Pengetahuan Bahan Pengemas — Apa Penyebab Perubahan Warna Produk Plastik?

• Degradasi oksidatif bahan baku 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 aditif 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 pada produk;
• Polutan udara dapat menyebabkan perubahan pada produk plastik.

1. Disebabkan oleh Cetakan Plastik

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

Ketika cincin pemanas atau pelat pemanas peralatan pengolah cetakan plastik selalu dalam keadaan panas karena tidak terkendali, mudah menyebabkan suhu lokal menjadi terlalu tinggi, yang membuat bahan baku teroksidasi dan terurai pada suhu tinggi.Untuk plastik yang peka terhadap panas, seperti PVC, lebih mudah untuk Ketika fenomena ini terjadi, ketika serius, akan terbakar dan menjadi kuning, atau bahkan hitam, disertai dengan sejumlah besar volatil molekul rendah yang meluap.

Degradasi ini meliputi 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 lepas satu per satu, dan monomer yang dihasilkan dengan cepat menguap.Pada saat ini, berat molekul berubah sangat lambat, seperti halnya proses kebalikan dari polimerisasi rantai.Seperti depolimerisasi termal metil metakrilat.

• Pemotongan Rantai Acak (Degradasi)

Juga dikenal sebagai pemutusan acak atau rantai putus acak.Di bawah aksi 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 polistirena sebagian besar merupakan degradasi acak.

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

• Penghapusan substituen

PVC, PVAc, dll. dapat mengalami reaksi penghilangan substituen saat dipanaskan, sehingga dataran tinggi sering muncul pada kurva termogravimetri.Ketika polivinil klorida, polivinil asetat, poliakrilonitril, polivinil fluorida, dll. Dipanaskan, substituen akan dihilangkan.Mengambil polivinil klorida (PVC) sebagai contoh, 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 sangat banyak. dengan cepat sekitar 200°C.Oleh karena itu, selama pemrosesan (180-200°C), polimer cenderung berwarna lebih gelap 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 kabel tembaga tidak stabil, karboksilat tembaga 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 amina fenolik atau 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 terkena udara menyerap oksigen dan mengalami oksidasi untuk membentuk hidroperoksida, selanjutnya terurai untuk menghasilkan pusat aktif, membentuk radikal bebas, dan kemudian mengalami reaksi berantai radikal bebas (yaitu, proses auto-oksidasi).Polimer terpapar oksigen di udara selama pemrosesan dan penggunaan, dan saat 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 terminasi.

Pemotongan rantai yang disebabkan oleh gugus hidroperoksida menyebabkan penurunan berat molekul, dan produk utama dari pemotongan tersebut adalah alkohol, aldehida, dan keton, yang akhirnya teroksidasi menjadi asam karboksilat.Asam karboksilat memainkan peran utama dalam oksidasi katalitik logam.Degradasi oksidatif adalah alasan utama kerusakan sifat fisik dan mekanik produk polimer.Degradasi oksidatif bervariasi dengan struktur molekul polimer.Kehadiran oksigen juga dapat mengintensifkan kerusakan cahaya, panas, radiasi dan gaya mekanik pada polimer, 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 memiliki batas suhu.Ketika suhu batas ini tercapai, pigmen atau pewarna akan mengalami perubahan kimiawi 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 Mentah

Reaksi antara pewarna dan bahan mentah terutama dimanifestasikan dalam pemrosesan pigmen atau pewarna tertentu dan bahan mentah.Reaksi kimia ini akan menyebabkan perubahan rona dan degradasi polimer, sehingga mengubah sifat produk plastik.

• Reaksi Pengurangan

Polimer tinggi tertentu, seperti nilon dan aminoplast, adalah 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 polipropilena stabil tertentu dapat "bertukar basa" dengan logam alkali tanah dalam pewarna untuk mengubah warna dari biru-merah menjadi jingga.

Polimer emulsi PVC adalah metode di mana VC dipolimerisasi dengan mengaduk dalam larutan pengemulsi (seperti natrium dodesilsulfonat C12H25SO3Na).Reaksi mengandung Na+;PP, 1010, DLTDP, dll sering ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan panas dan oksigen.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.Reaksi juga mengandung Na+.

Selama pencetakan dan pemrosesan produk plastik, residu Na+ dalam bahan mentah 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 menjadi 170°C atau di bawah aksi cahaya, PVC menghilangkan HCI untuk membentuk ikatan rangkap terkonjugasi.

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

1) Reaksi ultramarine dan HX

Pigmen biru laut yang banyak digunakan dalam pewarna plastik atau menghilangkan cahaya kuning, adalah senyawa belerang.

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

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

3) Penghancuran ion logam pada polimer

Beberapa pigmen memiliki efek merusak pada polimer.Misalnya, pigmen danau mangan CIPigmentRed48:4 tidak cocok untuk mencetak produk plastik PP.Alasannya adalah harga variabel ion logam mangan mengkatalisis hidroperoksida melalui transfer elektron dalam oksidasi termal atau fotooksidasi PP.Dekomposisi PP menyebabkan percepatan penuaan PP;ikatan ester dalam polikarbonat mudah dihidrolisis dan terurai saat dipanaskan, dan begitu ada ion logam dalam pigmen, lebih mudah untuk mendorong dekomposisi;ion logam juga akan mendorong dekomposisi termo-oksigen dari 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 berwarna yang bereaksi dengan bahan mentah.

3. Reaksi antara pewarna dan aditif

1) Reaksi antara pigmen yang mengandung belerang dan aditif

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

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

Kandungan timbal dalam pigmen krom kuning atau merah molibdenum bereaksi dengan antioksidan seperti DSTDP tiodistearat.

3) Reaksi antara pigmen dan antioksidan

Untuk bahan baku dengan 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 untuk menghilangkan aktivitasnya;antioksidan fenolik dan ion titanium dalam produk plastik berwarna putih atau terang membentuk kompleks hidrokarbon aromatik fenolik yang menyebabkan produk menguning.Pilih antioksidan yang sesuai atau tambahkan aditif 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

Efek pigmen dan penstabil cahaya, kecuali untuk reaksi pigmen yang mengandung belerang dan penstabil cahaya yang mengandung nikel seperti dijelaskan di atas, umumnya mengurangi efektivitas penstabil cahaya, terutama efek penstabil cahaya amina terhalang dan pigmen azo kuning dan merah.Efek penurunan stabil lebih jelas, dan tidak stabil seperti tidak diwarnai.Tidak ada penjelasan pasti untuk fenomena ini.

4. Reaksi Antar Aditif

Jika banyak aditif yang digunakan secara tidak benar, reaksi yang tidak diharapkan dapat terjadi dan produk akan berubah warna.Misalnya, Sb2O3 tahan api bereaksi dengan antioksidan yang mengandung sulfur untuk menghasilkan Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Oleh karena itu, kehati-hatian harus dilakukan dalam pemilihan aditif ketika mempertimbangkan formulasi produksi.

5. Penyebab Auto-oksidasi Tambahan

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

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

6. Tautomerisasi Pigmen Berwarna Di Bawah Aksi Cahaya dan Panas

Beberapa pigmen berwarna menjalani tautomerisasi konfigurasi molekuler di bawah aksi cahaya dan panas, seperti penggunaan pigmen CIPig.R2 (BBC) untuk mengubah dari tipe azo menjadi tipe kuinon, yang mengubah efek konjugasi asli dan menyebabkan pembentukan ikatan terkonjugasi. .berkurang, menghasilkan perubahan warna dari biru tua-bercahaya merah menjadi oranye-merah muda.

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

7. Disebabkan oleh Polutan Udara

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

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