Verpackungsmaterial-Wissen – Was verursacht die Farbänderung von Kunststoffprodukten?

• Der oxidative Abbau von Rohstoffen kann beim Formen bei hoher Temperatur zu Verfärbungen führen;
• Eine Verfärbung des Farbstoffs bei hoher Temperatur führt zu einer Verfärbung von Kunststoffprodukten;
• Die chemische Reaktion zwischen dem Farbstoff und Rohstoffen oder Zusatzstoffen führt zu Verfärbungen;
• Die Reaktion zwischen Additiven und die automatische Oxidation von Additiven führt zu Farbveränderungen;
• Die Tautomerisierung von Farbpigmenten unter Einwirkung von Licht und Wärme führt zu Farbveränderungen der Produkte;
• Luftschadstoffe können Kunststoffprodukte verändern.

1. Verursacht durch Kunststoffformen

1) Der oxidative Abbau von Rohstoffen kann beim Formen bei hoher Temperatur zu Verfärbungen führen

Wenn sich der Heizring oder die Heizplatte der Kunststoffformverarbeitungsanlage aufgrund einer unkontrollierten Verarbeitung ständig in einem Heizzustand befindet, kann die lokale Temperatur leicht zu hoch werden, wodurch das Rohmaterial bei hoher Temperatur oxidiert und sich zersetzt.Bei diesen wärmeempfindlichen Kunststoffen wie PVC ist es einfacher, wenn dieses Phänomen auftritt, wenn es schwerwiegend ist, brennt es und verfärbt sich gelb oder sogar schwarz, begleitet von einem Überlaufen einer großen Menge niedermolekularer flüchtiger Stoffe.

Dieser Abbau umfasst Reaktionen wie zDepolymerisation, zufällige Kettenspaltung, Entfernung von Seitengruppen und niedermolekularen Substanzen.

• Depolymerisation

Die Spaltungsreaktion findet am endständigen Kettenglied statt, was dazu führt, dass die Kettenglieder einzeln abfallen und das erzeugte Monomer schnell verflüchtigt wird.Zu diesem Zeitpunkt ändert sich das Molekulargewicht sehr langsam, genau wie der umgekehrte Prozess der Kettenpolymerisation.Wie die thermische Depolymerisation von Methylmethacrylat.

• Zufällige Kettenspaltung (Abbau)

Auch bekannt als Random Breaks oder Random Broken Chains.Unter Einwirkung von mechanischer Kraft, energiereicher Strahlung, Ultraschallwellen oder chemischen Reagenzien bricht die Polymerkette ohne Fixpunkt zu einem niedermolekularen Polymer.Es ist einer der Wege des Polymerabbaus.Wenn die Polymerkette willkürlich abgebaut wird, fällt das Molekulargewicht schnell und der Gewichtsverlust des Polymers ist sehr gering.Beispielsweise ist der Abbaumechanismus von Polyethylen, Polyen und Polystyrol hauptsächlich ein zufälliger Abbau.

Wenn Polymere wie PE bei hohen Temperaturen geformt werden, kann jede Position der Hauptkette gebrochen werden und das Molekulargewicht sinkt schnell, aber die Monomerausbeute ist sehr gering.Diese Art von Reaktion wird als zufällige Kettenspaltung bezeichnet, manchmal auch als Abbau bezeichnet. Polyethylen Die nach der Kettenspaltung gebildeten freien Radikale sind sehr aktiv, umgeben von mehr sekundärem Wasserstoff, anfällig für Kettenübertragungsreaktionen, und es werden fast keine Monomere produziert.

• Entfernung von Substituenten

PVC, PVAc usw. können beim Erhitzen eine Substituentenentfernungsreaktion eingehen, sodass häufig ein Plateau auf der thermogravimetrischen Kurve erscheint.Wenn Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyacrylnitril, Polyvinylfluorid usw. erhitzt werden, werden die Substituenten entfernt.Am Beispiel von Polyvinylchlorid (PVC) wird PVC bei einer Temperatur unter 180 bis 200 °C verarbeitet, aber bei einer niedrigeren Temperatur (z. B. 100 bis 120 °C) beginnt es zu dehydrieren (HCl) und verliert sehr viel HCl schnell bei ca. 200°C.Daher neigt das Polymer während der Verarbeitung (180–200°C) dazu, eine dunklere Farbe und eine geringere Festigkeit zu bekommen.

Freies HCl hat eine katalytische Wirkung auf die Dehydrochlorierung, und Metallchloride wie Eisenchlorid, das durch die Einwirkung von Chlorwasserstoff und Verarbeitungsgeräten gebildet wird, fördern die Katalyse.

Einige Prozent Säureabsorber wie Bariumstearat, Organozinn, Bleiverbindungen usw. müssen PVC während der thermischen Verarbeitung zugesetzt werden, um seine Stabilität zu verbessern.

Wenn das Kommunikationskabel zum Färben des Kommunikationskabels verwendet wird und die Polyolefinschicht auf dem Kupferdraht nicht stabil ist, bildet sich grünes Kupfercarboxylat an der Polymer-Kupfer-Grenzfläche.Diese Reaktionen fördern die Diffusion von Kupfer in das Polymer und beschleunigen die katalytische Oxidation von Kupfer.

Um die oxidative Abbaurate von Polyolefinen zu reduzieren, werden daher häufig phenolische oder aromatische Amin-Antioxidantien (AH) zugesetzt, um die obige Reaktion zu beenden und inaktive freie Radikale A· zu bilden: ROO·+AH-→ROOH+A·

• Oxidativer Abbau

Der Luft ausgesetzte Polymerprodukte absorbieren Sauerstoff und unterliegen einer Oxidation, um Hydroperoxide zu bilden, zersetzen sich weiter, um aktive Zentren zu erzeugen, bilden freie Radikale und durchlaufen dann Kettenreaktionen freier Radikale (dh einen Autooxidationsprozess).Polymere sind während der Verarbeitung und Verwendung Luftsauerstoff ausgesetzt, und wenn sie erhitzt werden, wird der oxidative Abbau beschleunigt.

Die thermische Oxidation von Polyolefinen gehört zum Mechanismus der Radikalkettenreaktion, die autokatalytisches Verhalten hat und in drei Schritte unterteilt werden kann: Initiierung, Wachstum und Termination.

Die durch die Hydroperoxidgruppe verursachte Kettenspaltung führt zu einer Abnahme des Molekulargewichts, und die Hauptprodukte der Spaltung sind Alkohole, Aldehyde und Ketone, die schließlich zu Carbonsäuren oxidiert werden.Carbonsäuren spielen eine große Rolle bei der katalytischen Oxidation von Metallen.Oxidativer Abbau ist der Hauptgrund für die Verschlechterung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Polymerprodukten.Der oxidative Abbau variiert mit der Molekularstruktur des Polymers.Die Anwesenheit von Sauerstoff kann auch die Schädigung von Polymeren durch Licht, Hitze, Strahlung und mechanische Kraft verstärken und komplexere Abbaureaktionen verursachen.Antioxidantien werden Polymeren zugesetzt, um den oxidativen Abbau zu verlangsamen.

2) Wenn der Kunststoff verarbeitet und geformt wird, zersetzt sich der Farbstoff, verblasst und ändert seine Farbe aufgrund seiner Unfähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten

Die für die Kunststoffeinfärbung verwendeten Pigmente oder Farbstoffe haben eine Temperaturgrenze.Wenn diese Grenztemperatur erreicht ist, unterliegen die Pigmente oder Farbstoffe chemischen Veränderungen, um verschiedene Verbindungen mit niedrigerem Molekulargewicht zu erzeugen, und ihre Reaktionsformeln sind relativ komplex;Unterschiedliche Pigmente haben unterschiedliche Reaktionen.Und Produkte, die Temperaturbeständigkeit verschiedener Pigmente können durch analytische Methoden wie Gewichtsverlust getestet werden.

2. Farbstoffe reagieren mit Rohstoffen

Die Reaktion zwischen Farbstoffen und Rohstoffen manifestiert sich hauptsächlich in der Verarbeitung bestimmter Pigmente oder Farbstoffe und Rohstoffe.Diese chemischen Reaktionen führen zu Farbtonveränderungen und zum Abbau von Polymeren, wodurch sich die Eigenschaften von Kunststoffprodukten verändern.

• Reduktionsreaktion

Bestimmte Hochpolymere wie Nylon und Aminoplaste sind im geschmolzenen Zustand starke Säurereduktionsmittel, die Pigmente oder Farbstoffe, die bei Verarbeitungstemperaturen stabil sind, reduzieren und verblassen lassen können.

• Alkalischer Austausch

Erdalkalimetalle in PVC-Emulsionspolymeren oder bestimmte stabilisierte Polypropylene können mit Erdalkalimetallen in Farbstoffen „basenaustauschen“, um die Farbe von blau-rot nach orange zu ändern.

PVC-Emulsionspolymer ist ein Verfahren, bei dem VC durch Rühren in einer wässrigen Emulgatorlösung (wie Natriumdodecylsulfonat C12H25SO3Na) polymerisiert wird.Die Reaktion enthält Na+;um die Hitze- und Sauerstoffbeständigkeit von PP zu verbessern, werden oft 1010, DLTDP usw. zugesetzt.Sauerstoff, Antioxidans 1010 ist eine Umesterungsreaktion, die durch 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxypropionatmethylester und Natriumpentaerythrit katalysiert wird, und DLTDP wird durch Umsetzen einer wässrigen Na2S-Lösung mit Acrylnitril hergestellt. Propionitril wird hydrolysiert, um Thiodipropionsäure zu erzeugen, und schließlich durch Veresterung mit Laurylalkohol erhalten.Die Reaktion enthält auch Na+.

Während der Formgebung und Verarbeitung von Kunststoffprodukten reagiert das restliche Na+ im Rohmaterial mit dem Lackpigment, das Metallionen wie CIPigment Red48:2 (BBC oder 2BP) enthält: XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• Reaktion zwischen Pigmenten und Halogenwasserstoffen (HX)

Bei einem Temperaturanstieg auf 170°C oder unter Lichteinwirkung entfernt PVC HCl unter Bildung einer konjugierten Doppelbindung.

Halogenhaltige flammhemmende Polyolefin- oder gefärbte flammhemmende Kunststoffprodukte werden ebenfalls dehydrohalogeniert HX, wenn sie bei hoher Temperatur geformt werden.

1) Ultramarin- und HX-Reaktion

Ultramarinblau-Pigment, das häufig zum Färben von Kunststoffen oder zum Eliminieren von gelbem Licht verwendet wird, ist eine Schwefelverbindung.

2) Kupfer-Gold-Pulverpigment beschleunigt die oxidative Zersetzung von PVC-Rohstoffen

Kupferpigmente können bei hohen Temperaturen zu Cu+ und Cu2+ oxidiert werden, was die Zersetzung von PVC beschleunigt

3) Zerstörung von Metallionen auf Polymeren

Einige Pigmente haben eine zerstörerische Wirkung auf Polymere.Beispielsweise ist das Manganlackpigment CIPigmentRed48:4 nicht für die Formgebung von PP-Kunststoffprodukten geeignet.Der Grund dafür ist, dass die Metall-Mangan-Ionen mit variablem Preis Hydroperoxid durch die Übertragung von Elektronen bei der thermischen Oxidation oder Photooxidation von PP katalysieren.Die Zersetzung von PP führt zu einer beschleunigten Alterung von PP;die Esterbindung in Polycarbonat lässt sich beim Erhitzen leicht hydrolysieren und zersetzen, und sobald Metallionen im Pigment vorhanden sind, ist es einfacher, die Zersetzung zu fördern;Metallionen fördern auch die Thermo-Sauerstoff-Zersetzung von PVC und anderen Rohstoffen und verursachen eine Farbänderung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es bei der Herstellung von Kunststoffprodukten der praktikabelste und effektivste Weg ist, die Verwendung von Farbpigmenten zu vermeiden, die mit Rohstoffen reagieren.

3. Reaktion zwischen Farbstoffen und Additiven

1) Die Reaktion zwischen schwefelhaltigen Pigmenten und Additiven

Schwefelhaltige Pigmente wie Cadmiumgelb (Mischkristall aus CdS und CdSe) sind wegen schlechter Säurebeständigkeit nicht für PVC geeignet und sollten nicht mit bleihaltigen Zusätzen verwendet werden.

2) Reaktion bleihaltiger Verbindungen mit schwefelhaltigen Stabilisatoren

Der Bleigehalt in Chromgelbpigment oder Molybdänrot reagiert mit Antioxidantien wie Thiodistearat DSTDP.

3) Reaktion zwischen Pigment und Antioxidans

Bei Rohstoffen mit Antioxidantien wie PP reagieren einige Pigmente auch mit Antioxidantien, wodurch die Funktion von Antioxidantien geschwächt und die thermische Sauerstoffstabilität von Rohstoffen verschlechtert wird.Beispielsweise werden phenolische Antioxidantien leicht von Ruß absorbiert oder reagieren mit ihnen, um ihre Aktivität zu verlieren;Phenolische Antioxidantien und Titanionen in weißen oder hellen Kunststoffprodukten bilden phenolische aromatische Kohlenwasserstoffkomplexe, die eine Vergilbung der Produkte verursachen.Wählen Sie ein geeignetes Antioxidans oder fügen Sie Hilfsadditive hinzu, wie z. B. Antisäure-Zinksalz (Zinkstearat) oder Phosphit vom Typ P2, um eine Verfärbung des weißen Pigments (TiO2) zu verhindern.

4) Reaktion zwischen Pigment und Lichtschutzmittel

Die Wirkung von Pigmenten und Lichtschutzmitteln, mit Ausnahme der oben beschriebenen Reaktion von schwefelhaltigen Pigmenten und nickelhaltigen Lichtschutzmitteln, verringert im Allgemeinen die Wirksamkeit von Lichtschutzmitteln, insbesondere die Wirkung von gehinderten Amin-Lichtschutzmitteln und Azo-Gelb- und -Rotpigmenten.Der Effekt des stabilen Rückgangs ist offensichtlicher und nicht so stabil wie ungefärbt.Eine eindeutige Erklärung für dieses Phänomen gibt es nicht.

4. Die Reaktion zwischen Additiven

Bei unsachgemäßer Anwendung vieler Zusatzstoffe können unerwartete Reaktionen auftreten und das Produkt verfärbt sich.Beispielsweise reagiert das Flammschutzmittel Sb2O3 mit schwefelhaltigem Antioxidans zu Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

Daher muss bei der Auswahl von Zusatzstoffen bei der Betrachtung von Produktionsformulierungen sorgfältig vorgegangen werden.

5. Zusätzliche Autooxidationsursachen

Die automatische Oxidation von phenolischen Stabilisatoren ist ein wichtiger Faktor, um die Verfärbung von weißen oder hellen Produkten zu fördern.Diese Verfärbung wird im Ausland oft als „Pinking“ bezeichnet.

Es wird durch Oxidationsprodukte wie BHT-Antioxidantien (2-6-Di-tert-butyl-4-methylphenol) gekoppelt und hat die Form eines hellroten Reaktionsprodukts wie 3,3′,5,5′-Stilbenchinon. Dabei tritt eine Verfärbung auf nur in Gegenwart von Sauerstoff und Wasser und in Abwesenheit von Licht.Wenn es ultraviolettem Licht ausgesetzt wird, zersetzt sich das hellrote Stilbenchinon schnell in ein gelbes Einzelringprodukt.

6. Tautomerisierung von Farbpigmenten unter Einwirkung von Licht und Wärme

Einige Farbpigmente erfahren unter Einwirkung von Licht und Wärme eine Tautomerisierung der Molekülkonfiguration, wie z. B. die Verwendung von CIPig.R2 (BBC)-Pigmenten, um vom Azotyp zum Chinontyp zu wechseln, was den ursprünglichen Konjugationseffekt ändert und die Bildung von konjugierten Bindungen verursacht .abnehmen, was zu einem Farbumschlag von einem dunklen Blau-Glührot zu einem hellen Orange-Rot führt.

Gleichzeitig zersetzt es sich unter der Katalyse von Licht mit Wasser, verändert das Co-Kristallwasser und verursacht ein Ausbleichen.

7. Verursacht durch Luftschadstoffe

Bei der Lagerung oder Verwendung von Kunststoffprodukten reagieren einige reaktive Materialien, ob Rohstoffe, Zusatzstoffe oder Farbpigmente, unter Einwirkung von Licht und Wärme mit Feuchtigkeit in der Atmosphäre oder chemischen Schadstoffen wie Säuren und Laugen.Es werden verschiedene komplexe chemische Reaktionen verursacht, die mit der Zeit zu Verblassen oder Verfärbungen führen.

Diese Situation kann durch Zugabe geeigneter thermischer Sauerstoffstabilisatoren, Lichtstabilisatoren oder die Auswahl hochwertiger Wetterbeständigkeitsadditive und Pigmente vermieden oder gemildert werden.