Wiedza o materiałach opakowaniowych — co powoduje zmianę koloru produktów z tworzyw sztucznych?

• Degradacja oksydacyjna surowców może powodować odbarwienia podczas formowania w wysokiej temperaturze;
• Odbarwienie barwnika w wysokiej temperaturze spowoduje odbarwienie wyrobów z tworzyw sztucznych;
• Reakcja chemiczna między barwnikiem a surowcami lub dodatkami spowoduje odbarwienie;
• Reakcja między dodatkami i automatyczne utlenianie dodatków spowoduje zmianę koloru;
• Tautomeryzacja pigmentów barwiących pod wpływem światła i ciepła spowoduje zmianę koloru produktów;
• Zanieczyszczenia powietrza mogą powodować zmiany w produktach z tworzyw sztucznych.

1. Spowodowane formowaniem tworzyw sztucznych

1) Degradacja oksydacyjna surowców może powodować odbarwienia podczas formowania w wysokiej temperaturze

Gdy pierścień grzewczy lub płyta grzewcza sprzętu do obróbki formowania tworzyw sztucznych jest zawsze w stanie ogrzewania z powodu braku kontroli, łatwo jest spowodować zbyt wysoką lokalną temperaturę, co powoduje utlenianie i rozkład surowca w wysokiej temperaturze.W przypadku wrażliwych na ciepło tworzyw sztucznych, takich jak PVC, łatwiej jest Kiedy to zjawisko występuje, gdy jest poważne, pali się i zmienia kolor na żółty, a nawet czarny, czemu towarzyszy duża ilość przelewających się niskocząsteczkowych substancji lotnych.

Ta degradacja obejmuje reakcje takie jakdepolimeryzacja, przypadkowe rozcięcie łańcucha, usuwanie grup bocznych i substancji niskocząsteczkowych.

• Depolimeryzacja

Reakcja rozszczepienia zachodzi na końcowym ogniwie łańcucha, powodując odpadanie ogniwa łańcucha jedno po drugim, a wytworzony monomer szybko ulatnia się.W tym czasie masa cząsteczkowa zmienia się bardzo powoli, podobnie jak odwrotny proces polimeryzacji łańcuchowej.Takich jak termiczna depolimeryzacja metakrylanu metylu.

• Losowe rozerwanie łańcucha (degradacja)

Znany również jako przypadkowe przerwy lub przypadkowe przerwane łańcuchy.Pod działaniem siły mechanicznej, promieniowania wysokoenergetycznego, fal ultradźwiękowych lub odczynników chemicznych łańcuch polimeru pęka bez stałego punktu, tworząc polimer o niskiej masie cząsteczkowej.Jest to jeden ze sposobów degradacji polimerów.Gdy łańcuch polimeru rozkłada się losowo, masa cząsteczkowa gwałtownie spada, a utrata masy polimeru jest bardzo mała.Na przykład mechanizm degradacji polietylenu, polienu i polistyrenu polega głównie na przypadkowej degradacji.

Gdy polimery, takie jak PE, są formowane w wysokich temperaturach, każda pozycja łańcucha głównego może zostać przerwana, a masa cząsteczkowa gwałtownie spada, ale wydajność monomeru jest bardzo mała.Ten typ reakcji nazywany jest przypadkowym rozerwaniem łańcucha, czasami nazywanym degradacją, polietylen. Wolne rodniki powstające po rozerwaniu łańcucha są bardzo aktywne, otoczone bardziej wtórnym wodorem, podatne na reakcje przeniesienia łańcucha i prawie nie powstają monomery.

• Usuwanie podstawników

PVC, PVAc itp. mogą ulegać reakcji usuwania podstawników po podgrzaniu, dlatego na krzywej termograwimetrycznej często pojawia się plateau.Gdy polichlorek winylu, polioctan winylu, poliakrylonitryl, polifluorek winylu itp. Ogrzewa się, podstawniki zostaną usunięte.Biorąc za przykład polichlorek winylu (PVC), PVC jest przetwarzany w temperaturze poniżej 180 ~ 200 ° C, ale w niższej temperaturze (takiej jak 100 ~ 120 ° C) zaczyna się odwodorniać (HCl) i traci HCl bardzo szybko w temperaturze około 200°C.Dlatego podczas przetwarzania (180-200°C) polimer ma tendencję do ciemniejszego koloru i słabszej wytrzymałości.

Wolny HCl ma katalityczny wpływ na odchlorowodorowanie, a chlorki metali, takie jak chlorek żelazowy powstały w wyniku działania chlorowodoru i urządzeń przetwarzających, sprzyjają katalizie.

Kilka procent absorbentów kwasów, takich jak stearynian baru, cynoorganiczne, związki ołowiu itp., należy dodać do PCW podczas obróbki termicznej, aby poprawić jego stabilność.

Gdy kabel komunikacyjny jest używany do kolorowania kabla komunikacyjnego, jeśli warstwa poliolefiny na przewodzie miedzianym nie jest stabilna, na styku polimer-miedź powstanie zielony karboksylan miedzi.Reakcje te sprzyjają dyfuzji miedzi do polimeru, przyspieszając katalityczne utlenianie miedzi.

Dlatego też, w celu zmniejszenia szybkości degradacji oksydacyjnej poliolefin, często dodaje się przeciwutleniacze w postaci amin fenolowych lub aromatycznych (AH), które przerywają powyższą reakcję i tworzą nieaktywne wolne rodniki A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

• Degradacja oksydacyjna

Produkty polimerowe wystawione na działanie powietrza pochłaniają tlen i ulegają utlenieniu, tworząc wodoronadtlenki, następnie rozkładają się, tworząc aktywne centra, tworzą wolne rodniki, a następnie przechodzą wolnorodnikowe reakcje łańcuchowe (tj. proces autoutleniania).Polimery są wystawione na działanie tlenu z powietrza podczas przetwarzania i użytkowania, a po podgrzaniu następuje przyspieszenie degradacji oksydacyjnej.

Utlenianie termiczne poliolefin należy do mechanizmu wolnorodnikowej reakcji łańcuchowej, która ma właściwości autokatalityczne i można ją podzielić na trzy etapy: inicjację, wzrost i terminację.

Rozerwanie łańcucha wywołane przez grupę wodoronadtlenkową prowadzi do zmniejszenia masy cząsteczkowej, a głównymi produktami rozerwania są alkohole, aldehydy i ketony, które ostatecznie utleniają się do kwasów karboksylowych.Kwasy karboksylowe odgrywają główną rolę w katalitycznym utlenianiu metali.Degradacja oksydacyjna jest główną przyczyną pogorszenia właściwości fizycznych i mechanicznych wyrobów polimerowych.Degradacja oksydacyjna zmienia się w zależności od struktury molekularnej polimeru.Obecność tlenu może również intensyfikować niszczenie polimerów przez światło, ciepło, promieniowanie i siłę mechaniczną, powodując bardziej złożone reakcje degradacji.Do polimerów dodaje się przeciwutleniacze, aby spowolnić degradację oksydacyjną.

2) Kiedy plastik jest przetwarzany i formowany, barwnik rozkłada się, blaknie i zmienia kolor ze względu na jego niezdolność do wytrzymywania wysokich temperatur

Pigmenty lub barwniki stosowane do barwienia tworzyw sztucznych mają określoną temperaturę.Kiedy ta temperatura graniczna zostanie osiągnięta, pigmenty lub barwniki ulegną przemianom chemicznym w celu wytworzenia różnych związków o niższej masie cząsteczkowej, a ich wzory reakcji są stosunkowo złożone;różne pigmenty mają różne reakcje.A produkty, odporność temperaturową różnych pigmentów można testować metodami analitycznymi, takimi jak utrata masy.

2. Barwniki reagują z surowcami

Reakcja między barwnikami a surowcami przejawia się głównie w przetwarzaniu niektórych pigmentów lub barwników i surowców.Te reakcje chemiczne doprowadzą do zmiany odcienia i degradacji polimerów, zmieniając tym samym właściwości wyrobów z tworzyw sztucznych.

• Reakcja redukcji

Niektóre polimery o wysokiej zawartości, takie jak nylon i aminoplasty, są silnymi kwasowymi środkami redukującymi w stanie stopionym, które mogą redukować i blaknąć pigmenty lub barwniki, które są stabilne w temperaturach przetwarzania.

• Wymiana alkaliczna

Metale ziem alkalicznych w polimerach emulsyjnych PCW lub niektóre stabilizowane polipropyleny mogą „wymieniać zasady” z metalami ziem alkalicznych w barwnikach, zmieniając kolor z niebiesko-czerwonego na pomarańczowy.

Polimer emulsyjny PVC to metoda, w której VC jest polimeryzowany przez mieszanie w wodnym roztworze emulgatora (takiego jak dodecylosulfonian sodu C12H25SO3Na).Mieszanina reakcyjna zawiera Na+;w celu poprawy odporności na ciepło i tlen często dodaje się PP, 1010, DLTDP itp.Tlen, przeciwutleniacz 1010 jest reakcją transestryfikacji katalizowaną przez ester metylowy 3,5-di-tert-butylo-4-hydroksypropionianu i pentaerytrytol sodu, a DLTDP jest przygotowywany w reakcji wodnego roztworu Na2S z akrylonitrylem Propionitryl jest hydrolizowany w celu wytworzenia kwasu tiodipropionowego, a ostatecznie otrzymywany przez estryfikację alkoholem laurylowym.Mieszanina reakcyjna zawiera również Na+.

Podczas formowania i przetwarzania wyrobów z tworzyw sztucznych resztkowy Na+ w surowcu będzie reagował z pigmentem lakowym zawierającym jony metali, takim jak CIPigment Red48:2 (BBC lub 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• Reakcja między pigmentami a halogenowodorami (HX)

Gdy temperatura wzrasta do 170°C lub pod wpływem światła, PVC usuwa HCl, tworząc sprzężone wiązanie podwójne.

Zawierające halogeny ognioodporne poliolefiny lub barwione ognioodporne produkty z tworzyw sztucznych są również odwodorniane HX podczas formowania w wysokiej temperaturze.

1) Ultramaryna i reakcja HX

Ultramarynowy niebieski pigment, szeroko stosowany do barwienia tworzyw sztucznych lub eliminowania żółtego światła, jest związkiem siarki.

2) Pigment miedziowo-złoty w proszku przyspiesza utleniający rozkład surowców PVC

Pigmenty miedziowe mogą ulec utlenieniu do Cu+ i Cu2+ w wysokiej temperaturze, co przyspieszy rozkład PVC

3) Destrukcja jonów metali na polimerach

Niektóre pigmenty mają destrukcyjny wpływ na polimery.Na przykład pigment z laku manganu CIPigmentRed48:4 nie nadaje się do formowania wyrobów z tworzyw sztucznych PP.Powodem jest to, że jony manganu metali o zmiennej cenie katalizują wodoronadtlenek poprzez przenoszenie elektronów w utlenianiu termicznym lub fotoutlenianiu PP.Rozkład PP prowadzi do przyspieszonego starzenia się PP;wiązanie estrowe w poliwęglanie łatwo ulega hydrolizie i rozkładowi po podgrzaniu, a gdy w pigmencie znajdują się jony metali, łatwiej jest promować rozkład;jony metali sprzyjają również termo-tlenowemu rozkładowi PCW i innych surowców oraz powodują zmianę koloru.

Podsumowując, przy produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych jest to najbardziej realny i efektywny sposób na uniknięcie stosowania barwionych pigmentów wchodzących w reakcje z surowcami.

3. Reakcje barwników z dodatkami

1) Reakcja między pigmentami zawierającymi siarkę a dodatkami

Pigmenty zawierające siarkę, takie jak żółcień kadmowa (stały roztwór CdS i CdSe), nie nadają się do PCW ze względu na słabą odporność na kwasy i nie powinny być stosowane z dodatkami zawierającymi ołów.

2) Reakcja związków zawierających ołów ze stabilizatorami zawierającymi siarkę

Zawartość ołowiu w pigmentach żółcieni chromowej lub czerwieni molibdenowej reaguje z przeciwutleniaczami, takimi jak tiodstearynian DSTDP.

3) Reakcja między pigmentem a przeciwutleniaczem

W przypadku surowców zawierających przeciwutleniacze, takich jak PP, niektóre pigmenty będą również reagować z przeciwutleniaczami, osłabiając w ten sposób działanie przeciwutleniaczy i pogarszając termiczną stabilność tlenową surowców.Na przykład przeciwutleniacze fenolowe są łatwo wchłaniane przez sadzę lub reagują z nimi, tracąc swoją aktywność;przeciwutleniacze fenolowe i jony tytanu w białych lub jasnych produktach z tworzyw sztucznych tworzą kompleksy fenolowo-aromatycznych węglowodorów, powodując żółknięcie produktów.Wybierz odpowiedni przeciwutleniacz lub dodaj dodatki pomocnicze, takie jak przeciwkwasowa sól cynku (stearynian cynku) lub fosforyn typu P2, aby zapobiec odbarwieniu białego pigmentu (TiO2).

4) Reakcja między pigmentem a stabilizatorem światła

Działanie pigmentów i fotostabilizatorów, z wyjątkiem reakcji pigmentów zawierających siarkę i fotostabilizatorów zawierających nikiel, jak opisano powyżej, generalnie zmniejsza skuteczność fotostabilizatorów, zwłaszcza efektu aminowych stabilizatorów z zawadą przestrzenną oraz pigmentów żółcieni azowej i czerwonych.Efekt stabilnego spadku jest bardziej oczywisty i nie jest tak stabilny jak bezbarwny.Nie ma jednoznacznego wyjaśnienia tego zjawiska.

4. Reakcja między dodatkami

Jeśli wiele dodatków zostanie użytych niewłaściwie, mogą wystąpić nieoczekiwane reakcje i produkt zmieni kolor.Na przykład środek zmniejszający palność Sb2O3 reaguje z przeciwutleniaczem zawierającym siarkę, tworząc Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Dlatego przy rozważaniu receptur produkcyjnych należy zachować ostrożność w doborze dodatków.

5. Pomocnicze przyczyny autoutleniania

Automatyczne utlenianie stabilizatorów fenolowych jest ważnym czynnikiem sprzyjającym odbarwieniu białych lub jasnych produktów.To przebarwienie jest często nazywane „Pinking” w innych krajach.

Jest sprzężony z produktami utleniania, takimi jak przeciwutleniacze BHT (2-6-di-tert-butylo-4-metylofenol) i ma kształt jasnoczerwonego produktu reakcji 3,3′,5,5′-stilbenochinonu. To odbarwienie występuje tylko w obecności tlenu i wody oraz przy braku światła.Pod wpływem światła ultrafioletowego jasnoczerwony chinon stilbenu szybko rozkłada się na żółty produkt z pojedynczym pierścieniem.

6. Tautomeryzacja barwnych pigmentów pod wpływem światła i ciepła

Niektóre kolorowe pigmenty ulegają tautomeryzacji konfiguracji molekularnej pod wpływem światła i ciepła, na przykład użycie pigmentów CIPig.R2 (BBC) do zmiany typu azowego na chinonowy, co zmienia pierwotny efekt koniugacji i powoduje tworzenie wiązań sprzężonych .zmniejszać się, powodując zmianę barwy z ciemnoniebiesko-jasnej czerwieni na jasnopomarańczowo-czerwoną.

W tym samym czasie, pod wpływem katalizy światła, rozkłada się z wodą, zmieniając wodę kokrystaliczną i powodując blaknięcie.

7. Spowodowane przez zanieczyszczenia powietrza

Gdy produkty z tworzyw sztucznych są przechowywane lub używane, niektóre materiały reaktywne, takie jak surowce, dodatki lub pigmenty barwiące, będą reagować z wilgocią w atmosferze lub zanieczyszczeniami chemicznymi, takimi jak kwasy i zasady, pod wpływem światła i ciepła.Powstają różne złożone reakcje chemiczne, które z czasem prowadzą do blaknięcia lub odbarwień.

Tej sytuacji można uniknąć lub złagodzić, dodając odpowiednie termiczne stabilizatory tlenu, stabilizatory światła lub wybierając wysokiej jakości dodatki i pigmenty odporne na warunki atmosferyczne.