Conoscenza dei materiali di imballaggio: quali sono le cause del cambiamento di colore dei prodotti in plastica?

  • La degradazione ossidativa delle materie prime può causare scolorimento durante lo stampaggio ad alta temperatura;
  • Lo scolorimento del colorante ad alta temperatura causerà lo scolorimento dei prodotti in plastica;
  • La reazione chimica tra il colorante e le materie prime o gli additivi causerà lo scolorimento;
  • La reazione tra gli additivi e l'ossidazione automatica degli additivi provocherà cambiamenti di colore;
  • La tautomerizzazione dei pigmenti coloranti sotto l'azione della luce e del calore provocherà variazioni di colore dei prodotti;
  • Gli inquinanti atmosferici possono causare cambiamenti nei prodotti in plastica.

 

1. Causato dallo stampaggio della plastica

1) La degradazione ossidativa delle materie prime può causare scolorimento durante lo stampaggio ad alta temperatura

Quando l'anello riscaldante o la piastra riscaldante dell'attrezzatura per la lavorazione dello stampaggio della plastica è sempre in uno stato di riscaldamento a causa di un controllo incontrollato, è facile che la temperatura locale sia troppo alta, il che fa ossidare e decomporre la materia prima ad alta temperatura.Per quelle plastiche sensibili al calore, come il PVC, è più facile Quando si verifica questo fenomeno, quando è grave, brucerà e diventerà gialla, o addirittura nera, accompagnata da una grande quantità di sostanze volatili a basso peso molecolare traboccanti.

 

Questa degradazione include reazioni comedepolimerizzazione, scissione casuale di catene, rimozione di gruppi laterali e sostanze a basso peso molecolare.

 

  • Depolimerizzazione

La reazione di scissione si verifica sull'anello di catena terminale, causando la caduta dell'anello di catena uno per uno e il monomero generato viene rapidamente volatilizzato.In questo momento, il peso molecolare cambia molto lentamente, proprio come il processo inverso della polimerizzazione a catena.Come la depolimerizzazione termica del metilmetacrilato.

 

  • Scissione a catena casuale (degradazione)

Conosciuto anche come rotture casuali o catene spezzate casuali.Sotto l'azione di forza meccanica, radiazioni ad alta energia, onde ultrasoniche o reagenti chimici, la catena polimerica si rompe senza un punto fisso per produrre un polimero a basso peso molecolare.È uno dei modi di degradazione del polimero.Quando la catena polimerica si degrada in modo casuale, il peso molecolare diminuisce rapidamente e la perdita di peso del polimero è molto ridotta.Ad esempio, il meccanismo di degradazione di polietilene, polietilene e polistirene è principalmente una degradazione casuale.

 

Quando polimeri come il PE vengono stampati ad alte temperature, qualsiasi posizione della catena principale può rompersi e il peso molecolare diminuisce rapidamente, ma la resa del monomero è molto ridotta.Questo tipo di reazione è chiamato scissione casuale della catena, a volte chiamata degradazione, polietilene I radicali liberi formatisi dopo la scissione della catena sono molto attivi, circondati da più idrogeno secondario, inclini a reazioni di trasferimento della catena, e quasi nessun monomero viene prodotto.

 

  • Rimozione dei sostituenti

Il PVC, il PVAc, ecc. possono subire una reazione di rimozione del sostituente quando riscaldati, quindi sulla curva termogravimetrica appare spesso un plateau.Quando vengono riscaldati cloruro di polivinile, acetato di polivinile, poliacrilonitrile, fluoruro di polivinile, ecc., i sostituenti verranno rimossi.Prendendo ad esempio il cloruro di polivinile (PVC), il PVC viene lavorato a una temperatura inferiore a 180~200°C, ma a una temperatura inferiore (come 100~120°C), inizia a deidrogenarsi (HCl) e perde HCl molto rapidamente a circa 200°C.Pertanto, durante la lavorazione (180-200°C), il polimero tende a scurirsi di colore ea diminuire la resistenza.

 

L'HCl libero ha un effetto catalitico sulla deidroclorurazione e i cloruri metallici, come il cloruro ferrico formato dall'azione dell'acido cloridrico e delle apparecchiature di lavorazione, promuovono la catalisi.

 

Una piccola percentuale di assorbenti acidi, come stearato di bario, organostagno, composti di piombo, ecc., deve essere aggiunta al PVC durante la lavorazione termica per migliorarne la stabilità.

 

Quando il cavo di comunicazione viene utilizzato per colorare il cavo di comunicazione, se lo strato di poliolefina sul filo di rame non è stabile, si formerà carbossilato di rame verde sull'interfaccia polimero-rame.Queste reazioni promuovono la diffusione del rame nel polimero, accelerando l'ossidazione catalitica del rame.

 

Pertanto, al fine di ridurre il tasso di degradazione ossidativa delle poliolefine, vengono spesso aggiunti antiossidanti fenolici o ammine aromatiche (AH) per terminare la suddetta reazione e formare radicali liberi inattivi A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

 

  • Degradazione ossidativa

I prodotti polimerici esposti all'aria assorbono ossigeno e subiscono l'ossidazione per formare idroperossidi, si decompongono ulteriormente per generare centri attivi, formano radicali liberi e quindi subiscono reazioni a catena dei radicali liberi (cioè processo di autoossidazione).I polimeri sono esposti all'ossigeno presente nell'aria durante la lavorazione e l'uso e, se riscaldati, la degradazione ossidativa viene accelerata.

 

L'ossidazione termica delle poliolefine appartiene al meccanismo della reazione a catena dei radicali liberi, che ha comportamento autocatalitico e può essere suddiviso in tre fasi: inizio, crescita e terminazione.

 

La scissione della catena causata dal gruppo idroperossido porta a una diminuzione del peso molecolare e i principali prodotti della scissione sono alcoli, aldeidi e chetoni, che vengono infine ossidati ad acidi carbossilici.Gli acidi carbossilici svolgono un ruolo importante nell'ossidazione catalitica dei metalli.La degradazione ossidativa è la causa principale del deterioramento delle proprietà fisiche e meccaniche dei prodotti polimerici.La degradazione ossidativa varia con la struttura molecolare del polimero.La presenza di ossigeno può anche intensificare i danni di luce, calore, radiazioni e forza meccanica sui polimeri, provocando reazioni di degradazione più complesse.Gli antiossidanti vengono aggiunti ai polimeri per rallentare la degradazione ossidativa.

 

2) Quando la plastica viene lavorata e modellata, il colorante si decompone, sbiadisce e cambia colore a causa della sua incapacità di resistere alle alte temperature

I pigmenti o coloranti utilizzati per la colorazione della plastica hanno un limite di temperatura.Quando viene raggiunta questa temperatura limite, i pigmenti o i coloranti subiranno cambiamenti chimici per produrre vari composti a peso molecolare inferiore e le loro formule di reazione sono relativamente complesse;pigmenti diversi hanno reazioni diverse.E prodotti, la resistenza alla temperatura di diversi pigmenti può essere testata con metodi analitici come la perdita di peso.

 

2. I coloranti reagiscono con le materie prime

La reazione tra coloranti e materie prime si manifesta principalmente nella lavorazione di alcuni pigmenti o coloranti e materie prime.Queste reazioni chimiche porteranno a cambiamenti di tonalità e degradazione dei polimeri, modificando così le proprietà dei prodotti in plastica.

 

  • Reazione di riduzione

Alcuni alti polimeri, come il nylon e gli amminoplasti, sono forti agenti riducenti degli acidi allo stato fuso, che possono ridurre e sbiadire pigmenti o coloranti che sono stabili alle temperature di lavorazione.

  • Scambio alcalino

I metalli alcalino terrosi nei polimeri in emulsione di PVC o alcuni polipropileni stabilizzati possono "scambio di basi" con i metalli alcalino terrosi nei coloranti per cambiare il colore da blu-rosso ad arancione.

 

Il polimero in emulsione di PVC è un metodo in cui il VC viene polimerizzato mediante agitazione in una soluzione acquosa di emulsionante (come il dodecilsolfonato di sodio C12H25SO3Na).La reazione contiene Na+;per migliorare la resistenza al calore e all'ossigeno di PP, 1010, DLTDP, ecc. vengono spesso aggiunti.Ossigeno, antiossidante 1010 è una reazione di transesterificazione catalizzata da 3,5-di-terz-butil-4-idrossipropionato metil estere e pentaeritritolo di sodio, e il DLTDP viene preparato facendo reagire una soluzione acquosa di Na2S con acrilonitrile Il propionitrile viene idrolizzato per generare acido tiodipropionico, e infine ottenuto per esterificazione con alcool laurilico.La reazione contiene anche Na+.

 

Durante lo stampaggio e la lavorazione di prodotti in plastica, il Na+ residuo nella materia prima reagirà con il pigmento lacca contenente ioni metallici come CIPigment Red48:2 (BBC o 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

 

  • Reazione tra pigmenti e alogenuri di idrogeno (HX)

Quando la temperatura sale a 170°C o sotto l'azione della luce, il PVC rimuove l'HCl per formare un doppio legame coniugato.

 

Anche le poliolefine ritardanti di fiamma contenenti alogeni o i prodotti plastici ritardanti di fiamma colorati sono HX deidroalogenati se stampati ad alta temperatura.

 

1) Ultramarine e reazione HX

 

Il pigmento blu oltremare ampiamente utilizzato nella colorazione della plastica o nell'eliminazione della luce gialla, è un composto di zolfo.

 

2) Il pigmento in polvere d'oro di rame accelera la decomposizione ossidativa delle materie prime in PVC

 

I pigmenti di rame possono essere ossidati a Cu+ e Cu2+ ad alta temperatura, il che accelererà la decomposizione del PVC

 

3) Distruzione di ioni metallici su polimeri

 

Alcuni pigmenti hanno un effetto distruttivo sui polimeri.Ad esempio, il pigmento lacca di manganese CIPigmentRed48:4 non è adatto per lo stampaggio di prodotti in plastica PP.Il motivo è che gli ioni di manganese metallico a prezzo variabile catalizzano l'idroperossido attraverso il trasferimento di elettroni nell'ossidazione termica o fotoossidazione del PP.La decomposizione del PP porta all'invecchiamento accelerato del PP;il legame estere in policarbonato è facile da idrolizzare e decomporre quando riscaldato, e una volta che ci sono ioni metallici nel pigmento, è più facile promuovere la decomposizione;gli ioni metallici promuoveranno anche la decomposizione termo-ossigeno del PVC e di altre materie prime e causeranno un cambiamento di colore.

 

In sintesi, quando si producono prodotti in plastica, è il modo più fattibile ed efficace per evitare l'uso di pigmenti colorati che reagiscono con le materie prime.

 

3. Reazione tra coloranti e additivi

1) La reazione tra pigmenti contenenti zolfo e additivi

 

I pigmenti contenenti zolfo, come il giallo di cadmio (soluzione solida di CdS e CdSe), non sono adatti per il PVC a causa della scarsa resistenza agli acidi e non devono essere utilizzati con additivi contenenti piombo.

 

2) Reazione di composti contenenti piombo con stabilizzanti contenenti zolfo

 

Il contenuto di piombo nel pigmento giallo cromo o rosso molibdeno reagisce con antiossidanti come il tiodistearato DSTDP.

 

3) Reazione tra pigmento e antiossidante

 

Per le materie prime con antiossidanti, come il PP, alcuni pigmenti reagiranno anche con gli antiossidanti, indebolendo così la funzione degli antiossidanti e peggiorando la stabilità termica all'ossigeno delle materie prime.Ad esempio, gli antiossidanti fenolici vengono facilmente assorbiti dal nerofumo o reagiscono con essi perdendo la loro attività;gli antiossidanti fenolici e gli ioni di titanio nei prodotti plastici bianchi o di colore chiaro formano complessi di idrocarburi aromatici fenolici che provocano l'ingiallimento dei prodotti.Scegliere un antiossidante adatto o aggiungere additivi ausiliari, come il sale di zinco antiacido (stearato di zinco) o il fosfito di tipo P2 per prevenire lo scolorimento del pigmento bianco (TiO2).

 

4) Reazione tra pigmento e stabilizzante alla luce

 

L'effetto dei pigmenti e degli stabilizzanti alla luce, fatta eccezione per la reazione dei pigmenti contenenti zolfo e degli stabilizzanti alla luce contenenti nichel come descritto sopra, generalmente riduce l'efficacia degli stabilizzanti alla luce, in particolare l'effetto degli stabilizzanti alla luce delle ammine impedite e dei pigmenti azoici gialli e rossi.L'effetto del declino stabile è più evidente e non è così stabile come non colorato.Non esiste una spiegazione definitiva per questo fenomeno.

 

4. La reazione tra additivi

 

Se molti additivi vengono utilizzati in modo improprio, possono verificarsi reazioni impreviste e il prodotto cambierà colore.Ad esempio, il ritardante di fiamma Sb2O3 reagisce con l'antiossidante contenente zolfo per generare Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Pertanto, è necessario prestare attenzione nella selezione degli additivi quando si considerano le formulazioni di produzione.

 

5. Cause ausiliarie di autossidazione

 

L'ossidazione automatica degli stabilizzanti fenolici è un fattore importante per favorire la decolorazione di prodotti bianchi o di colore chiaro.Questo scolorimento è spesso chiamato "pinking" all'estero.

 

È accoppiato da prodotti di ossidazione come gli antiossidanti BHT (2-6-di-terz-butil-4-metilfenolo) e ha la forma di un prodotto di reazione rosso chiaro del 3,3′,5,5′-stilbene chinone. Questo scolorimento si verifica solo in presenza di ossigeno e acqua e in assenza di luce.Se esposto alla luce ultravioletta, lo stilbene chinone rosso chiaro si decompone rapidamente in un prodotto giallo ad anello singolo.

 

6. Tautomerizzazione di pigmenti colorati sotto l'azione della luce e del calore

 

Alcuni pigmenti colorati subiscono la tautomerizzazione della configurazione molecolare sotto l'azione della luce e del calore, come l'uso di pigmenti CIPig.R2 (BBC) per passare dal tipo azoico al tipo chinone, che modifica l'effetto di coniugazione originale e provoca la formazione di legami coniugati .diminuzione, determinando un cambiamento di colore da un bagliore rosso blu scuro a un rosso arancio chiaro.

 

Allo stesso tempo, sotto la catalisi della luce, si decompone con l'acqua, cambiando l'acqua co-cristallina e provocando lo sbiadimento.

 

7. Causato da inquinanti atmosferici

 

Quando i prodotti in plastica vengono immagazzinati o utilizzati, alcuni materiali reattivi, siano essi materie prime, additivi o pigmenti coloranti, reagiranno con l'umidità presente nell'atmosfera o con inquinanti chimici come acidi e alcali sotto l'azione della luce e del calore.Sono causate varie reazioni chimiche complesse, che porteranno allo sbiadimento o allo scolorimento nel tempo.

 

Questa situazione può essere evitata o alleviata aggiungendo opportuni stabilizzanti termici all'ossigeno, stabilizzanti alla luce o selezionando additivi e pigmenti resistenti agli agenti atmosferici di alta qualità.


Tempo di pubblicazione: 21-nov-2022