دانش مواد بسته بندی - چه چیزی باعث تغییر رنگ محصولات پلاستیکی می شود؟

• تخریب اکسیداتیو مواد خام ممکن است باعث تغییر رنگ در هنگام قالب گیری در دمای بالا شود.
• تغییر رنگ رنگ در دمای بالا باعث تغییر رنگ محصولات پلاستیکی می شود.
• واکنش شیمیایی بین رنگ و مواد خام یا مواد افزودنی باعث تغییر رنگ می شود.
• واکنش بین مواد افزودنی و اکسیداسیون خودکار مواد افزودنی باعث تغییر رنگ می شود.
• اتومریزاسیون رنگدانه های رنگی تحت تأثیر نور و گرما باعث تغییر رنگ محصولات می شود.
• آلاینده های هوا ممکن است باعث تغییراتی در محصولات پلاستیکی شوند.

1. ناشی از قالب گیری پلاستیک

1) تخریب اکسیداتیو مواد خام ممکن است باعث تغییر رنگ هنگام قالب گیری در دمای بالا شود

هنگامی که حلقه گرمایش یا صفحه گرمایش تجهیزات پردازش قالب‌گیری پلاستیک به دلیل خارج از کنترل همیشه در حالت گرمایش است، به راحتی می‌توان دمای محلی را بیش از حد زیاد کرد که باعث اکسیده شدن و تجزیه مواد خام در دمای بالا می‌شود. برای آن دسته از پلاستیک‌های حساس به گرما، مانند PVC، آسان‌تر است وقتی این پدیده اتفاق می‌افتد، وقتی جدی است، می‌سوزد و زرد یا حتی سیاه می‌شود، همراه با مقدار زیادی فرار مولکولی کم.

این تخریب شامل واکنش هایی مانندپلیمریزاسیون، بریدگی زنجیره تصادفی، حذف گروه های جانبی و مواد با وزن مولکولی کم.

• پلیمریزاسیون

واکنش برش در پیوند زنجیره پایانی رخ می دهد و باعث می شود که پیوند زنجیره یکی یکی از بین برود و مونومر تولید شده به سرعت تبخیر شود. در این زمان، وزن مولکولی بسیار آهسته تغییر می کند، درست مانند فرآیند معکوس پلیمریزاسیون زنجیره ای. مانند دپلیمریزاسیون حرارتی متیل متاکریلات.

• برش تصادفی زنجیره ای (تخریب)

همچنین به عنوان شکست های تصادفی یا زنجیره های شکسته تصادفی شناخته می شود. تحت تأثیر نیروی مکانیکی، تشعشعات پرانرژی، امواج مافوق صوت یا معرف‌های شیمیایی، زنجیره پلیمری بدون نقطه ثابت شکسته می‌شود و پلیمری با وزن مولکولی پایین تولید می‌کند. یکی از روش های تخریب پلیمر است. هنگامی که زنجیره پلیمری به طور تصادفی تجزیه می شود، وزن مولکولی به سرعت کاهش می یابد و کاهش وزن پلیمر بسیار کم است. به عنوان مثال، مکانیسم تخریب پلی اتیلن، پلی لن و پلی استایرن عمدتاً تخریب تصادفی است.

هنگامی که پلیمرهایی مانند پلی اتیلن در دمای بالا قالب گیری می شوند، هر موقعیتی از زنجیره اصلی ممکن است شکسته شود و وزن مولکولی به سرعت کاهش یابد، اما بازده مونومر بسیار کم است. این نوع واکنش، بریدگی زنجیره تصادفی نامیده می شود، گاهی اوقات تخریب، پلی اتیلن نامیده می شود.

• حذف جانشین ها

PVC، PVAc و غیره می توانند در هنگام گرم شدن تحت واکنش حذف جانشین قرار گیرند، بنابراین یک فلات اغلب روی منحنی ترموگراویمتری ظاهر می شود. هنگامی که پلی وینیل کلراید، پلی وینیل استات، پلی اکریلونیتریل، پلی وینیل فلوراید و غیره گرم می شوند، جایگزین ها حذف خواهند شد. با در نظر گرفتن پلی وینیل کلراید (PVC) به عنوان مثال، PVC در دمای زیر 180 تا 200 درجه سانتیگراد پردازش می شود، اما در دمای پایین تر (مانند 100 تا 120 درجه سانتیگراد)، شروع به هیدروژنه شدن (HCl) می کند و هیدروکلراید را بسیار از دست می دهد. به سرعت در حدود 200 درجه سانتیگراد. بنابراین، در طول پردازش (180-200 درجه سانتیگراد)، پلیمر تمایل به تیره شدن رنگ و استحکام کمتر دارد.

هیدروکلراید آزاد اثر کاتالیزوری بر کلر زدایی دارد و کلریدهای فلزی، مانند کلرید آهن که در اثر عمل کلرید هیدروژن و تجهیزات پردازش تشکیل می‌شوند، کاتالیز را تقویت می‌کنند.

چند درصد از جاذب های اسیدی مانند استئارات باریم، ارگانوتین، ترکیبات سرب و غیره باید در طی فرآیند حرارتی به PVC اضافه شود تا پایداری آن بهبود یابد.

هنگامی که از کابل ارتباطی برای رنگ آمیزی کابل ارتباطی استفاده می شود، اگر لایه پلی الفین روی سیم مسی پایدار نباشد، کربوکسیلات مس سبز رنگ روی رابط پلیمر-مس تشکیل می شود. این واکنش ها باعث انتشار مس در پلیمر می شود و اکسیداسیون کاتالیزوری مس را تسریع می کند.

بنابراین، به منظور کاهش سرعت تخریب اکسیداتیو پلی الفین ها، اغلب آنتی اکسیدان های فنولی یا آروماتیک آمین (AH) اضافه می شود تا واکنش فوق را خاتمه داده و رادیکال های آزاد غیر فعال را تشکیل دهند A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

• تخریب اکسیداتیو

محصولات پلیمری که در معرض هوا قرار می گیرند، اکسیژن را جذب کرده و تحت اکسیداسیون قرار می گیرند تا هیدروپراکسیدها را تشکیل دهند، بیشتر تجزیه می شوند تا مراکز فعال ایجاد کنند، رادیکال های آزاد تشکیل می دهند و سپس تحت واکنش های زنجیره ای رادیکال های آزاد قرار می گیرند (یعنی فرآیند اکسیداسیون خودکار). پلیمرها در حین پردازش و استفاده در معرض اکسیژن هوا قرار می گیرند و هنگامی که گرم می شوند، تخریب اکسیداتیو تسریع می شود.

اکسیداسیون حرارتی پلی اولفین ها متعلق به مکانیسم واکنش زنجیره ای رادیکال آزاد است که رفتار اتوکاتالیستی دارد و می توان آن را به سه مرحله شروع، رشد و خاتمه تقسیم کرد.

بریدگی زنجیره ای ناشی از گروه هیدروپراکسید منجر به کاهش وزن مولکولی می شود و محصولات اصلی بریدگی الکل ها، آلدئیدها و کتون ها هستند که در نهایت به اسیدهای کربوکسیلیک اکسید می شوند. اسیدهای کربوکسیلیک نقش مهمی در اکسیداسیون کاتالیزوری فلزات دارند. تخریب اکسیداتیو دلیل اصلی بدتر شدن خواص فیزیکی و مکانیکی محصولات پلیمری است. تخریب اکسیداتیو با ساختار مولکولی پلیمر متفاوت است. وجود اکسیژن همچنین می‌تواند آسیب نور، گرما، تشعشع و نیروی مکانیکی روی پلیمرها را تشدید کند و باعث واکنش‌های تخریب پیچیده‌تر شود. آنتی اکسیدان ها به پلیمرها اضافه می شوند تا تخریب اکسیداتیو را کاهش دهند.

2) هنگامی که پلاستیک پردازش و قالب گیری می شود، رنگدانه تجزیه می شود، محو می شود و به دلیل ناتوانی در تحمل دمای بالا تغییر رنگ می دهد.

رنگدانه ها یا رنگ های مورد استفاده برای رنگ آمیزی پلاستیک دارای محدودیت دمایی هستند. هنگامی که این دمای حد به دست می آید، رنگدانه ها یا رنگ ها برای تولید ترکیبات مختلف با وزن مولکولی پایین تر، دچار تغییرات شیمیایی می شوند و فرمول واکنش آنها نسبتاً پیچیده است. رنگدانه های مختلف واکنش های متفاوتی دارند. و محصولات، مقاومت دمایی رنگدانه های مختلف را می توان با روش های تحلیلی مانند کاهش وزن آزمایش کرد.

2. رنگ ها با مواد خام واکنش می دهند

واکنش بین رنگ‌ها و مواد خام عمدتاً در فرآوری رنگدانه‌ها یا رنگ‌ها و مواد خام خاص ظاهر می‌شود. این واکنش های شیمیایی منجر به تغییر رنگ و تخریب پلیمرها و در نتیجه تغییر خواص محصولات پلاستیکی می شود.

• واکنش کاهشی

برخی از پلیمرهای بالا، مانند نایلون و آمینوپلاست ها، عوامل کاهش دهنده اسید قوی در حالت مذاب هستند که می توانند رنگدانه ها یا رنگ هایی را که در دمای پردازش پایدار هستند، کاهش داده و محو کنند.

• بورس قلیایی

فلزات قلیایی خاکی در پلیمرهای امولسیونی PVC یا برخی پلی پروپیلن‌های تثبیت شده می‌توانند با فلزات قلیایی خاکی در رنگ‌ها مبادله کنند و رنگ را از آبی-قرمز به نارنجی تغییر دهند.

پلیمر امولسیونی PVC روشی است که در آن VC با هم زدن در محلول آبی امولسیفایر (مانند سدیم دودسیل سولفونات C12H25SO3Na) پلیمریزه می شود. واکنش حاوی Na+ است. به منظور بهبود مقاومت حرارتی و اکسیژن PP، 1010، DLTDP و غیره اغلب اضافه می شود. اکسیژن، آنتی اکسیدان 1010 یک واکنش ترانس استریفیکاسیون است که توسط متیل استر 3،5-di-tert-butyl-4-hydroxypropionate و سدیم پنتا اریتریتول کاتالیز می شود و DLTDP با واکنش محلول آبی Na2S با آکریلونیتریل، پروپیونیتریل، پروپیونیتریل، هیدرولیز و در نهایت هیدرولیز می شود. به دست آمده از استریفیکاسیون با لوریل الکل این واکنش همچنین حاوی Na+ است.

در طول قالب‌گیری و فرآوری محصولات پلاستیکی، باقیمانده Na+ در مواد خام با رنگدانه دریاچه حاوی یون‌های فلزی مانند CIPigment Red48:2 (BBC یا 2BP): XCa2++2Na+→XNa2++Ca2+ واکنش نشان می‌دهد.

• واکنش بین رنگدانه ها و هالیدهای هیدروژن (HX)

هنگامی که دما به 170 درجه سانتیگراد یا تحت تأثیر نور افزایش می یابد، PVC HCI را حذف می کند تا یک پیوند دوگانه مزدوج ایجاد کند.

پلی اولفین ضد شعله حاوی هالوژن یا محصولات پلاستیکی مقاوم در برابر شعله رنگی نیز هنگامی که در دمای بالا قالب گیری می شوند، HX هالوژنه می شوند.

1) واکنش اولترامارین و HX

رنگدانه آبی اولترامارین که به طور گسترده در رنگ آمیزی پلاستیک یا از بین بردن نور زرد استفاده می شود، یک ترکیب گوگردی است.

2) رنگدانه پودر طلا مس تجزیه اکسیداتیو مواد خام PVC را تسریع می کند

رنگدانه های مس را می توان در دمای بالا به Cu+ و Cu2+ اکسید کرد که تجزیه PVC را تسریع می کند.

3) تخریب یون های فلزی روی پلیمرها

برخی از رنگدانه ها بر روی پلیمرها اثر مخرب دارند. به عنوان مثال، رنگدانه دریاچه منگنز CIPigmentRed48:4 برای قالب گیری محصولات پلاستیکی PP مناسب نیست. دلیل آن این است که یون‌های فلزی منگنز با قیمت متغیر، هیدروپراکسید را از طریق انتقال الکترون‌ها در اکسیداسیون حرارتی یا اکسیداسیون نوری PP کاتالیز می‌کنند. تجزیه PP منجر به پیری سریع PP می شود. پیوند استری در پلی کربنات به راحتی هیدرولیز و تجزیه می شود و هنگامی که یون های فلزی در رنگدانه وجود دارد، تجزیه آسان تر می شود. یون های فلزی همچنین تجزیه حرارتی-اکسیژن PVC و سایر مواد خام را تقویت می کنند و باعث تغییر رنگ می شوند.

به طور خلاصه، هنگام تولید محصولات پلاستیکی، عملی ترین و مؤثرترین راه برای جلوگیری از استفاده از رنگدانه های رنگی است که با مواد خام واکنش می دهند.

3. واکنش بین رنگ ها و مواد افزودنی

1) واکنش بین رنگدانه های حاوی گوگرد و مواد افزودنی

رنگدانه های حاوی گوگرد مانند زرد کادمیوم (محلول جامد CdS و CdSe) به دلیل مقاومت ضعیف در برابر اسید برای PVC مناسب نیستند و نباید با افزودنی های حاوی سرب استفاده شوند.

2) واکنش ترکیبات حاوی سرب با تثبیت کننده های حاوی گوگرد

محتوای سرب موجود در رنگدانه زرد کروم یا قرمز مولیبدن با آنتی اکسیدان هایی مانند تیودیستئارات DSTDP واکنش می دهد.

3) واکنش بین رنگدانه و آنتی اکسیدان

برای مواد خام دارای آنتی اکسیدان مانند PP، برخی از رنگدانه ها نیز با آنتی اکسیدان ها واکنش نشان می دهند، بنابراین عملکرد آنتی اکسیدان ها ضعیف شده و پایداری اکسیژن حرارتی مواد خام بدتر می شود. به عنوان مثال، آنتی اکسیدان های فنلی به راحتی توسط کربن سیاه جذب می شوند یا با آنها واکنش می دهند تا فعالیت خود را از دست بدهند. آنتی اکسیدان های فنلی و یون های تیتانیوم در محصولات پلاستیکی سفید یا رنگ روشن، مجتمع های هیدروکربنی آروماتیک فنلی را تشکیل می دهند و باعث زرد شدن محصولات می شوند. یک آنتی اکسیدان مناسب انتخاب کنید یا افزودنی های کمکی مانند نمک روی ضد اسید (استئارات روی) یا فسفیت نوع P2 را برای جلوگیری از تغییر رنگ رنگدانه سفید (TiO2) اضافه کنید.

4) واکنش بین رنگدانه و تثبیت کننده نور

اثر رنگدانه ها و تثبیت کننده های نور، به جز واکنش رنگدانه های حاوی گوگرد و تثبیت کننده های نور حاوی نیکل که در بالا توضیح داده شد، به طور کلی باعث کاهش اثربخشی تثبیت کننده های نور، به ویژه اثر تثبیت کننده های نور آمین مانع و رنگدانه های زرد و قرمز آزو می شود. اثر کاهش پایدار آشکارتر است و به اندازه بی رنگی پایدار نیست. هیچ توضیح مشخصی برای این پدیده وجود ندارد.

4. واکنش بین مواد افزودنی

اگر بسیاری از افزودنی ها به طور نامناسب استفاده شوند، واکنش های غیرمنتظره ای ممکن است رخ دهد و رنگ محصول تغییر کند. به عنوان مثال، Sb2O3 بازدارنده شعله با آنتی اکسیدان حاوی گوگرد برای تولید Sb2S3 واکنش نشان می دهد: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

بنابراین هنگام بررسی فرمولاسیون تولید باید در انتخاب مواد افزودنی دقت شود.

5. علل کمکی خود اکسیداسیون

اکسیداسیون خودکار تثبیت کننده های فنلی یک عامل مهم برای ترویج تغییر رنگ محصولات سفید یا رنگ روشن است. این تغییر رنگ اغلب در کشورهای خارجی "صورتی" نامیده می شود.

این محصول توسط محصولات اکسیداسیون مانند آنتی اکسیدان های BHT (2-6-di-tert-butyl-4-methylphenol) جفت می شود و به شکل محصول واکنش قرمز روشن 3,3',5,5'-stilbene quinone است. این تغییر رنگ رخ می دهد. فقط در حضور اکسیژن و آب و در غیاب نور. هنگامی که در معرض نور ماوراء بنفش قرار می گیرد، استیلبن کینون قرمز روشن به سرعت به یک محصول تک حلقه ای زرد تجزیه می شود.

6. توتومریزاسیون رنگدانه های رنگی تحت اثر نور و گرما

برخی از رنگدانه‌های رنگی تحت تأثیر نور و گرما، پیکربندی مولکولی را توتومریزه می‌کنند، مانند استفاده از رنگدانه‌های CIPig.R2 (BBC) برای تغییر از نوع آزو به نوع کوئینون، که اثر کونژوگه اولیه را تغییر می‌دهد و باعث تشکیل پیوندهای مزدوج می‌شود. . کاهش می یابد و منجر به تغییر رنگ از قرمز آبی تیره به قرمز نارنجی روشن می شود.

در عین حال، تحت کاتالیز نور، با آب تجزیه می شود و آب کریستال را تغییر می دهد و باعث محو شدن می شود.

7. ناشی از آلاینده های هوا

هنگامی که محصولات پلاستیکی ذخیره یا استفاده می شوند، برخی از مواد واکنش پذیر، اعم از مواد خام، مواد افزودنی یا رنگدانه های رنگی، تحت تأثیر نور و گرما با رطوبت موجود در جو یا آلاینده های شیمیایی مانند اسیدها و قلیاها واکنش نشان می دهند. واکنش‌های شیمیایی پیچیده‌ای ایجاد می‌شود که به مرور زمان منجر به محو شدن یا تغییر رنگ می‌شود.

این وضعیت را می توان با افزودن تثبیت کننده های اکسیژن حرارتی مناسب، تثبیت کننده های نور، یا انتخاب افزودنی ها و رنگدانه های مقاوم در برابر آب و هوا با کیفیت بالا اجتناب کرد یا کاهش داد.