Pakendimaterjali tundmine – mis põhjustab plasttoodete värvimuutust?

• Toormaterjalide oksüdatiivne lagunemine võib kõrgel temperatuuril vormimisel põhjustada värvimuutust;
• Värvaine värvimuutus kõrgel temperatuuril põhjustab plasttoodete värvimuutust;
• Värvaine ja tooraine või lisandite vaheline keemiline reaktsioon põhjustab värvimuutust;
• Lisandite vaheline reaktsioon ja lisandite automaatne oksüdatsioon põhjustab värvimuutusi;
• Värvipigmentide tauterisatsioon valguse ja kuumuse toimel põhjustab toodete värvimuutusi;
• Õhusaasteained võivad plasttoodetes muutusi põhjustada.

1. Põhjuseks plasti vormimine

1) Toormaterjalide oksüdatiivne lagunemine võib kõrgel temperatuuril vormimisel põhjustada värvimuutust

Kui plastvormimisseadmete kuumutusrõngas või kuumutusplaat on kontrolli alt väljasoleku tõttu alati kuumutusasendis, on lihtne põhjustada kohalikku temperatuuri liiga kõrgeks, mis paneb tooraine kõrgel temperatuuril oksüdeeruma ja lagunema. Nende kuumustundlike plastide (nt PVC) puhul on seda lihtsam Kui see nähtus ilmneb, kui see on tõsine, põleb see ja muutub kollaseks või isegi mustaks, millega kaasneb suur hulk madala molekulmassiga lenduvaid aineid.

See lagunemine hõlmab selliseid reaktsioone nagudepolümerisatsioon, juhuslik ahela lõikamine, külgrühmade ja madala molekulmassiga ainete eemaldamine.

• Depolümerisatsioon

Lõhustamisreaktsioon toimub ahela terminaalsel lülil, mille tulemusel ahela lüli kukub ükshaaval maha ja tekkinud monomeer lendub kiiresti. Sel ajal muutub molekulmass väga aeglaselt, täpselt nagu ahela polümerisatsiooni pöördprotsess. Näiteks metüülmetakrülaadi termiline depolümerisatsioon.

• Juhuslik ahela katkemine (lagundamine)

Tuntud ka kui juhuslikud katkestused või juhuslikud katkenud ahelad. Mehaanilise jõu, suure energiaga kiirguse, ultrahelilainete või keemiliste reaktiivide mõjul katkeb polümeeri kett ilma fikseeritud punktita, et saada madala molekulmassiga polümeeri. See on üks polümeeri lagunemise viise. Kui polümeeri ahel laguneb juhuslikult, langeb molekulmass kiiresti ja polümeeri kaalukadu on väga väike. Näiteks polüetüleeni, polüeeni ja polüstüreeni lagunemismehhanismiks on peamiselt juhuslik lagunemine.

Kui polümeere, nagu PE, vormitakse kõrgel temperatuuril, võib peaahela mis tahes asend puruneda ja molekulmass langeb kiiresti, kuid monomeeri saagis on väga väike. Seda tüüpi reaktsiooni nimetatakse juhuslikuks ahela lõhkumiseks, mõnikord nimetatakse lagunemiseks, polüetüleen. Pärast ahela katkemist moodustuvad vabad radikaalid on väga aktiivsed, neid ümbritseb sekundaarsem vesinik, kalduvus ahelülekande reaktsioonidele ja peaaegu ei teki monomeere.

• Asendajate eemaldamine

PVC, PVAc jne võivad kuumutamisel läbida asendaja eemaldamise reaktsiooni, seega ilmub termogravimeetrilisele kõverale sageli platoo. Polüvinüülkloriidi, polüvinüülatsetaati, polüakrüülnitriili, polüvinüülfluoriidi jne kuumutamisel asendajad eemaldatakse. Võttes näiteks polüvinüülkloriidi (PVC), töödeldakse PVC-d temperatuuril alla 180–200 °C, kuid madalamal temperatuuril (näiteks 100–120 °C) hakkab see dehüdrogeneeruma (HCl) ja kaotab HCl väga palju. kiiresti umbes 200 °C juures. Seetõttu kipub polümeer töötlemisel (180-200°C) muutuma tumedamaks ja tugevamaks muutuma.

Vabal HCl-l on dehüdrokloorimisel katalüütiline toime ning metallkloriidid, näiteks vesinikkloriidi ja töötlemisseadmete toimel tekkiv raudkloriid, soodustavad katalüüsi.

PVC-le tuleb termilisel töötlemisel stabiilsuse parandamiseks lisada paar protsenti happeabsorbente, nagu baariumstearaat, tinaorgaanilised ühendid, pliiühendid jne.

Kui sidekaablit kasutatakse sidekaabli värvimiseks ja kui vasktraadi polüolefiinikiht ei ole stabiilne, moodustub polümeeri-vase liidesele roheline vaskkarboksülaat. Need reaktsioonid soodustavad vase difusiooni polümeeriks, kiirendades vase katalüütilist oksüdatsiooni.

Seetõttu lisatakse polüolefiinide oksüdatiivse lagunemise kiiruse vähendamiseks sageli fenoolseid või aromaatseid amiini antioksüdante (AH), et lõpetada ülaltoodud reaktsioon ja moodustada inaktiivsed vabad radikaalid A·: ROO·+AH-→ROOH+A·.

• Oksüdatiivne lagunemine

Õhuga kokkupuutuvad polümeertooted neelavad hapnikku ja läbivad oksüdatsiooni, moodustades hüdroperoksiide, lagunevad edasi, moodustades aktiivsed keskused, moodustavad vabu radikaale ja seejärel läbivad vabade radikaalide ahelreaktsiooni (st autooksüdatsiooni). Polümeerid puutuvad töötlemise ja kasutamise ajal kokku õhus oleva hapnikuga ning kuumutamisel kiireneb oksüdatiivne lagunemine.

Polüolefiinide termiline oksüdatsioon kuulub vabade radikaalide ahelreaktsiooni mehhanismi, millel on autokatalüütiline käitumine ja mida saab jagada kolmeks etapiks: initsiatsioon, kasv ja lõpetamine.

Hüdroperoksiidrühma poolt põhjustatud ahela katkemine viib molekulmassi vähenemiseni ning lõhenemise peamised produktid on alkoholid, aldehüüdid ja ketoonid, mis lõpuks oksüdeeritakse karboksüülhapeteks. Karboksüülhapped mängivad olulist rolli metallide katalüütilises oksüdatsioonis. Polümeertoodete füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste halvenemise peamine põhjus on oksüdatiivne lagunemine. Oksüdatiivne lagunemine varieerub sõltuvalt polümeeri molekulaarstruktuurist. Hapniku olemasolu võib intensiivistada ka valguse, soojuse, kiirguse ja mehaanilise jõu kahjustusi polümeeridele, põhjustades keerukamaid lagunemisreaktsioone. Oksüdatiivse lagunemise aeglustamiseks lisatakse polümeeridele antioksüdante.

2) Plasti töötlemisel ja vormimisel värvaine laguneb, tuhmub ja muudab värvi, kuna see ei talu kõrgeid temperatuure

Plastide värvimiseks kasutatavatel pigmentidel või värvainetel on temperatuuripiirang. Kui see piirtemperatuur on saavutatud, toimuvad pigmendid või värvained keemilised muutused erinevate väiksema molekulmassiga ühendite saamiseks ja nende reaktsioonivalemid on suhteliselt keerulised; erinevatel pigmentidel on erinevad reaktsioonid. Ja tooteid, erinevate pigmentide temperatuurikindlust saab testida analüütiliste meetoditega, nagu kaalulangus.

2. Värvained reageerivad toorainega

Värvainete ja toorainete vaheline reaktsioon avaldub peamiselt teatud pigmentide või värvainete ja toorainete töötlemisel. Need keemilised reaktsioonid põhjustavad värvimuutusi ja polümeeride lagunemist, muutes seeläbi plasttoodete omadusi.

• Vähendamise reaktsioon

Teatud kõrgpolümeerid, nagu nailon ja aminoplastid, on sulas olekus tugevad hapet redutseerivad ained, mis võivad vähendada ja pleekida pigmente või värvaineid, mis on töötlemistemperatuuridel stabiilsed.

• Leelisevahetus

Leelismuldmetallid PVC-emulsioonpolümeerides või teatud stabiliseeritud polüpropüleenides võivad "aluseid vahetada" värvainetes sisalduvate leelismuldmetallidega, muutes värvi sinakaspunasest oranžiks.

PVC emulsioonpolümeer on meetod, mille puhul VC polümeriseeritakse emulgaatori (nagu naatriumdodetsüülsulfonaat C12H25SO3Na) vesilahuses segamise teel. Reaktsioon sisaldab Na+; PP kuuma- ja hapnikukindluse parandamiseks lisatakse sageli 1010, DLTDP jne. Hapnik, antioksüdant 1010 on ümberesterdamisreaktsioon, mida katalüüsivad 3,5-di-tert-butüül-4-hüdroksüpropionaadi metüülester ja naatriumpentaerütritool, ja DLTDP valmistatakse Na2S vesilahuse reageerimisel akrüülnitriiliga Propionitriil hüdrolüüsitakse ja lõpuks hüdrolüüsitakse propionhapet. saadakse laurüülalkoholiga esterdamisel. Reaktsioon sisaldab ka Na+.

Plasttoodete vormimise ja töötlemise käigus reageerib tooraines olev Na+ jääk metalliioone sisaldava järve pigmendiga nagu CIPigment Red48:2 (BBC või 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• Pigmentide ja vesinikhalogeniidide (HX) vaheline reaktsioon

Kui temperatuur tõuseb 170 °C-ni või valguse toimel, eemaldab PVC HCl-d, moodustades konjugeeritud kaksiksideme.

Halogeeni sisaldavad leegiaeglustavad polüolefiin- või värvilised leegiaeglustavad plasttooted on kõrgel temperatuuril vormimisel ka dehüdrohalogeenitud HX.

1) Ultramariin ja HX reaktsioon

Ultramariinsinine pigment, mida kasutatakse laialdaselt plastide värvimisel või kollase valguse eemaldamisel, on väävliühend.

2) Vase kullapulbri pigment kiirendab PVC tooraine oksüdatiivset lagunemist

Vasepigmente saab kõrgel temperatuuril oksüdeerida Cu+ ja Cu2+, mis kiirendab PVC lagunemist

3) Metalliioonide hävitamine polümeeridel

Mõned pigmendid mõjuvad polümeeridele hävitavalt. Näiteks mangaanjärve pigment CIPigmentRed48:4 ei sobi PP-plasttoodete vormimiseks. Põhjus on selles, et muutuva hinnaga metalli mangaaniioonid katalüüsivad hüdroperoksiidi elektronide ülekande kaudu PP termilisel oksüdatsioonil või fotooksüdatsioonil. PP lagunemine viib PP kiirendatud vananemiseni; polükarbonaadi esterside on kuumutamisel kergesti hüdrolüüsitav ja lagunev ning kui pigmendis on metalliioone, on lagunemist lihtsam soodustada; metalliioonid soodustavad ka PVC ja muude toorainete termo-hapniku lagunemist ning põhjustavad värvimuutust.

Kokkuvõtteks võib öelda, et plasttoodete valmistamisel on see kõige otstarbekam ja tõhusam viis vältida toorainega reageerivate värviliste pigmentide kasutamist.

3. Värvainete ja lisandite vaheline reaktsioon

1) Väävlit sisaldavate pigmentide ja lisandite vaheline reaktsioon

Väävlit sisaldavad pigmendid, nagu kaadmiumkollane (CdS ja CdSe tahke lahus), ei sobi PVC-le halva happekindluse tõttu ning neid ei tohi kasutada koos pliid sisaldavate lisanditega.

2) Pliid sisaldavate ühendite reaktsioon väävlit sisaldavate stabilisaatoritega

Kroomkollase pigmendi või molübdeenpunase pliisisaldus reageerib antioksüdantidega, nagu tiodistearaat DSTDP.

3) Pigmendi ja antioksüdandi vaheline reaktsioon

Antioksüdantidega toorainete (nt PP) puhul reageerivad mõned pigmendid ka antioksüdantidega, nõrgestades seega antioksüdantide funktsiooni ja halvendades tooraine termilise hapniku stabiilsust. Näiteks fenoolsed antioksüdandid imenduvad tahma kergesti või reageerivad nendega, kaotades oma aktiivsuse; Valgetes või heledates plasttoodetes sisalduvad fenoolsed antioksüdandid ja titaanioonid moodustavad fenoolseid aromaatseid süsivesinike komplekse, mis põhjustavad toodete kollaseks muutumist. Valige sobiv antioksüdant või lisage lisaaineid, näiteks happevastast tsingisoola (tsinkstearaat) või P2-tüüpi fosfiiti, et vältida valge pigmendi (TiO2) värvimuutust.

4) Pigmendi ja valguse stabilisaatori vaheline reaktsioon

Pigmentide ja valgusstabilisaatorite toime, välja arvatud ülalkirjeldatud väävlit sisaldavate pigmentide ja niklit sisaldavate valgusstabilisaatorite reaktsioon, vähendab üldiselt valguse stabilisaatorite efektiivsust, eriti aga takistatud amiinide valguse stabilisaatorite ning asokollaste ja punaste pigmentide mõju. Stabiilse languse mõju on ilmsem ja see ei ole nii stabiilne kui värvimata. Sellel nähtusel pole kindlat seletust.

4. Lisandite vaheline reaktsioon

Kui paljusid lisandeid kasutatakse valesti, võivad tekkida ootamatud reaktsioonid ja toote värvus muutub. Näiteks leegiaeglustaja Sb2O3 reageerib väävlit sisaldava antioksüdandiga, tekitades Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Seetõttu tuleb lisaainete valikul olla ettevaatlik tootmiskoostiste kaalumisel.

5. Autooksüdatsiooni lisapõhjused

Fenoolsete stabilisaatorite automaatne oksüdatsioon on oluline tegur, mis soodustab valgete või heledate toodete värvimuutust. Välisriikides nimetatakse seda värvimuutust sageli roosaks.

See on seotud oksüdatsiooniproduktidega, nagu BHT antioksüdandid (2-6-di-tert-butüül-4-metüülfenool) ja on 3,3',5,5'-stilbeenkinooni helepunase reaktsioonisaaduse kujuga. See värvimuutus ilmneb ainult hapniku ja vee juuresolekul ning valguse puudumisel. Ultraviolettvalgusega kokku puutudes laguneb helepunane stilbeenkinoon kiiresti kollaseks ühetsükliliseks tooteks.

6. Värviliste pigmentide tautomerisatsioon valguse ja soojuse mõjul

Mõned värvilised pigmendid läbivad valguse ja kuumuse toimel molekulaarse konfiguratsiooni tautomerisatsiooni, näiteks CIPig.R2 (BBC) pigmentide kasutamine asotüübilt kinoontüübiks, mis muudab esialgset konjugatsiooniefekti ja põhjustab konjugeeritud sidemete moodustumist. . väheneb, mille tulemuseks on värvuse muutumine tumesinine-hõõguvpunasest heleoranžikaspunaseks.

Samal ajal laguneb see valguse katalüüsil veega, muutes kaaskristalli vett ja põhjustades pleekimist.

7. Põhjustatud õhusaasteainetest

Plasttoodete ladustamisel või kasutamisel reageerivad mõned reaktiivsed materjalid, olgu need toorained, lisandid või värvipigmendid, valguse ja kuumuse toimel atmosfääri niiskuse või keemiliste saasteainetega, nagu happed ja leelised. Tekib mitmesuguseid keerulisi keemilisi reaktsioone, mis aja jooksul põhjustavad pleekimist või värvimuutust.

Seda olukorda saab vältida või leevendada sobivate termiliste hapnikustabilisaatorite, valgusstabilisaatorite lisamisega või kvaliteetsete ilmastikukindlate lisandite ja pigmentide valikuga.