Знание упаковочных материалов — что вызывает изменение цвета пластиковых изделий?

• Окислительная деструкция сырья может вызвать обесцвечивание при формовании при высокой температуре;
• Изменение цвета красителя при высокой температуре вызовет изменение цвета пластиковых изделий;
• Химическая реакция между красителем и сырьем или добавками вызывает обесцвечивание;
• Реакция между добавками и автоматическое окисление добавок вызовет изменение цвета;
• Таутомеризация красящих пигментов под действием света и тепла вызывает изменение цвета изделий;
• Загрязнители воздуха могут вызвать изменения в пластиковых изделиях.

1. Вызвано пластиковым литьем

1) Окислительная деструкция сырья может привести к обесцвечиванию при формовании при высокой температуре.

Когда нагревательное кольцо или нагревательная пластина оборудования для обработки пластиковых форм всегда находятся в состоянии нагрева из-за неконтролируемого состояния, легко вызвать слишком высокую локальную температуру, что приводит к окислению и разложению сырья при высокой температуре.Для термочувствительных пластиков, таких как ПВХ, легче. Когда это явление происходит, когда оно серьезное, оно сгорает и становится желтым или даже черным, что сопровождается выходом большого количества низкомолекулярных летучих веществ.

Это разложение включает такие реакции, какдеполимеризация, случайный разрыв цепи, удаление боковых групп и низкомолекулярных веществ.

• деполимеризация

Реакция расщепления происходит на концевых звеньях цепи, в результате чего звенья цепи отпадают одно за другим, а образовавшийся мономер быстро улетучивается.В это время молекулярная масса изменяется очень медленно, как и обратный процесс цепной полимеризации.Например, термическая деполимеризация метилметакрилата.

• Случайный разрыв цепи (деградация)

Также известен как случайные разрывы или случайные разорванные цепи.Под действием механической силы, высокоэнергетического излучения, ультразвуковых волн или химических реагентов полимерная цепь рвется без фиксированной точки с образованием низкомолекулярного полимера.Это один из способов деградации полимера.Когда полимерная цепь беспорядочно деградирует, молекулярная масса быстро падает, и потеря массы полимера очень мала.Например, механизм деградации полиэтилена, полиена и полистирола представляет собой в основном случайную деградацию.

Когда полимеры, такие как ПЭ, формуют при высоких температурах, любое положение основной цепи может быть нарушено, и молекулярная масса быстро падает, но выход мономера очень мал.Этот тип реакции называется случайным разрывом цепи, иногда называемым деградацией полиэтилена. Свободные радикалы, образующиеся после разрыва цепи, очень активны, окружены более вторичным водородом, склонны к реакциям передачи цепи, и почти не образуются мономеры.

• Удаление заместителей

ПВХ, ПВА и т. д. могут подвергаться реакции удаления заместителей при нагревании, поэтому на термогравиметрической кривой часто появляется плато.При нагревании поливинилхлорида, поливинилацетата, полиакрилонитрила, поливинилфторида и т. д. заместители удаляются.Взяв, к примеру, поливинилхлорид (ПВХ), ПВХ обрабатывается при температуре ниже 180~200°C, но при более низкой температуре (такой как 100~120°C) он начинает дегидрировать (HCl) и очень сильно теряет HCl. быстро при температуре около 200°С.Поэтому в процессе обработки (180-200°С) полимер имеет тенденцию к более темному цвету и снижению прочности.

Свободная HCl оказывает каталитическое действие на дегидрохлорирование, а хлориды металлов, такие как хлорид железа, образующийся под действием хлороводорода и технологического оборудования, способствуют катализу.

Несколько процентов абсорбентов кислоты, таких как стеарат бария, оловоорганические соединения, соединения свинца и т. д., должны быть добавлены к ПВХ во время термической обработки для повышения его стабильности.

Когда кабель связи используется для окрашивания кабеля связи, если слой полиолефина на медном проводе нестабилен, на границе раздела полимер-медь будет образовываться зеленый карбоксилат меди.Эти реакции способствуют диффузии меди в полимер, ускоряя каталитическое окисление меди.

Поэтому, чтобы уменьшить скорость окислительного разложения полиолефинов, часто добавляют фенольные или ароматические аминовые антиоксиданты (AH), чтобы остановить вышеуказанную реакцию и образовать неактивные свободные радикалы A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

• Окислительная деградация

Полимерные продукты, находящиеся на воздухе, поглощают кислород и подвергаются окислению с образованием гидропероксидов, далее разлагаются с образованием активных центров, образуют свободные радикалы, а затем подвергаются цепным свободнорадикальным реакциям (т. е. процессу самоокисления).Полимеры подвергаются воздействию кислорода воздуха в процессе обработки и использования, а при нагревании ускоряется окислительная деструкция.

Термическое окисление полиолефинов относится к механизму свободнорадикальной цепной реакции, которая имеет автокаталитический характер и может быть разделена на три стадии: инициирование, рост и обрыв.

Разрыв цепи, вызванный гидропероксидной группой, приводит к уменьшению молекулярной массы, а основными продуктами разрыва являются спирты, альдегиды и кетоны, которые в конечном итоге окисляются до карбоновых кислот.Карбоновые кислоты играют важную роль в каталитическом окислении металлов.Окислительная деструкция является основной причиной ухудшения физико-механических свойств полимерных изделий.Окислительная деградация зависит от молекулярной структуры полимера.Присутствие кислорода также может усиливать повреждение полимеров светом, теплом, радиацией и механическими воздействиями, вызывая более сложные реакции разложения.В полимеры добавляют антиоксиданты, чтобы замедлить окислительную деградацию.

2) При обработке и формовании пластика краситель разлагается, тускнеет и меняет цвет из-за неспособности выдерживать высокие температуры.

Пигменты или красители, используемые для окрашивания пластика, имеют ограничение по температуре.Когда достигается эта предельная температура, пигменты или красители претерпевают химические изменения с образованием различных соединений с более низким молекулярным весом, и их формулы реакции относительно сложны;разные пигменты имеют разные реакции.И продукты, термостойкость различных пигментов можно проверить аналитическими методами, такими как потеря веса.

2. Красители реагируют с сырьем

Реакция между красителями и сырьем в основном проявляется при обработке некоторых пигментов или красителей и сырья.Эти химические реакции приведут к изменению оттенка и деградации полимеров, тем самым изменяя свойства пластиковых изделий.

• Реакция восстановления

Некоторые высокомолекулярные полимеры, такие как нейлон и аминопласты, в расплавленном состоянии являются сильными восстановителями кислоты, которые могут восстанавливать и обесцвечивать пигменты или красители, стабильные при температурах обработки.

• Щелочной обмен

Щелочноземельные металлы в эмульсионных полимерах ПВХ или некоторых стабилизированных полипропиленах могут вступать в «основной обмен» с щелочноземельными металлами в красителях, изменяя цвет с сине-красного на оранжевый.

Эмульсионный полимер ПВХ представляет собой метод, при котором VC полимеризуют путем перемешивания в водном растворе эмульгатора (такого как додецилсульфонат натрия C12H25SO3Na).Реакция содержит Na+;для повышения термо- и кислородостойкости часто добавляют ПП, 1010, ДЛТДП и т.д.Кислород, антиоксидант 1010 представляет собой реакцию переэтерификации, катализируемую метиловым эфиром 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксипропионата и пентаэритритом натрия, а DLTDP получают путем взаимодействия водного раствора Na2S с акрилонитрилом. Пропионитрил гидролизуется с образованием тиодипропионовой кислоты и, наконец, получают путем этерификации лауриловым спиртом.В реакции также присутствует Na+.

Во время формования и обработки пластиковых изделий остаточный Na+ в сырье будет реагировать с лаковым пигментом, содержащим ионы металлов, таким как CIPigment Red48:2 (BBC или 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• Реакция между пигментами и галогеноводородами (HX)

При повышении температуры до 170°С или под действием света ПВХ отщепляет HCl с образованием сопряженной двойной связи.

Галогенсодержащие огнестойкие полиолефиновые или окрашенные огнестойкие пластмассовые изделия также являются дегидрогалогенированными НХ при формовании при высокой температуре.

1) Реакция ультрамарина и HX

Ультрамариновый синий пигмент, широко используемый для окраски пластмасс или устранения желтого света, представляет собой соединение серы.

2) Пигмент в виде медно-золотого порошка ускоряет окислительное разложение сырья ПВХ.

Медные пигменты могут окисляться до Cu+ и Cu2+ при высокой температуре, что ускоряет разложение ПВХ.

3) Разрушение ионов металлов на полимерах

Некоторые пигменты оказывают разрушающее действие на полимеры.Например, пигмент марганцевого озера CIPigmentRed48:4 не подходит для формования изделий из полипропилена.Причина в том, что ионы вариметального марганца катализируют гидроперекись за счет переноса электронов при термическом окислении или фотоокислении ПП.Разложение ПП приводит к ускоренному старению ПП;сложноэфирная связь в поликарбонате легко гидролизуется и разлагается при нагревании, а когда в пигменте есть ионы металла, легче способствовать разложению;ионы металлов также способствуют термокислородному разложению ПВХ и другого сырья и вызывают изменение цвета.

Подводя итог, можно сказать, что при производстве пластмассовых изделий это наиболее реальный и эффективный способ избежать использования цветных пигментов, вступающих в реакцию с сырьем.

3. Взаимодействие красителей с добавками

1) Реакция между серосодержащими пигментами и добавками

Серосодержащие пигменты, такие как кадмий желтый (твердый раствор CdS и CdSe), не подходят для ПВХ из-за плохой кислотостойкости и не должны использоваться со свинецсодержащими добавками.

2) Реакция свинецсодержащих соединений с серосодержащими стабилизаторами

Содержание свинца в хромовом желтом пигменте или молибденовом красном вступает в реакцию с антиоксидантами, такими как тиодистеарат DSTDP.

3) Реакция между пигментом и антиоксидантом

Для сырья с антиоксидантами, такими как полипропилен, некоторые пигменты также будут реагировать с антиоксидантами, тем самым ослабляя функцию антиоксидантов и ухудшая термическую устойчивость сырья к кислороду.Например, фенольные антиоксиданты легко поглощаются сажей или реагируют с ней, теряя свою активность;фенольные антиоксиданты и ионы титана в белых или светлых пластиковых изделиях образуют фенольные ароматические углеводородные комплексы, вызывающие пожелтение изделий.Выберите подходящий антиоксидант или добавьте вспомогательные добавки, такие как антикислотная соль цинка (стеарат цинка) или фосфит типа P2, чтобы предотвратить обесцвечивание белого пигмента (TiO2).

4) Реакция между пигментом и светостабилизатором

Действие пигментов и светостабилизаторов, за исключением реакции серосодержащих пигментов и никельсодержащих светостабилизаторов, как описано выше, обычно снижает эффективность светостабилизаторов, особенно влияние светостабилизаторов на основе затрудненных аминов и азожелтых и красных пигментов.Эффект стабильного снижения более очевиден, и он не такой стабильный, как неокрашенный.Точного объяснения этому явлению нет.

4. Реакция между добавками

При неправильном использовании многих добавок могут возникнуть неожиданные реакции, и продукт изменит цвет.Например, антипирен Sb2O3 реагирует с серосодержащим антиоксидантом с образованием Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Поэтому при выборе производственных рецептур необходимо соблюдать осторожность при выборе добавок.

5. Вспомогательные причины самоокисления

Автоматическое окисление фенольных стабилизаторов является важным фактором, способствующим обесцвечиванию белых или светлых продуктов.Это обесцвечивание часто называют «розовым» в зарубежных странах.

Он связан с продуктами окисления, такими как антиоксиданты BHT (2-6-ди-трет-бутил-4-метилфенол), и имеет форму светло-красного продукта реакции 3,3',5,5'-стильбенхинона. только в присутствии кислорода и воды и в отсутствие света.Под воздействием ультрафиолетового света светло-красный стильбенхинон быстро разлагается на желтый однокольцевой продукт.

6. Таутомеризация окрашенных пигментов под действием света и тепла.

Некоторые цветные пигменты подвергаются таутомеризации молекулярной конфигурации под действием света и тепла, например, использование пигментов CIPig.R2 (BBC) для перехода от азотипа к хинону, что изменяет первоначальный эффект сопряжения и вызывает образование сопряженных связей. .уменьшаются, что приводит к изменению цвета от темно-сине-красного до светло-оранжево-красного.

В то же время при катализе света он разлагается с водой, изменяя сокристаллическую воду и вызывая выцветание.

7. Вызвано загрязнителями воздуха

При хранении или использовании пластиковых изделий некоторые реактивные материалы, будь то сырье, добавки или красящие пигменты, будут реагировать с влагой в атмосфере или химическими загрязнителями, такими как кислоты и щелочи, под действием света и тепла.Вызываются различные сложные химические реакции, которые со временем приведут к выцветанию или обесцвечиванию.

Этой ситуации можно избежать или смягчить путем добавления подходящих термических стабилизаторов кислорода, светостабилизаторов или выбора высококачественных атмосферостойких добавок и пигментов.