Pengetahuan Bahan Kemasan — Apa Penyebab Perubahan Warna Produk Plastik?

• Degradasi oksidatif bahan mentah dapat menyebabkan perubahan warna saat dicetak pada suhu tinggi;
• Perubahan warna pewarna pada suhu tinggi akan menyebabkan perubahan warna pada produk plastik;
• Reaksi kimia antara pewarna dan bahan baku atau bahan tambahan akan menyebabkan perubahan warna;
• Reaksi antara aditif dan oksidasi otomatis aditif akan menyebabkan perubahan warna;
• Tautomerisasi pigmen pewarna di bawah pengaruh cahaya dan panas akan menyebabkan perubahan warna produk;
• Polutan udara dapat menyebabkan perubahan pada produk plastik.

1. Disebabkan oleh Cetakan Plastik

1) Degradasi oksidatif bahan mentah dapat menyebabkan perubahan warna saat dicetak pada suhu tinggi

Ketika cincin pemanas atau pelat pemanas pada peralatan pemrosesan cetakan plastik selalu dalam keadaan panas karena tidak terkendali, mudah menyebabkan suhu lokal menjadi terlalu tinggi, yang menyebabkan bahan mentah teroksidasi dan terurai pada suhu tinggi. Untuk plastik yang peka terhadap panas, seperti PVC, akan lebih mudah terjadi. Jika fenomena ini terjadi, bila sudah parah, akan terbakar dan berubah menjadi kuning, atau bahkan hitam, disertai dengan meluapnya sejumlah besar zat volatil bermolekul rendah.

Degradasi ini mencakup reaksi sepertidepolimerisasi, pemotongan rantai acak, penghilangan gugus samping dan zat dengan berat molekul rendah.

• Depolimerisasi

Reaksi pembelahan terjadi pada mata rantai terminal, menyebabkan mata rantai tersebut terlepas satu per satu, dan monomer yang dihasilkan dengan cepat menguap. Pada saat ini, berat molekul berubah sangat lambat, seperti proses kebalikan dari polimerisasi rantai. Seperti depolimerisasi termal metil metakrilat.

• Pemotongan Rantai Acak (Degradasi)

Juga dikenal sebagai putus acak atau rantai putus acak. Di bawah pengaruh gaya mekanik, radiasi energi tinggi, gelombang ultrasonik, atau reagen kimia, rantai polimer putus tanpa titik tetap untuk menghasilkan polimer dengan berat molekul rendah. Ini adalah salah satu cara degradasi polimer. Ketika rantai polimer terdegradasi secara acak, berat molekul turun dengan cepat, dan kehilangan berat polimer sangat kecil. Misalnya, mekanisme degradasi polietilen, poliena, dan polistiren sebagian besar merupakan degradasi acak.

Ketika polimer seperti PE dicetak pada suhu tinggi, posisi rantai utama mana pun dapat terputus, dan berat molekul turun dengan cepat, tetapi hasil monomernya sangat kecil. Jenis reaksi ini disebut pembelahan rantai acak, kadang-kadang disebut degradasi, polietilen Radikal bebas yang terbentuk setelah pembelahan rantai sangat aktif, dikelilingi oleh lebih banyak hidrogen sekunder, rentan terhadap reaksi transfer berantai, dan hampir tidak ada monomer yang dihasilkan.

• Penghapusan substituen

PVC, PVAc, dll. dapat mengalami reaksi penghilangan substituen saat dipanaskan, sehingga sering kali muncul dataran tinggi pada kurva termogravimetri. Ketika polivinil klorida, polivinil asetat, poliakrilonitril, polivinil fluorida, dll. dipanaskan, substituennya akan dihilangkan. Mengambil contoh polivinil klorida (PVC), PVC diproses pada suhu di bawah 180~200°C, tetapi pada suhu yang lebih rendah (seperti 100~120°C), ia mulai terdehidrogenasi (HCl), dan kehilangan HCl dengan sangat cepat. dengan cepat pada suhu sekitar 200°C. Oleh karena itu, selama pemrosesan (180-200°C), polimer cenderung menjadi lebih gelap warnanya dan kekuatannya lebih rendah.

HCl bebas memiliki efek katalitik pada dehidroklorinasi, dan logam klorida, seperti besi klorida yang dibentuk oleh aksi hidrogen klorida dan peralatan pemrosesan, mendorong katalisis.

Beberapa persen penyerap asam, seperti barium stearat, organotin, senyawa timbal, dll., harus ditambahkan ke PVC selama pemrosesan termal untuk meningkatkan stabilitasnya.

Ketika kabel komunikasi digunakan untuk mewarnai kabel komunikasi, jika lapisan poliolefin pada kawat tembaga tidak stabil, tembaga karboksilat hijau akan terbentuk pada antarmuka polimer-tembaga. Reaksi-reaksi ini mendorong difusi tembaga ke dalam polimer, mempercepat oksidasi katalitik tembaga.

Oleh karena itu, untuk mengurangi laju degradasi oksidatif poliolefin, antioksidan fenolik atau amina aromatik (AH) sering ditambahkan untuk menghentikan reaksi di atas dan membentuk radikal bebas tidak aktif A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

• Degradasi Oksidatif

Produk polimer yang terpapar ke udara menyerap oksigen dan mengalami oksidasi membentuk hidroperoksida, selanjutnya terurai menghasilkan pusat aktif, membentuk radikal bebas, dan kemudian mengalami reaksi berantai radikal bebas (yaitu proses auto-oksidasi). Polimer terkena oksigen di udara selama pemrosesan dan penggunaan, dan ketika dipanaskan, degradasi oksidatif dipercepat.

Oksidasi termal poliolefin termasuk dalam mekanisme reaksi berantai radikal bebas, yang memiliki perilaku autokatalitik dan dapat dibagi menjadi tiga langkah: inisiasi, pertumbuhan, dan penghentian.

Pemotongan rantai yang disebabkan oleh gugus hidroperoksida menyebabkan penurunan berat molekul, dan produk utama dari pemotongan tersebut adalah alkohol, aldehida, dan keton, yang akhirnya dioksidasi menjadi asam karboksilat. Asam karboksilat memainkan peran utama dalam oksidasi katalitik logam. Degradasi oksidatif merupakan penyebab utama penurunan sifat fisik dan mekanik produk polimer. Degradasi oksidatif bervariasi dengan struktur molekul polimer. Kehadiran oksigen juga dapat memperparah kerusakan cahaya, panas, radiasi dan gaya mekanik pada polimer sehingga menyebabkan reaksi degradasi yang lebih kompleks. Antioksidan ditambahkan ke polimer untuk memperlambat degradasi oksidatif.

2) Saat plastik diproses dan dicetak, pewarna terurai, memudar dan berubah warna karena ketidakmampuannya menahan suhu tinggi

Pigmen atau pewarna yang digunakan untuk pewarnaan plastik mempunyai batasan suhu. Ketika batas suhu ini tercapai, pigmen atau pewarna akan mengalami perubahan kimia untuk menghasilkan berbagai senyawa dengan berat molekul lebih rendah, dan rumus reaksinya relatif kompleks; pigmen yang berbeda memiliki reaksi yang berbeda. Dan produk, ketahanan suhu pigmen yang berbeda dapat diuji dengan metode analitik seperti penurunan berat badan.

2. Pewarna Bereaksi dengan Bahan Baku

Reaksi antara pewarna dan bahan mentah terutama diwujudkan dalam pengolahan pigmen atau pewarna tertentu dan bahan baku. Reaksi kimia ini akan menyebabkan perubahan warna dan degradasi polimer, sehingga mengubah sifat produk plastik.

• Reaksi Reduksi

Polimer tinggi tertentu, seperti nilon dan aminoplast, merupakan zat pereduksi asam kuat dalam keadaan cair, yang dapat mereduksi dan memudarkan pigmen atau pewarna yang stabil pada suhu pemrosesan.

• Pertukaran Alkali

Logam alkali tanah dalam polimer emulsi PVC atau polipropilen tertentu yang distabilkan dapat “bertukar basa” dengan logam alkali tanah dalam pewarna untuk mengubah warna dari biru-merah menjadi oranye.

Polimer emulsi PVC adalah metode di mana VC dipolimerisasi dengan mengaduk dalam larutan berair pengemulsi (seperti natrium dodesilsulfonat C12H25SO3Na). Reaksinya mengandung Na+; untuk meningkatkan ketahanan panas dan oksigen PP, 1010, DLTDP, dll sering ditambahkan. Oksigen, antioksidan 1010 adalah reaksi transesterifikasi yang dikatalisis oleh 3,5-di-tert-butil-4-hidroksipropionat metil ester dan natrium pentaeritritol, dan DLTDP dibuat dengan mereaksikan larutan berair Na2S dengan akrilonitril Propionitril dihidrolisis untuk menghasilkan asam tiodipropionat, dan akhirnya diperoleh dengan esterifikasi dengan lauril alkohol. Reaksinya juga mengandung Na+.

Selama pencetakan dan pengolahan produk plastik, sisa Na+ pada bahan baku akan bereaksi dengan pigmen danau yang mengandung ion logam seperti CIPigment Red48:2 (BBC atau 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• Reaksi Antara Pigmen dan Hidrogen Halida (HX)

Ketika suhu naik hingga 170°C atau di bawah pengaruh cahaya, PVC menghilangkan HCI untuk membentuk ikatan rangkap terkonjugasi.

Poliolefin tahan api yang mengandung halogen atau produk plastik tahan api berwarna juga merupakan HX terdehidrohalogenasi bila dicetak pada suhu tinggi.

1) Reaksi ultramarine dan HX

Pigmen biru ultramarine yang banyak digunakan dalam pewarnaan plastik atau menghilangkan cahaya kuning, merupakan senyawa belerang.

2) Pigmen bubuk tembaga emas mempercepat dekomposisi oksidatif bahan baku PVC

Pigmen tembaga dapat dioksidasi menjadi Cu+ dan Cu2+ pada suhu tinggi, yang akan mempercepat dekomposisi PVC

3) Penghancuran ion logam pada polimer

Beberapa pigmen mempunyai efek merusak pada polimer. Misalnya, pigmen danau mangan CIPigmentRed48:4 tidak cocok untuk pencetakan produk plastik PP. Alasannya adalah bahwa ion mangan logam harga variabel mengkatalisis hidroperoksida melalui transfer elektron dalam oksidasi termal atau fotooksidasi PP. Penguraian PP menyebabkan percepatan penuaan PP; ikatan ester dalam polikarbonat mudah dihidrolisis dan terurai ketika dipanaskan, dan jika terdapat ion logam dalam pigmen, lebih mudah untuk mendorong dekomposisi; ion logam juga akan mendorong dekomposisi termo-oksigen pada PVC dan bahan mentah lainnya, dan menyebabkan perubahan warna.

Singkatnya, saat memproduksi produk plastik, ini adalah cara yang paling layak dan efektif untuk menghindari penggunaan pigmen warna yang bereaksi dengan bahan mentah.

3. Reaksi antara pewarna dan bahan tambahan

1) Reaksi antara pigmen yang mengandung belerang dan bahan tambahan

Pigmen yang mengandung belerang, seperti kadmium kuning (larutan padat CdS dan CdSe), tidak cocok untuk PVC karena ketahanan asamnya buruk, dan tidak boleh digunakan dengan aditif yang mengandung timbal.

2) Reaksi senyawa yang mengandung timbal dengan zat penstabil yang mengandung belerang

Kandungan timbal pada pigmen krom kuning atau molibdenum merah bereaksi dengan antioksidan seperti thiodistearate DSTDP.

3) Reaksi antara pigmen dan antioksidan

Untuk bahan mentah yang mengandung antioksidan, seperti PP, beberapa pigmen juga akan bereaksi dengan antioksidan, sehingga melemahkan fungsi antioksidan dan memperburuk stabilitas oksigen termal bahan mentah. Misalnya, antioksidan fenolik mudah diserap oleh karbon hitam atau bereaksi dengannya sehingga kehilangan aktivitasnya; antioksidan fenolik dan ion titanium dalam produk plastik putih atau berwarna terang membentuk kompleks hidrokarbon aromatik fenolik yang menyebabkan produk menguning. Pilih antioksidan yang sesuai atau tambahkan bahan tambahan tambahan, seperti garam seng anti asam (seng stearat) atau fosfit tipe P2 untuk mencegah perubahan warna pigmen putih (TiO2).

4) Reaksi antara pigmen dan penstabil cahaya

Pengaruh pigmen dan zat penstabil cahaya, kecuali reaksi pigmen yang mengandung belerang dan zat penstabil cahaya yang mengandung nikel seperti dijelaskan di atas, umumnya mengurangi efektivitas zat penstabil cahaya, terutama efek zat penstabil cahaya amina terhambat dan pigmen azo kuning dan merah. Efek penurunan yang stabil lebih jelas, dan tidak stabil seperti penurunan yang tidak berwarna. Belum ada penjelasan pasti mengenai fenomena ini.

4. Reaksi Antar Bahan Aditif

Jika banyak bahan tambahan yang digunakan secara tidak tepat, reaksi yang tidak terduga dapat terjadi dan produk akan berubah warna. Misalnya, Sb2O3 tahan api bereaksi dengan anti-oksidan yang mengandung sulfur menghasilkan Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Oleh karena itu, pemilihan bahan tambahan harus hati-hati saat mempertimbangkan formulasi produksi.

5. Penyebab Auto-oksidasi Tambahan

Oksidasi otomatis penstabil fenolik merupakan faktor penting yang mendorong perubahan warna produk menjadi putih atau berwarna terang. Perubahan warna ini sering disebut “Pinking” di luar negeri.

Ditambah dengan produk oksidasi seperti antioksidan BHT (2-6-di-tert-butil-4-metilfenol), dan berbentuk seperti produk reaksi merah muda 3,3′,5,5′-stilbene quinone, Perubahan warna ini terjadi hanya dengan adanya oksigen dan air dan tanpa adanya cahaya. Saat terkena sinar ultraviolet, stilbene quinone berwarna merah muda dengan cepat terurai menjadi produk cincin tunggal berwarna kuning.

6. Tautomerisasi Pigmen Berwarna Di Bawah Aksi Cahaya dan Panas

Beberapa pigmen berwarna mengalami tautomerisasi konfigurasi molekul di bawah pengaruh cahaya dan panas, seperti penggunaan pigmen CIPig.R2 (BBC) untuk berubah dari tipe azo ke tipe kuinon, yang mengubah efek konjugasi asli dan menyebabkan pembentukan ikatan terkonjugasi. . menurun, mengakibatkan perubahan warna dari biru tua-merah menyala menjadi merah oranye terang.

Pada saat yang sama, di bawah katalisis cahaya, ia terurai dengan air, mengubah air co-kristal dan menyebabkan pemudaran.

7. Disebabkan oleh Polutan Udara

Ketika produk plastik disimpan atau digunakan, beberapa bahan reaktif, baik bahan mentah, bahan tambahan, atau pigmen pewarna, akan bereaksi dengan uap air di atmosfer atau polutan kimia seperti asam dan basa akibat pengaruh cahaya dan panas. Berbagai reaksi kimia kompleks terjadi, yang seiring waktu akan menyebabkan pemudaran atau perubahan warna.

Situasi ini dapat dihindari atau diatasi dengan menambahkan penstabil oksigen termal, penstabil cahaya, atau memilih aditif dan pigmen tahan cuaca berkualitas tinggi.