。
有机紫外线吸收剂
最常见的紫外线吸收剂涂料2-hydroxyphenyl苯并三唑,2-hydroxy-benzophenones, 2-hydroxy-phenyltriazines oxalanilides。水杨酸盐,formamidines cyanacrylates个体的基础上也可以使用。光保护机制驻留在形成可逆的分子内氢键的能力之间o-hydroxyl组和氮等杂原子。吸收紫外线后,p,电子将提升一个激发单重态和通过系统,一个激发三重态ESIPT紧随其后(激发态分子内质子转移)或“烯醇化作用”与质子转移发生在分子内氢键。醌型的中间发生互变现象通过快速无辐射弛豫过程(热)和返回质子转移,因此再生原酮。这一过程,称为keto-enol互变现象的机制,只不过是一个不断重复的质子转移。
由于他们吸收最大的红移向长波长光谱,卤代苯并三唑尤其适合对光敏感木材的保护。卤素取代基修改电子密度和扩展了离域电子系统。结果,需要更少的能量使电子在激发态的吸收辐射是转向更低的频率。在这种情况下,吸收最大达到的区域可见阳光,从而更有效地保护木质素这种辐射的有害影响。
在这项研究中o-hydroxyphenyl苯并三唑测试在两个变体:non-substituted液态和Cl-substituted晶体类型,在其准备申请作为水分散体。图2显示了紫外线传输应用紫外线吸收剂的浓度为1.0%。总是与活跃的紫外线稳定剂浓度固体树脂。添加液体有机紫外线吸收剂并没有导致不透明,但添加粉末添加剂。的卤代苯并三唑这种不透明性几乎完全消失一旦分散有机紫外线吸收剂已经完全稀释的粘合剂。
紫外线C辐射不存在在地面上,因为它是过滤的上层大气中的臭氧层。紫外线B,在某种程度上也紫外线辐射、吸收粘合剂和破坏的聚合物涂层。木材,特别是木质素作为它的主要组件之一,由紫外线B退化,紫外线A和宽的部分可见辐射。
公式,可能的组合和测试方法
确定最优光稳定公式,水性实验确定基于styrene-free丙烯酸乳液用于测试,不同的光稳定剂分散。涂层成分包括常用商业溶剂、杀虫剂、消泡剂和润湿剂来自不同制造商(表1),光线稳定,证明光稳定剂类型从不同的制造商。无机和有机紫外线吸收剂和哈尔斯是单独的测试,在双重和三重组合。唯一的例外是为哈尔斯化合物,因为经验表明,这些产品不产生足够的结果如果不加上紫外线吸收剂。涂料混合物中的稳定剂浓度范围从0.5到2% wt.总数的公式,与整个数量的稳定剂从未超过4%。对于风化测试,7 x28-cm件北欧松治疗用湿外套,一直与不同稳定剂稳定添加剂。干燥后,涂层板(干燥涂层厚度大约40µm)受到自然风化。暴露在一个位置杜塞尔多夫以北50公里,德国,由九个月和15个月测试系列。测试参数包括光泽(20°,60°)、透明度、泛黄(δb *),减少亮度(δL *)和红色阴影(δ*),以及评估的一般稳定性和污染涂料。这些参数测量每六周。
完美的组合
最好的结果是通过所有无色的三重组合光稳定剂:0.5%超细二氧化钛(Mikrorutile 10海里),1%分散哈尔斯1%有机紫外线吸收剂使用卤代类型以分散的形式(wt %的总公式和40µm干燥涂层厚度)。实验包含这种组合提供良好的长期紫外线保护,同时具有良好的透明度和单色调。图3说明了永久性涂层的稳定性,甚至没有任何风化后15个月户外曝晒和保持无色透明。这个杰出的保护提供的三重组合都可以解释为一种近距离观察不同的光稳定剂类型。每个光稳定剂,研究本身时,以不同的方式工作。本文中描述的测试结果说明,每一个光稳定剂都有不同的属性。使用正确的混合创造了一个协同作用的效果最优的结果。
有机紫外线吸收剂对透明度也有非常积极的影响。涂料和有机稳定剂显示极好的透明性,液体和分散的变种,虽然最初分散类型显示有些阴沉,消失当稳定剂完全溶解在活页夹。即使在长期接触辐射,透明度不受影响。然而,有机紫外线吸收剂往往黄色,缺点可以通过添加一个哈尔斯显著提高。添加激进的食腐动物也大大提高了涂料的电阻。这显然是样品在图5所示。包含这个组合的涂层后没有显示任何风化后人工和户外风化。出于这个原因,有机紫外线吸收剂不应单独使用,但总是结合哈尔斯。
总结
的突出作用的三重组合是结果的积极特性不同的光稳定剂。紫外线吸收剂深处提供必要的保护涂层。在这里,超细TiO 2 提供尤其是长期和良好的防紫外线。最优选择是超细二氧化钛粒子大小为10 nm和浓度的0.75%(总数的公式)。无机,有机紫外线吸收剂支持他们工作的更深层的涂层。他们也可以生产透明的实验。选择的变体是卤代苯并三唑,它被添加到涂料混合分散形式。
位阻胺提供额外的稳定通过将破坏性的紫外线辐射转换为无害的已经在热表面。他们还减少有机紫外线吸收剂的泛黄的倾向,从而做出重大贡献的视觉效果的实验。
基于这些结果,新的可能性是木材行业的开放。第一次,可以提供森林,即使是那些在艰难的户外曝晒,永久防紫外线而不影响它们的颜色。根据不同的应用程序中,有几种选择。无机紫外线吸收剂可以被视为“专家”为外部应用程序,因为他们提供最有效的和最容易的长期紫外线保护,不分解即使在连续的风化。另一方面,有机紫外线吸收剂结合哈尔斯的第一选择是应用程序需要最大的透明度和亮度,例如在家具行业。实验用三重组合功能透明度和亮度最高,同时提供长期稳定,所以他们主要解决复杂的应用程序。
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