Poznavanje embalažnega materiala – kaj povzroča spremembo barve plastičnih izdelkov?

• Oksidativna razgradnja surovin lahko povzroči razbarvanje pri oblikovanju pri visoki temperaturi;
• Razbarvanje barvila pri visoki temperaturi bo povzročilo razbarvanje plastičnih izdelkov;
• Kemična reakcija med barvilom in surovinami ali dodatki bo povzročila razbarvanje;
• Reakcija med aditivi in ​​samodejna oksidacija aditivov povzročita spremembe barve;
• Tavtomerizacija barvnih pigmentov pod vplivom svetlobe in toplote bo povzročila barvne spremembe izdelkov;
• Onesnaževala zraka lahko povzročijo spremembe v plastičnih izdelkih.

1. Povzročeno z oblikovanjem plastike

1) Oksidativna razgradnja surovin lahko povzroči razbarvanje pri oblikovanju pri visoki temperaturi

Ko je grelni obroč ali grelna plošča opreme za predelavo plastičnih modelov vedno v stanju segrevanja, ker ni pod nadzorom, je lahko povzročiti, da je lokalna temperatura previsoka, zaradi česar surovina oksidira in razpade pri visoki temperaturi. Pri tisti toplotno občutljivi plastiki, kot je PVC, je lažje Ko pride do tega pojava, ko je resen, bo zagorel in postal rumen ali celo črn, ki ga bo spremljala velika količina nizkomolekularnih hlapnih snovi, ki se bodo prelivale.

Ta razgradnja vključuje reakcije, kot je nprdepolimerizacija, naključni razrez verige, odstranitev stranskih skupin in snovi z nizko molekulsko maso.

• Depolimerizacija

Reakcija cepitve se pojavi na končnem verižnem členu, kar povzroči, da verižni člen odpade eden za drugim, nastali monomer pa hitro izhlapi. V tem času se molekulska masa spreminja zelo počasi, tako kot obratni proces verižne polimerizacije. Kot je termična depolimerizacija metil metakrilata.

• Naključni prerez verige (degradacija)

Znan tudi kot naključni prelomi ali naključno zlomljene verige. Pod delovanjem mehanske sile, visokoenergetskega sevanja, ultrazvočnih valov ali kemičnih reagentov se polimerna veriga prekine brez fiksne točke, da nastane polimer z nizko molekulsko maso. Je eden od načinov razgradnje polimera. Ko se polimerna veriga naključno razgradi, molekulska masa hitro pade, izguba teže polimera pa je zelo majhna. Na primer, mehanizem razgradnje polietilena, poliena in polistirena je predvsem naključna razgradnja.

Ko se polimeri, kot je PE, oblikujejo pri visokih temperaturah, se lahko kateri koli položaj glavne verige zlomi in molekulska masa hitro pade, vendar je izkoristek monomera zelo majhen. Ta vrsta reakcije se imenuje naključni razrez verige, včasih imenovana tudi razgradnja, polietilen. Prosti radikali, ki nastanejo po razcepu verige, so zelo aktivni, obdani z več sekundarnega vodika, nagnjeni k reakcijam prenosa verige in skoraj ne nastajajo monomeri.

• Odstranjevanje substituentov

PVC, PVAc itd. so lahko podvrženi reakciji odstranitve substituentov pri segrevanju, zato se na termogravimetrični krivulji pogosto pojavi plato. Ko se polivinilklorid, polivinil acetat, poliakrilonitril, polivinil fluorid itd. segrevajo, bodo substituenti odstranjeni. Če za primer vzamemo polivinilklorid (PVC), se PVC obdeluje pri temperaturi pod 180 do 200 °C, vendar pri nižji temperaturi (npr. 100 do 120 °C) začne dehidrogenirati (HCl) in zelo izgubi HCl. hitro pri približno 200°C. Zato med predelavo (180-200°C) polimer teži k temnejši barvi in ​​nižji trdnosti.

Prosti HCl ima katalitični učinek na dehidrokloriranje, kovinski kloridi, kot je železov klorid, ki nastane z delovanjem vodikovega klorida in procesne opreme, pa spodbujajo katalizo.

Med termično obdelavo je treba PVC-ju dodati nekaj odstotkov absorbentov kisline, kot so barijev stearat, organokositer, svinčeve spojine itd., da se izboljša njegova stabilnost.

Ko se komunikacijski kabel uporablja za barvanje komunikacijskega kabla, če poliolefinska plast na bakreni žici ni stabilna, se bo na vmesniku polimer-baker oblikoval zelen bakrov karboksilat. Te reakcije pospešujejo difuzijo bakra v polimer in pospešujejo katalitično oksidacijo bakra.

Zato se za zmanjšanje stopnje oksidativne razgradnje poliolefinov pogosto dodajo fenolni ali aromatski aminski antioksidanti (AH), ki prekinejo zgornjo reakcijo in tvorijo neaktivne proste radikale A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

• Oksidativna razgradnja

Polimerni produkti, izpostavljeni zraku, absorbirajo kisik in se podvržejo oksidaciji, da nastanejo hidroperoksidi, se nadalje razgradijo, da nastanejo aktivni centri, tvorijo prosti radikali in nato podvrženi verižnim reakcijam prostih radikalov (tj. procesu avtooksidacije). Polimeri so med predelavo in uporabo izpostavljeni kisiku v zraku, pri segrevanju pa se pospeši oksidativna razgradnja.

Termična oksidacija poliolefinov spada v mehanizem verižne reakcije prostih radikalov, ki ima avtokatalitsko obnašanje in ga lahko razdelimo na tri korake: iniciacijo, rast in prekinitev.

Prekinitev verige, ki jo povzroči hidroperoksidna skupina, vodi do zmanjšanja molekulske mase, glavni produkti cepitve pa so alkoholi, aldehidi in ketoni, ki se na koncu oksidirajo v karboksilne kisline. Karboksilne kisline igrajo pomembno vlogo pri katalitični oksidaciji kovin. Oksidativna razgradnja je glavni razlog za poslabšanje fizikalnih in mehanskih lastnosti polimernih izdelkov. Oksidativna razgradnja se razlikuje glede na molekularno strukturo polimera. Prisotnost kisika lahko tudi okrepi poškodbe zaradi svetlobe, toplote, sevanja in mehanske sile na polimerih, kar povzroči bolj zapletene reakcije razgradnje. Polimerom dodajajo antioksidante, da upočasnijo oksidativno razgradnjo.

2) Ko je plastika obdelana in oblikovana, barvilo razpade, zbledi in spremeni barvo zaradi nezmožnosti prenašanja visokih temperatur

Pigmenti ali barvila, ki se uporabljajo za barvanje plastike, imajo temperaturno omejitev. Ko je ta mejna temperatura dosežena, bodo pigmenti ali barvila podvrženi kemičnim spremembam, da proizvedejo različne spojine z nižjo molekulsko maso, njihove reakcijske formule pa so razmeroma zapletene; različni pigmenti imajo različne reakcije. In izdelke, temperaturno odpornost različnih pigmentov je mogoče preizkusiti z analitičnimi metodami, kot je izguba teže.

2. Barvila reagirajo s surovinami

Reakcija med barvili in surovinami se kaže predvsem pri predelavi določenih pigmentov ali barvil in surovin. Te kemične reakcije bodo povzročile spremembe v barvi in ​​razgradnjo polimerov, s čimer bodo spremenile lastnosti plastičnih izdelkov.

• Reakcija redukcije

Nekateri polimeri z visoko vsebnostjo, kot so najlon in aminoplasti, so v staljenem stanju močna sredstva za redukcijo kisline, ki lahko zmanjšajo in zbledijo pigmente ali barvila, ki so stabilna pri temperaturah obdelave.

• Alkalna izmenjava

Zemljoalkalijske kovine v PVC emulzijskih polimerih ali določenih stabiliziranih polipropilenih lahko "bazično izmenjajo" z zemeljskoalkalijskimi kovinami v barvilih, da spremenijo barvo iz modro-rdeče v oranžno.

PVC emulzijski polimer je metoda, pri kateri se VC polimerizira z mešanjem v vodni raztopini emulgatorja (kot je natrijev dodecilsulfonat C12H25SO3Na). Reakcija vsebuje Na+; za izboljšanje toplotne in kisikove odpornosti se pogosto dodajo PP, 1010, DLTDP itd. Kisik, antioksidant 1010, je reakcija transesterifikacije, ki jo katalizirata 3,5-di-tert-butil-4-hidroksipropionat metil ester in natrijev pentaeritritol, DLTDP pa se pripravi z reakcijo vodne raztopine Na2S z akrilonitrilom. Propionitril se hidrolizira, da nastane tiodipropionska kislina in končno pridobljen z zaestrenjem z lavril alkoholom. Reakcija vsebuje tudi Na+.

Med oblikovanjem in predelavo plastičnih izdelkov bo preostali Na+ v surovini reagiral z jezerskim pigmentom, ki vsebuje kovinske ione, kot je CIPigment Red48:2 (BBC ali 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• Reakcija med pigmenti in vodikovimi halogenidi (HX)

Ko se temperatura dvigne na 170 °C ali pod delovanjem svetlobe, PVC odstrani HCl, da nastane konjugirana dvojna vez.

Ognjevarni poliolefinski izdelki, ki vsebujejo halogen, ali barvni ognjevarni plastični izdelki so tudi dehidrohalogenirani HX, če so oblikovani pri visoki temperaturi.

1) Ultramarin in HX reakcija

Ultramarin modri pigment, ki se pogosto uporablja pri barvanju plastike ali odstranjevanju rumene svetlobe, je žveplova spojina.

2) Pigment v prahu iz bakrenega zlata pospešuje oksidativno razgradnjo PVC surovin

Bakreni pigmenti se lahko pri visoki temperaturi oksidirajo v Cu+ in Cu2+, kar bo pospešilo razgradnjo PVC-ja.

3) Uničenje kovinskih ionov na polimerih

Nekateri pigmenti imajo uničujoč učinek na polimere. Na primer, pigment manganskega laka CIPigmentRed48:4 ni primeren za oblikovanje izdelkov iz PP plastike. Razlog je v tem, da kovinski manganovi ioni s spremenljivo ceno katalizirajo hidroperoksid s prenosom elektronov pri termični oksidaciji ali fotooksidaciji PP. Razgradnja PP vodi do pospešenega staranja PP; estrska vez v polikarbonatu se zlahka hidrolizira in razgradi pri segrevanju, in ko so v pigmentu kovinski ioni, je lažje pospešiti razgradnjo; kovinski ioni bodo tudi spodbujali termo-kisikovo razgradnjo PVC in drugih surovin ter povzročili spremembo barve.

Če povzamemo, pri proizvodnji plastičnih izdelkov je najbolj izvedljiv in učinkovit način, da se izognete uporabi barvnih pigmentov, ki reagirajo s surovinami.

3. Reakcija med barvili in aditivi

1) Reakcija med pigmenti, ki vsebujejo žveplo, in dodatki

Pigmenti, ki vsebujejo žveplo, kot je kadmijevo rumeno (trdna raztopina CdS in CdSe), niso primerni za PVC zaradi slabe kislinske odpornosti in se ne smejo uporabljati z dodatki, ki vsebujejo svinec.

2) Reakcija spojin, ki vsebujejo svinec, s stabilizatorji, ki vsebujejo žveplo

Vsebnost svinca v krom rumenem pigmentu ali molibden rdečem reagira z antioksidanti, kot je tiodistearat DSTDP.

3) Reakcija med pigmentom in antioksidantom

Pri surovinah z antioksidanti, kot je PP, bodo tudi nekateri pigmenti reagirali z antioksidanti, s čimer bodo oslabili delovanje antioksidantov in poslabšali toplotno kisikovo stabilnost surovin. Na primer, saje zlahka absorbirajo fenolne antioksidante ali reagirajo z njimi in izgubijo svojo aktivnost; fenolni antioksidanti in titanovi ioni v belih ali svetlih plastičnih izdelkih tvorijo komplekse fenolnih aromatskih ogljikovodikov, ki povzročijo porumenelost izdelkov. Izberite ustrezen antioksidant ali dodajte pomožne dodatke, kot je antikislinska cinkova sol (cinkov stearat) ali fosfit tipa P2, da preprečite razbarvanje belega pigmenta (TiO2).

4) Reakcija med pigmentom in stabilizatorjem svetlobe

Učinek pigmentov in svetlobnih stabilizatorjev, razen reakcije pigmentov, ki vsebujejo žveplo, in svetlobnih stabilizatorjev, ki vsebujejo nikelj, kot je opisano zgoraj, na splošno zmanjša učinkovitost svetlobnih stabilizatorjev, zlasti učinek oviranih aminskih svetlobnih stabilizatorjev ter azo rumenih in rdečih pigmentov. Učinek stabilnega upadanja je bolj očiten in ni tako stabilen kot neobarvan. Za ta pojav ni dokončne razlage.

4. Reakcija med aditivi

Če veliko dodatkov uporabite nepravilno, lahko pride do nepričakovanih reakcij in izdelek spremeni barvo. Na primer, Sb2O3, ki zavira gorenje, reagira z antioksidantom, ki vsebuje žveplo, da ustvari Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Zato je treba biti pri izbiri proizvodnih formulacij previden pri izbiri dodatkov.

5. Pomožni vzroki avtooksidacije

Samodejna oksidacija fenolnih stabilizatorjev je pomemben dejavnik za spodbujanje razbarvanja belih ali svetlih izdelkov. To razbarvanje v tujini pogosto imenujejo "Pinking".

Spajajo ga produkti oksidacije, kot so antioksidanti BHT (2-6-di-tert-butil-4-metilfenol), in je oblikovan kot svetlo rdeč reakcijski produkt 3,3′,5,5′-stilben kinona. Do tega razbarvanja pride samo v prisotnosti kisika in vode ter v odsotnosti svetlobe. Ko je izpostavljen ultravijolični svetlobi, svetlo rdeč stilben kinon hitro razpade v rumen produkt z enim obročem.

6. Tavtomerizacija barvnih pigmentov pod delovanjem svetlobe in toplote

Nekateri barvni pigmenti so podvrženi tavtomerizaciji molekularne konfiguracije pod vplivom svetlobe in toplote, kot je uporaba pigmentov CIPig.R2 (BBC) za spremembo iz azo tipa v tip kinona, kar spremeni prvotni učinek konjugacije in povzroči nastanek konjugiranih vezi. . zmanjšanje, kar povzroči spremembo barve iz temno modro-svetleče rdeče v svetlo oranžno-rdečo.

Hkrati se pod katalizo svetlobe razgradi z vodo, spremeni sokristalno vodo in povzroči bledenje.

7. Povzročajo onesnaževala zraka

Ko so plastični izdelki shranjeni ali uporabljeni, bodo nekateri reaktivni materiali, bodisi surovine, dodatki ali barvni pigmenti, reagirali z vlago v ozračju ali kemičnimi onesnaževalci, kot so kisline in alkalije, pod delovanjem svetlobe in toplote. Povzročene so različne kompleksne kemične reakcije, ki bodo sčasoma povzročile bledenje ali razbarvanje.

Temu položaju se je mogoče izogniti ali omiliti z dodajanjem ustreznih toplotnih stabilizatorjev kisika, svetlobnih stabilizatorjev ali z izbiro visokokakovostnih dodatkov in pigmentov za odpornost na vremenske vplive.