Poznavanje materijala za pakiranje — što uzrokuje promjenu boje plastičnih proizvoda?

• Oksidativna degradacija sirovina može uzrokovati promjenu boje tijekom kalupljenja na visokoj temperaturi;
• Promjena boje bojila na visokoj temperaturi uzrokovat će promjenu boje plastičnih proizvoda;
• Kemijska reakcija između bojila i sirovina ili aditiva uzrokovat će promjenu boje;
• Reakcija između aditiva i automatska oksidacija aditiva uzrokovat će promjene boje;
• Tautomerizacija pigmenata za bojanje pod djelovanjem svjetla i topline uzrokovat će promjenu boje proizvoda;
• Onečišćivači zraka mogu uzrokovati promjene u plastičnim proizvodima.

1. Uzrokovano oblikovanjem plastike

1) Oksidativna degradacija sirovina može uzrokovati promjenu boje prilikom oblikovanja na visokoj temperaturi

Kada je grijaći prsten ili grijaća ploča opreme za preradu plastičnog kalupa uvijek u stanju zagrijavanja zbog izvan kontrole, lako je uzrokovati da lokalna temperatura bude previsoka, što dovodi do oksidacije i raspadanja sirovog materijala na visokoj temperaturi.Za one plastike osjetljive na toplinu, poput PVC-a, lakše je Kada se pojavi ovaj fenomen, kada je ozbiljan, izgorjet će i požutjeti, ili čak pocrniti, praćen velikom količinom niskomolekularnih hlapljivih tvari koje se prelijevaju.

Ova degradacija uključuje reakcije kao što sudepolimerizacija, nasumično cijepanje lanca, uklanjanje bočnih skupina i tvari niske molekularne težine.

• Depolimerizacija

Reakcija cijepanja događa se na krajnjoj karici lanca, uzrokujući da karika lanca otpada jedna po jedna, a stvoreni monomer brzo ispari.U to se vrijeme molekularna težina mijenja vrlo sporo, baš kao i obrnuti proces lančane polimerizacije.Kao što je toplinska depolimerizacija metil metakrilata.

• Nasumični prekid lanca (degradacija)

Također poznat kao nasumični prekidi ili nasumični prekinuti lanci.Pod djelovanjem mehaničke sile, visokoenergetskog zračenja, ultrazvučnih valova ili kemijskih reagensa, polimerni lanac se prekida bez fiksne točke i proizvodi polimer niske molekularne težine.To je jedan od načina razgradnje polimera.Kada se polimerni lanac nasumično razgrađuje, molekularna težina brzo opada, a gubitak težine polimera je vrlo mali.Na primjer, mehanizam razgradnje polietilena, poliena i polistirena je uglavnom nasumična razgradnja.

Kada se polimeri kao što je PE oblikuju na visokim temperaturama, bilo koja pozicija glavnog lanca može biti prekinuta, a molekularna težina brzo pada, ali je prinos monomera vrlo mali.Ova vrsta reakcije naziva se nasumičnim cijepanjem lanca, ponekad se naziva i degradacija, polietilen. Slobodni radikali nastali nakon cijepanja lanca vrlo su aktivni, okruženi s više sekundarnog vodika, skloni reakcijama prijenosa lanca i gotovo da se ne proizvode monomeri.

• Uklanjanje supstituenata

PVC, PVAc, itd. mogu biti podvrgnuti reakciji uklanjanja supstituenata kada se zagrijavaju, pa se na termogravimetrijskoj krivulji često pojavljuje plato.Kada se polivinil klorid, polivinil acetat, poliakrilonitril, polivinil fluorid, itd. zagrijavaju, supstituenti će biti uklonjeni.Uzimajući polivinil klorid (PVC) kao primjer, PVC se obrađuje na temperaturi nižoj od 180~200°C, ali na nižoj temperaturi (kao što je 100~120°C), počinje dehidrogenirati (HCl) i jako gubi HCl brzo na oko 200°C.Zbog toga, tijekom obrade (180-200°C), polimer postaje tamniji u boji i smanjenoj čvrstoći.

Slobodni HCl ima katalitički učinak na dehidrokloriranje, a metalni kloridi, poput željezovog klorida koji nastaje djelovanjem klorovodika i opreme za obradu, potiču katalizu.

Nekoliko postotaka apsorbenata kiseline, kao što su barijev stearat, organokositar, olovni spojevi itd., mora se dodati PVC-u tijekom termičke obrade kako bi se poboljšala njegova stabilnost.

Kada se komunikacijski kabel koristi za bojanje komunikacijskog kabela, ako poliolefinski sloj na bakrenoj žici nije stabilan, na međupolimer-bakarnom sučelju formirat će se zeleni bakreni karboksilat.Ove reakcije potiču difuziju bakra u polimer, ubrzavajući katalitičku oksidaciju bakra.

Stoga, kako bi se smanjila stopa oksidativne razgradnje poliolefina, često se dodaju fenolni ili aromatski aminski antioksidansi (AH) koji prekidaju gornju reakciju i stvaraju neaktivne slobodne radikale A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

• Oksidativna razgradnja

Polimerni proizvodi izloženi zraku apsorbiraju kisik i podvrgavaju se oksidaciji pri čemu nastaju hidroperoksidi, dalje se razgrađuju i stvaraju aktivne centre, stvaraju slobodne radikale, a zatim prolaze kroz lančane reakcije slobodnih radikala (tj. proces autooksidacije).Polimeri su tijekom obrade i uporabe izloženi kisiku u zraku, a zagrijavanjem se ubrzava oksidativna razgradnja.

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

Raskidanje lanca uzrokovano hidroperoksidnom skupinom dovodi do smanjenja molekulske mase, a glavni produkti raskidanja su alkoholi, aldehidi i ketoni, koji se na kraju oksidiraju u karboksilne kiseline.Karboksilne kiseline igraju glavnu ulogu u katalitičkoj oksidaciji metala.Oksidativna degradacija glavni je razlog pogoršanja fizičkih i mehaničkih svojstava polimernih proizvoda.Oksidativna degradacija ovisi o molekularnoj strukturi polimera.Prisutnost kisika također može pojačati oštećenje svjetlosti, topline, zračenja i mehaničke sile na polimere, uzrokujući složenije reakcije razgradnje.Antioksidansi se dodaju polimerima kako bi usporili oksidativnu razgradnju.

2) Kada se plastika obrađuje i oblikuje, bojilo se razgrađuje, blijedi i mijenja boju zbog svoje nesposobnosti da izdrži visoke temperature

Pigmenti ili boje koji se koriste za bojanje plastike imaju ograničenje temperature.Kada se dosegne ova granična temperatura, pigmenti ili boje će doživjeti kemijske promjene kako bi proizveli razne spojeve niže molekularne težine, a njihove reakcijske formule su relativno složene;različiti pigmenti imaju različite reakcije.I proizvodi, otpornost na temperaturu različitih pigmenata može se ispitati analitičkim metodama kao što je mršavljenje.

2. Bojila reagiraju sa sirovinama

Reakcija između bojila i sirovina uglavnom se očituje u obradi određenih pigmenata ili bojila i sirovina.Ove kemijske reakcije dovest će do promjena u nijansi i degradaciji polimera, čime se mijenjaju svojstva plastičnih proizvoda.

• Reakcija redukcije

Određeni visoki polimeri, kao što su najlon i aminoplasti, jaki su redukcijski agensi kiseline u rastaljenom stanju, koji mogu reducirati i izblijediti pigmente ili boje koji su stabilni na temperaturama obrade.

• Alkalna izmjena

Zemnoalkalijski metali u PVC emulzijskim polimerima ili određenim stabiliziranim polipropilenima mogu se "bazno izmijeniti" sa zemnoalkalijskim metalima u bojilima kako bi promijenili boju iz plavo-crvene u narančastu.

PVC emulzijski polimer je metoda u kojoj se VC polimerizira miješanjem u vodenoj otopini emulgatora (kao što je natrijev dodecilsulfonat C12H25SO3Na).Reakcija sadrži Na+;kako bi se poboljšala otpornost na toplinu i kisik često se dodaju PP, 1010, DLTDP, itd.Kisik, antioksidans 1010 je reakcija transesterifikacije katalizirana 3,5-di-tert-butil-4-hidroksipropionat metil esterom i natrijevim pentaeritritolom, a DLTDP se priprema reakcijom vodene otopine Na2S s akrilonitrilom. Propionitril se hidrolizira kako bi se stvorila tiodipropionska kiselina i na kraju dobiven esterifikacijom lauril alkoholom.Reakcija također sadrži Na+.

Tijekom oblikovanja i obrade plastičnih proizvoda, zaostali Na+ u sirovini će reagirati s pigmentom laka koji sadrži metalne ione kao što je CIPigment Red48:2 (BBC ili 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• Reakcija između pigmenata i halogenovodika (HX)

Kada temperatura poraste na 170°C ili pod djelovanjem svjetla, PVC uklanja HCl i stvara konjugiranu dvostruku vezu.

Plastični proizvodi otporni na plamen koji sadrže halogen ili obojeni plastični proizvodi koji usporavaju plamen također su dehidrohalogenirani HX kada se oblikuju na visokoj temperaturi.

1) Ultramarin i HX reakcija

Ultramarin plavi pigment koji se naširoko koristi u bojanju plastike ili uklanjanju žutog svjetla, spoj je sumpora.

2) Bakreno-zlatni pigment u prahu ubrzava oksidativnu razgradnju PVC sirovina

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

3) Destrukcija metalnih iona na polimerima

Neki pigmenti imaju destruktivan učinak na polimere.Na primjer, pigment manganskog laka CIPigmentRed48:4 nije prikladan za oblikovanje PP plastičnih proizvoda.Razlog je taj što metalni ioni mangana promjenjive cijene kataliziraju hidroperoksid putem prijenosa elektrona u toplinskoj oksidaciji ili fotooksidaciji PP-a.Razgradnja PP dovodi do ubrzanog starenja PP;esterska veza u polikarbonatu se lako hidrolizira i razgrađuje kada se zagrijava, a kada postoje metalni ioni u pigmentu, lakše je pospješiti razgradnju;metalni ioni također će pospješiti termo-kisikovu razgradnju PVC-a i drugih sirovina i uzrokovati promjenu boje.

Ukratko, pri proizvodnji plastičnih proizvoda to je najizvediviji i najučinkovitiji način izbjegavanja upotrebe obojenih pigmenata koji reagiraju sa sirovinama.

3. Reakcija između bojila i aditiva

1) Reakcija između pigmenata koji sadrže sumpor i aditiva

Pigmenti koji sadrže sumpor, kao što je kadmijevo žuto (kruta otopina CdS i CdSe), nisu prikladni za PVC zbog slabe otpornosti na kiseline i ne smiju se koristiti s dodacima koji sadrže olovo.

2) Reakcija spojeva koji sadrže olovo sa stabilizatorima koji sadrže sumpor

Sadržaj olova u krom žutom pigmentu ili molibden crvenom reagira s antioksidansima kao što je tiodistearat DSTDP.

3) Reakcija između pigmenta i antioksidansa

Za sirovine s antioksidansima, kao što je PP, neki će pigmenti također reagirati s antioksidansima, slabeći tako funkciju antioksidansa i pogoršavajući toplinsku stabilnost sirovina prema kisiku.Na primjer, fenolne antioksidanse lako apsorbira čađa ili reagiraju s njima i gube svoju aktivnost;fenolni antioksidansi i ioni titana u bijelim ili svijetlo obojenim plastičnim proizvodima tvore komplekse fenolnih aromatskih ugljikovodika 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 između pigmenta i svjetlosnog stabilizatora

Učinak pigmenata i svjetlosnih stabilizatora, osim gore opisane reakcije pigmenata koji sadrže sumpor i svjetlosnih stabilizatora koji sadrže nikal, općenito smanjuje učinkovitost svjetlosnih stabilizatora, posebno učinak ometenih aminskih svjetlosnih stabilizatora i azo žutih i crvenih pigmenata.Učinak stabilnog opadanja je očitiji, a nije tako stabilan kao neobojen.Ne postoji određeno objašnjenje za ovaj fenomen.

4. Reakcija između aditiva

Ako se mnogi dodaci koriste nepropisno, može doći do neočekivanih reakcija i proizvod će promijeniti boju.Na primjer, Sb2O3 koji usporava plamen reagira s antioksidansom koji sadrži sumpor i stvara Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Stoga se pri odabiru proizvodnih formulacija mora voditi računa o odabiru aditiva.

5. Pomoćni uzroci autooksidacije

Automatska oksidacija fenolnih stabilizatora važan je čimbenik za promicanje promjene boje bijelih ili svijetlih proizvoda.Ova diskoloracija se u stranim zemljama često naziva "Pinking".

Spajaju ga oksidacijski produkti kao što su BHT antioksidansi (2-6-di-tert-butil-4-metilfenol) i ima oblik 3,3',5,5'-stilbene kinona svijetlocrvenog reakcijskog produkta, dolazi do ove promjene boje samo u prisutnosti kisika i vode te u odsutnosti svjetla.Kada je izložen ultraljubičastom svjetlu, svijetlocrveni stilben kinon brzo se raspada u žuti produkt s jednim prstenom.

6. Tautomerizacija obojenih pigmenata pod djelovanjem svjetla i topline

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

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

7. Uzrokovano zagađivačima zraka

Kada se plastični proizvodi skladište ili koriste, neki reaktivni materijali, bilo da se radi o sirovinama, aditivima ili pigmentima za bojenje, reagirat će s vlagom u atmosferi ili kemijskim zagađivačima kao što su kiseline i lužine pod djelovanjem svjetla i topline.Izazivaju se različite složene kemijske reakcije koje će s vremenom dovesti do blijeđenja ili promjene boje.

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