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09 Okt 2020
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Oktober 9, 2020 Longchang Chemical

Kunststoff ist eines der am häufigsten vorkommenden Materialien im täglichen Leben. Er wird von den Verbrauchern wegen seiner einfachen Form, seines niedrigen Preises, seiner Lösungsmittelbeständigkeit, seiner Korrosionsbeständigkeit und seines geringen Gewichts sehr geschätzt. Allerdings können die intrinsischen Eigenschaften von Polymerwerkstoffen nicht den Anforderungen der verschiedenen Anwendungsszenarien gerecht werden. Daher werden dem Kunststoff während des Produktionsprozesses verschiedene Additive zugesetzt, um die Leistung zu verbessern.

Die niedermolekularen Verbindungen in Kunststoffen treten hauptsächlich auf zwei Arten auf:

1. Bei polymeren Werkstoffen, die durch Additionspolymerisation oder Kondensationspolymerisation von Monomeren gewonnen werden, werden in der Regel während des Polymerisationsprozesses Initiatoren zugesetzt, und nach der Polymerisation können Spuren von Initiatoren, Monomeren und anderen niedermolekularen Verbindungen in den Werkstoffen verbleiben;

2. Zusatzstoffe, die hinzugefügt werden, um bestimmte Eigenschaften von Kunststoffen während des Formens zu erreichen, wie Weichmacher, Antioxidantien, Flammschutzmittel, Lichtstabilisatoren, anorganische Füllstoffe und andere niedermolekulare Verbindungen. Mit zunehmender Nutzungsdauer wandern bestimmte Spuren kleiner Moleküle in den Kunststoff oder treten sogar aus dem Kunststoff aus, was zu einer Verschlechterung der Leistung des Kunststoffprodukts führt. Diese Situation tritt mit größerer Wahrscheinlichkeit bei Erhitzung, Mikrowellen, hohem Druck und anderen Umgebungen auf.

Unter der Einwirkung von Mikrowellen wird die Polymerkette durch die Wirkung des elektromagnetischen Wechselfeldes in Schwingungen versetzt, wodurch sich diese kleinen Molekülverbindungen auflösen und in Lebensmittel, Luft und Produktionsanlagen übergehen. Wenn die Migration ein bestimmtes Verhältnis erreicht, kann sie die Leistung des Kunststoffs beeinträchtigen. Dies kann zu gefährlichen Situationen führen.

Derzeit gibt es in China nur wenige Untersuchungen über die Struktur und den Migrationsmechanismus von Verbindungen, die eine wichtige Rolle im Migrationsprozess spielen. In den letzten Jahren haben Forscher vier gängige kleine Molekülverbindungen in Kunststoffen untersucht (Butyliertes Hydroxytoluol, Antioxidans 168, Leichter Stabilisator 770, Dibutylphthalat). ) Die Migrationsregeln von fünf Arten von Kunststoffverpackungen (Polyethylen PE, Polypropylen PP, Polystyrol PS, Polymethylmethacrylat PMMA und Polyethylenterephthalat) wurden verglichen. Um extreme Bedingungen zu simulieren und das Testen zu erleichtern, wurden den fünf Kunststoffverpackungsmaterialien im Rahmen der Forschungsarbeit niedermolekulare Verbindungen in einer Konzentration von 1,00% zugesetzt, was die üblicherweise verwendeten Konzentrationsverhältnisse dieser Verbindungen bei weitem übersteigt, so dass die gemessenen Die Ergebnisse sind im Allgemeinen zu groß und dienen nur als Trendreferenz und erklären nicht die tatsächliche Ausscheidung.

Der erste ist ein Vergleich der ungefähren Migration verschiedener kleiner Moleküle in verschiedenen Verpackungsmaterialien. Die nachstehende Abbildung zeigt die Mobilitätsergebnisse, die durch 5-minütiges Erhitzen bei 500 W Mikrowellenleistung erzielt wurden. Es ist deutlich zu erkennen, dass die vier Substanzen in PS und PMMA wandern. Die Rate ist größer als die Mobilität in PE, PP und PET.

Der Grund dafür ist, dass die Hauptketten von PE, PP und PET eine gute Symmetrie und relativ regelmäßige Strukturen aufweisen und somit kristalline Polymere sind, während PS einen Benzolring mit einer größeren sterischen Hinderung in seiner Seitenkette hat und PMMA eine größere polare Estergruppe in seiner Seitenkette aufweist. Es gehört insgesamt zu den amorphen Polymeren, aber die kristallinen und amorphen Bereiche existieren gleichzeitig im Polymer. Die niedermolekularen Verbindungen sind ebenfalls in den kristallinen und amorphen Bereichen des Materials verteilt, wenn sie gebildet werden. Unter der Einwirkung von Mikrowellen wird das Polymer Die Kettensegmente des amorphen Bereichs der Kristalle vibrieren zufällig unter der Einwirkung des elektromagnetischen Wechselfeldes, was die Migration der niedermolekularen Verbindungen aus dem Polymer fördert.

Es kann auch festgestellt werden, dass die Migrationsrate von Antioxidans 168 und Lichtstabilisator 770 in allen Kunststoffen ist niedriger als die der beiden anderen kleinen Moleküle, und die Migrationsrate von HALS 770 in anwendbarem PE und PP beträgt nur etwa 10%.

In der folgenden Abbildung sind die Mobilitätskurven der vier Substanzen bei einer Erwärmungszeit von 5 Minuten bei verschiedenen Mikrowellenleistungen dargestellt. Die ABCD-Diagramme zeigen, dass BHT, Antioxidans 168, HALS 770 und DBP in 5 Materialien bei verschiedenen Mikrowellenleistungen vorhanden sind. Migrationskurve. Es ist offensichtlich, dass mit zunehmender Ausgangsleistung von Weibo die Mobilität der verschiedenen Materialien und die Ausgangsleistung im Wesentlichen linear sind.

Das liegt daran, dass sich die kleinen Moleküle bei gleicher Erwärmungszeit und starker Mikrowellenleistung heftiger im Polymer bewegen, was auch die Bewegung der Polymersegmente im amorphen Bereich beschleunigt und damit die Wanderung der kleinen Moleküle im Kunststoff beschleunigt. Unabhängig von der Mikrowellenleistung stimmt die Mobilität der vier Materialien mit der Schlussfolgerung der vorherigen Phase überein, was darauf hindeutet, dass es außer der thermischen Bewegung keine weitere Form der Wechselwirkung zwischen den Materialien gibt.

Schließlich untersuchten die Forscher die Auswirkungen der Mikrowelleneinwirkungszeit auf die Migration chemischer Substanzen in Kunststoffverpackungen. Die Mikrowellenausgangsleistung betrug 300 W. Die Ergebnisse sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass bei gleicher Mikrowellenleistung die Mobilität der vier Substanzen in jedem Material zu Beginn gering ist und nach 2 Minuten linear und beschleunigt ansteigt und nach etwa 6 bis 7 Minuten den Maximalwert erreicht. Nach Erreichen des Gleichgewichts bleibt sie im Wesentlichen unverändert.

Der Grund dafür ist, dass die Materialmigration ein Diffusionsprozess ist, und die treibende Kraft für die Diffusion ist der chemische Potenzialunterschied zwischen dem Verpackungsmaterial und dem Lebensmittel. Wenn das chemische Potenzial zwischen den beiden Phasen gleich ist, ist das Gleichgewicht erreicht. Bei den Antioxidantien 168 und HALS 770 beträgt die endgültige Gleichgewichtskonzentration der Exsudation selbst in PS nur 25%, d. h. der verbleibende Zusatzstoffgehalt beträgt 0,75%, was in den meisten Fällen immer noch den Zusatzstoffverbrauch übersteigt.

Daher können diese beiden niedermolekularen Verbindungen selbst unter starken Langzeit-Mikrowellenbedingungen noch eine wirksame Konzentration aufrechterhalten, was der kontinuierlichen Verwendung von Kunststoffgeräten unter extremen Bedingungen förderlich ist.

Insgesamt untersuchte dieses Experiment die vier Arten von Migrationen mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen und Polaritäten von BHT, Antioxidans 168, Lichtstabilisator HALS 770 und DBP unter verschiedenen Mikrowellenerwärmungsbedingungen in PE, PP, PS, PMMA und PET. Art der Mobilität innerhalb der Kunststofffolie.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Mobilität der vier Substanzen im Wesentlichen linear mit der Mikrowellenleistung ist, und die Mobilität der Migranten im amorphen Material ist größer als die im kristallinen Material unter den gleichen Bedingungen, und wenn die Migranten und die Polymer-Molekülkette Wenn Wasserstoffbrückenbindungen gebildet werden, kann die Migration Widerstand erhöht werden; unter der gleichen Mikrowellen-Ausgangsleistung, wenn die vier Substanzen in jedem Material wandern, ist die Mobilität am Anfang klein, und es beginnt, linear zu erhöhen und beschleunigt nach 2 min, bei 6 min~7 min Die linke und rechte erreichen den maximalen Wert, und dann erreichen das Gleichgewicht und im Grunde unverändert.

Unter den vier Materialien sind das Antioxidans 168 und Lichtstabilisator 770 haben eine geringere Migrationsrate, was für das Hinzufügen und die Nutzung von Vorteil ist.

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Anmerkungen (16)

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