Poznavanje materijala za pakovanje — šta uzrokuje promjenu boje plastičnih proizvoda?

• Oksidativna degradacija sirovina može uzrokovati promjenu boje pri oblikovanju na visokoj temperaturi;
• Promjena boje boje na visokoj temperaturi će uzrokovati promjenu boje plastičnih proizvoda;
• Hemijska reakcija između bojila i sirovina ili aditiva će uzrokovati promjenu boje;
• Reakcija između aditiva i automatske oksidacije aditiva će uzrokovati promjene boje;
• Tautomerizacija pigmenata za bojenje pod dejstvom svetlosti i toplote će izazvati promene boje proizvoda;
• Zagađivači zraka mogu uzrokovati promjene u plastičnim proizvodima.

1. Uzrokovano plastičnim kalupom

1) Oksidativna degradacija sirovina može uzrokovati promjenu boje pri oblikovanju na visokoj temperaturi

Kada je grijaći prsten ili grijaća ploča opreme za obradu plastičnih kalupa uvijek u stanju grijanja zbog nekontrolisanja, lako je uzrokovati da lokalna temperatura bude previsoka, zbog čega sirovina oksidira i raspada se na visokoj temperaturi. Za plastiku osetljivu na toplotu, kao što je PVC, lakše je da. Kada dođe do ove pojave, kada je ozbiljna, ona će izgoreti i postati žuta, ili čak crna, praćena prelivanjem velike količine niskomolekularnih isparljivih materija.

Ova degradacija uključuje reakcije kao što sudepolimerizacija, nasumično razdvajanje lanca, uklanjanje bočnih grupa i supstanci male molekularne težine.

• Depolimerizacija

Reakcija cijepanja se događa na terminalnoj karici lanca, uzrokujući da karika lanca otpada jedna po jedna, a generirani monomer se brzo ispari. U ovom trenutku, molekulska težina se mijenja vrlo sporo, baš kao i obrnuti proces lančane polimerizacije. Kao što je termička depolimerizacija metil metakrilata.

• Nasumično razdvajanje lanca (degradacija)

Također poznat kao nasumični prekidi ili nasumični prekinuti lanci. Pod dejstvom mehaničke sile, visokoenergetskog zračenja, ultrazvučnih talasa ili hemijskih reagensa, polimerni lanac se lomi bez fiksne tačke da bi se dobio polimer male molekularne težine. To je jedan od načina razgradnje polimera. Kada se polimerni lanac nasumično degradira, molekularna težina brzo opada, a gubitak težine polimera je vrlo mali. Na primjer, mehanizam razgradnje polietilena, poliena i polistirena je uglavnom nasumična degradacija.

Kada se polimeri kao što je PE oblikuju na visokim temperaturama, bilo koja pozicija glavnog lanca može biti prekinuta, a molekulska težina brzo opada, ali je prinos monomera vrlo mali. Ova vrsta reakcije se naziva nasumično rascjep lanaca, ponekad se naziva i degradacija, polietilen. Slobodni radikali koji nastaju nakon cijepanja lanca su vrlo aktivni, okruženi su sekundarnim vodonikom, skloni su reakcijama prijenosa lanaca i gotovo se ne proizvode monomeri.

• Uklanjanje supstituenata

PVC, PVAc, itd. mogu biti podvrgnuti reakciji uklanjanja supstituenata kada se zagrevaju, pa se na termogravimetrijskoj krivulji često pojavljuje plato. Kada se polivinil hlorid, polivinil acetat, poliakrilonitril, polivinil fluorid itd. zagreju, supstituenti će biti uklonjeni. Uzimajući polivinil hlorid (PVC) kao primjer, PVC se obrađuje na temperaturi ispod 180~200°C, ali na nižim temperaturama (kao što je 100~120°C) počinje da dehidrogenira (HCl) i gubi HCl veoma brzo na oko 200°C. Stoga, tokom obrade (180-200°C), polimer ima tendenciju da postane tamnije boje i slabije čvrstoće.

Slobodna HCl ima katalitički učinak na dehidrokloraciju, a kloridi metala, poput željeznog klorida koji nastaje djelovanjem klorovodika i opreme za obradu, pospješuju katalizu.

Nekoliko procenata apsorbenata kiseline, kao što su barijum stearat, organokalaj, olovna jedinjenja, itd., mora se dodati PVC-u tokom termičke obrade kako bi se poboljšala njegova stabilnost.

Kada se komunikacijski kabel koristi za bojenje komunikacijskog kabela, ako poliolefinski sloj na bakrenoj žici nije stabilan, na sučelju polimer-bakar će se formirati zeleni bakreni karboksilat. Ove reakcije pospješuju difuziju bakra u polimer, ubrzavajući katalitičku oksidaciju bakra.

Stoga, kako bi se smanjila brzina oksidativne razgradnje poliolefina, često se dodaju fenolni ili aromatični aminski antioksidansi (AH) kako bi se prekinula gornja reakcija i formirali neaktivni slobodni radikali A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

• Oksidativna degradacija

Polimerni proizvodi izloženi vazduhu apsorbuju kiseonik i podležu oksidaciji da bi formirali hidroperokside, dalje se razlažu da bi stvorili aktivne centre, formirali slobodne radikale, a zatim se podvrgavaju lančanim reakcijama slobodnih radikala (tj. proces autooksidacije). Polimeri su tokom obrade i upotrebe izloženi kiseoniku u vazduhu, a kada se zagreju, oksidativna degradacija se ubrzava.

Termička oksidacija poliolefina pripada mehanizmu lančane reakcije slobodnih radikala, koji ima autokatalitičko ponašanje i može se podijeliti u tri koraka: inicijacija, rast i završetak.

Prekid lanca uzrokovan hidroperoksidnom grupom dovodi do smanjenja molekulske mase, a glavni proizvodi cijepanja su alkoholi, aldehidi i ketoni, koji se konačno oksidiraju u karboksilne kiseline. Karboksilne kiseline igraju važnu ulogu u katalitičkoj oksidaciji metala. Oksidativna degradacija je glavni razlog pogoršanja fizičkih i mehaničkih svojstava polimernih proizvoda. Oksidativna degradacija varira u zavisnosti od molekularne strukture polimera. Prisutnost kisika također može intenzivirati oštećenja svjetlosti, topline, zračenja i mehaničke sile na polimere, uzrokujući složenije reakcije razgradnje. Antioksidansi se dodaju polimerima kako bi se usporila oksidativna degradacija.

2) Kada se plastika obradi i oblikuje, boja se raspada, blijedi i mijenja boju zbog svoje nesposobnosti da izdrži visoke temperature

Pigmenti ili boje koje se koriste za bojenje plastike imaju temperaturno ograničenje. Kada se dostigne ova granična temperatura, pigmenti ili boje će se podvrgnuti hemijskim promenama da bi proizveli različite spojeve niže molekularne težine, a njihove reakcione formule su relativno složene; različiti pigmenti imaju različite reakcije. A proizvodi, otpornost na temperaturu različitih pigmenata mogu se testirati analitičkim metodama kao što je gubitak težine.

2. Boje reaguju sa sirovinama

Reakcija između bojila i sirovina uglavnom se očituje u preradi određenih pigmenata ili boja i sirovina. Ove kemijske reakcije dovest će do promjene boje i degradacije polimera, čime se mijenjaju svojstva plastičnih proizvoda.

• Reakcija redukcije

Određeni visoki polimeri, kao što su najlon i aminoplasti, su jaka sredstva za redukciju kiseline u rastopljenom stanju, koja mogu reducirati i izblijedjeti pigmente ili boje koje su stabilne na temperaturama obrade.

• Alkalna izmjena

Zemnoalkalni metali u PVC emulzijskim polimerima ili određeni stabilizovani polipropileni mogu „razmjenjivati ​​bazu“ sa zemnoalkalnim metalima u bojilima kako bi promijenili boju iz plavo-crvene u narandžastu.

PVC emulzioni polimer je metoda u kojoj se VC polimerizira miješanjem u vodenoj otopini emulgatora (kao što je natrijum dodecilsulfonat C12H25SO3Na). Reakcija sadrži Na+; da bi se poboljšala otpornost na toplotu i kiseonik PP, često se dodaju 1010, DLTDP, itd. Kiseonik, antioksidans 1010 je reakcija transesterifikacije katalizirana 3,5-di-terc-butil-4-hidroksipropionat metil esterom i natrijum pentaeritritolom, a DLTDP se priprema reakcijom vodenog rastvora Na2S sa akrilonitrilom, propionitrilom i finalnom se generira hidrolizodiopropionska kiselina. dobio od esterifikacija sa lauril alkoholom. Reakcija također sadrži Na+.

Tokom oblikovanja i prerade plastičnih proizvoda, rezidualni Na+ u sirovini će reagovati sa jezerskim pigmentom koji sadrži ione metala kao što je CIPigment Red48:2 (BBC ili 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• Reakcija između pigmenta i vodikovih halogenida (HX)

Kada temperatura poraste na 170°C ili pod dejstvom svetlosti, PVC uklanja HCI da bi formirao konjugovanu dvostruku vezu.

Zapaljivi poliolefin koji sadrži halogene ili obojeni plastični proizvodi otporni na vatru su također dehidrohalogenirani HX kada se oblikuju na visokoj temperaturi.

1) Ultramarin i HX reakcija

Ultramarin plavi pigment koji se široko koristi u bojanju plastike ili uklanjanju žute svjetlosti, je spoj sumpora.

2) Bakar zlatni pigment u prahu ubrzava oksidativnu razgradnju PVC sirovina

Bakarni pigmenti mogu se oksidirati u Cu+ i Cu2+ na visokoj temperaturi, što će ubrzati razgradnju PVC-a

3) Uništavanje metalnih jona na polimerima

Neki pigmenti imaju destruktivni učinak na polimere. Na primjer, pigment manganskog jezera CIPigmentRed48:4 nije prikladan za oblikovanje proizvoda od PP plastike. Razlog je taj što ioni metala mangana promjenjive cijene kataliziraju hidroperoksid putem prijenosa elektrona u termalnoj oksidaciji ili fotooksidaciji PP. Razlaganje PP dovodi do ubrzanog starenja PP; estersku vezu u polikarbonatu lako je hidrolizirati i razgraditi kada se zagrije, a kada u pigmentu postoje ioni metala, lakše je pospješiti razgradnju; joni metala će također potaknuti termo-kiseonički raspad PVC-a i drugih sirovina i uzrokovati promjenu boje.

Ukratko, pri proizvodnji plastičnih proizvoda, to je najizvodljiviji i najefikasniji način da se izbjegne upotreba obojenih pigmenata koji reagiraju sa sirovinama.

3. Reakcija između boja i aditiva

1) Reakcija između pigmenata koji sadrže sumpor i aditiva

Pigmenti koji sadrže sumpor, kao što je kadmijum žuta (čvrsta otopina CdS i CdSe), nisu pogodni za PVC zbog slabe otpornosti na kiseline i ne smiju se koristiti s aditivima koji sadrže olovo.

2) Reakcija jedinjenja koja sadrže olovo sa stabilizatorima koji sadrže sumpor

Sadržaj olova u hrom žutom pigmentu ili molibden crvenom reaguje sa antioksidansima kao što je tiodistearat DSTDP.

3) Reakcija između pigmenta i antioksidansa

Za sirovine sa antioksidansima, kao što je PP, neki pigmenti će takođe reagovati sa antioksidansima, slabeći na taj način funkciju antioksidansa i pogoršavajući termičku stabilnost kiseonika sirovina. Na primjer, fenolni antioksidansi se lako apsorbiraju čađom ili reagiraju s njima i gube svoju aktivnost; fenolni antioksidansi i joni titana u bijelim ili svijetlim plastičnim proizvodima formiraju fenolne aromatične ugljikovodične komplekse koji uzrokuju žutilo proizvoda. Odaberite odgovarajući antioksidans ili dodajte pomoćne aditive, kao što je cinkova sol protiv kiseline (cink stearat) ili fosfit tipa P2 kako biste spriječili promjenu boje bijelog pigmenta (TiO2).

4) Reakcija pigmenta i stabilizatora svjetlosti

Utjecaj pigmenata i svjetlosnih stabilizatora, osim reakcije pigmenata koji sadrže sumpor i svjetlosnih stabilizatora koji sadrže nikl, kao što je gore opisano, općenito umanjuje djelotvornost svjetlosnih stabilizatora, posebno učinak ometanih aminskih svjetlosnih stabilizatora i azo žutih i crvenih pigmenata. Efekat stabilnog pada je očigledniji i nije tako stabilan kao neobojen. Ne postoji definitivno objašnjenje za ovaj fenomen.

4. Reakcija između aditiva

Ako se mnogi aditivi koriste nepravilno, mogu se pojaviti neočekivane reakcije i proizvod će promijeniti boju. Na primjer, usporivač plamena Sb2O3 reagira sa antioksidansom koji sadrži sumpor i stvara Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Stoga se mora voditi računa o odabiru aditiva kada se razmatraju proizvodne formulacije.

5. Pomoćni uzroci autooksidacije

Automatska oksidacija fenolnih stabilizatora je važan faktor za promicanje promjene boje bijelih ili svijetlih proizvoda. Ova promena boje se u stranim zemljama često naziva „ružičastim“.

Spojen je produktima oksidacije kao što su BHT antioksidansi (2-6-di-tert-butil-4-metilfenol), i oblikovan je kao 3,3′,5,5′-stilbene kinon svijetlocrveni reakcijski proizvod. Do ove promjene boje dolazi samo u prisustvu kiseonika i vode iu nedostatku svetlosti. Kada se izloži ultraljubičastom svjetlu, svijetlocrveni stilben kinon se brzo razlaže u žuti jednoprstenasti proizvod.

6. Tautomerizacija obojenih pigmenata pod dejstvom svetlosti i toplote

Neki obojeni pigmenti podliježu tautomerizaciji molekularne konfiguracije pod djelovanjem svjetlosti i topline, kao što je upotreba CIPig.R2 (BBC) pigmenata za promjenu iz azo tipa u tip kinona, što mijenja izvorni efekat konjugacije i uzrokuje stvaranje konjugiranih veza . smanjenje, što rezultira promjenom boje iz tamno plavo-sjaj crvene u svijetlo narandžasto-crvenu.

U isto vrijeme, pod katalizom svjetlosti, razgrađuje se s vodom, mijenjajući kokristalnu vodu i uzrokujući blijeđenje.

7. Uzrokuju zagađivači zraka

Kada se plastični proizvodi skladište ili koriste, neki reaktivni materijali, bilo da su sirovine, aditivi ili pigmenti za bojenje, reagirat će s vlagom u atmosferi ili kemijskim zagađivačima kao što su kiseline i alkalije pod djelovanjem svjetlosti i topline. Izazivaju se razne složene hemijske reakcije koje će vremenom dovesti do blijeđenja ili promjene boje.

Ova situacija se može izbjeći ili ublažiti dodavanjem odgovarajućih termalnih stabilizatora kisika, svjetlosnih stabilizatora ili odabirom visokokvalitetnih aditiva i pigmenata otpornih na vremenske uvjete.