Comment résoudre le problème de la décoloration des produits en plastique ?

● Lors de la coloration de produits en plastique à l'aide de méthodes telles que les poudres colorantes ou les mélanges-maîtres, le phénomène de changement de couleur peut se produire, affectant ainsi la qualité du produit.

Causes possibles du changement de couleur :

(1) Causée par la dégradation oxydative de la résine de base lors du moulage à haute température ;

(2) En raison de la réaction chimique entre certains composants des produits plastiques, tels que la base et l'auxiliaire, ou la base et le pigment de coloration, ou l'auxiliaire et le pigment ;

(3) Causé par le pigment colorant ou les additifs qui ne sont pas résistants aux températures élevées, etc.

En analysant le mécanisme de changement de couleur causé par ces facteurs, l'objectif est de fournir des références aux fabricants de produits en plastique afin qu'ils puissent choisir correctement les matières premières et produire des produits en plastique de qualité.

-Changement de couleur dû au processus de moulage du plastique

1. Dégradation oxydative et décoloration de la résine de base pendant le moulage à haute température.

Lorsque l'anneau ou le plateau chauffant de l'équipement de moulage des matières plastiques est hors de contrôle et toujours en état de chauffage, il est facile de provoquer une température locale trop élevée, de sorte que la décomposition oxydative de la résine se produit à haute température. Pour les matières plastiques sensibles à la chaleur, telles que le PVC, etc., il est plus probable que ce phénomène apparaisse au cours du processus de moulage, et lorsqu'il est grave, il sera brûlé et jauni, voire noirci, et accompagné d'un grand nombre de volatiles de faible poids moléculaire qui s'échappent.

Cette dégradation comprend la dépolymérisation, la rupture de chaînes aléatoires, l'élimination des groupes latéraux et des molécules de faible poids, ainsi que d'autres réactions.

 

(1) Dépolymérisation

La réaction de dépolymérisation se produit d'abord dans la macromolécule à la fin de la rupture, puis selon le mécanisme de la chaîne pour éliminer rapidement le monomère, dans la polymérisation de la limite supérieure de la température au-dessus de la limite supérieure de la température particulièrement facile à réaliser.

 

(2) Rupture aléatoire de la chaîne (dégradation)

Pour les polymères tels que le PE et d'autres polymères dans le moulage à haute température, sa chaîne principale peut être brisée à n'importe quelle position, le poids moléculaire diminue rapidement, mais le rendement en monomères est très faible, ce type de réaction est appelé rupture aléatoire de la chaîne, parfois également appelée dégradation, la rupture de la chaîne du polyéthylène de la formation de radicaux libres est très active, entourée d'un grand nombre d'hydrogène secondaire, facile à la réaction de transfert de chaîne, presque pas de génération de monomères.

 

(3) Élimination des substituants

Chlorure de polyvinyle, acétate de polyvinyle, polyacrylonitrile, polyfluoroéthylène, etc. Sous l'effet de la chaleur, le groupe substituant est éliminé. Le chlorure de polyvinyle (PVC), par exemple, le moulage de transformation du PVC à une température inférieure à 180 ~ 200 ℃, mais à des températures plus basses (telles que 100 ~ 120 ℃), c'est-à-dire le début de la déshydrogénation (HCl), 200 ℃ autour de la perte de HCl très rapidement, de sorte que le polymère devient une couleur sombre, la force de la plus faible, la réaction totale est brièvement décrite comme suit : ~ ~ CH2CHCICH2CHCl ~ → → ~ CH=CHCH=CH ～+2HCl

Le HCl libre a un effet catalytique sur l'élimination du chlorure d'hydrogène, des chlorures métalliques, tels que le chlorure d'hydrogène et l'équipement de traitement pour former du chlorure ferrique, afin de promouvoir la catalyse : 3HCl + Fe → FeCl3 + 3HCl

Lors du traitement thermique du PVC, il convient d'ajouter quelques pour cent d'absorbeur d'acide, tels que le stéarate de baryum, l'organoétain, les composés de plomb, etc. afin d'améliorer sa stabilité.

Lors de la coloration des câbles de télécommunication municipaux avec des câbles de communication, la couche de polyoléfine sur le conducteur en cuivre n'est pas bien stabilisée, et du carboxylate de cuivre vert se forme à l'interface polymère-cuivre. Ces réactions favorisent la diffusion du cuivre dans le polymère et accélèrent l'oxydation catalytique du cuivre.

Par conséquent, afin de réduire le taux de dégradation oxydative des polyoléfines, on ajoute souvent des antioxydants phénoliques ou des amines aromatiques (AH), qui mettent fin à la réaction ci-dessus et entraînent la formation du radical inactif A- : ROO- + AH - → ROOH + A-

 

(4) Dégradation par oxydation

Les polymères sont exposés à l'oxygène de l'air au cours de leur transformation et de leur utilisation, et la dégradation par oxydation est accélérée lorsqu'ils sont soumis à la chaleur.

L'oxydation thermique des polyoléfines appartient au mécanisme de réaction en chaîne des radicaux libres avec un comportement autocatalytique, qui peut être divisé en trois étapes d'initiation, de croissance et de terminaison.

La rupture de la chaîne causée par le groupe hydroperoxyde entraîne une diminution du poids moléculaire, et les principaux produits de son clivage homolytique sont des alcools, des aldéhydes, des cétones, et enfin des acides carboxyliques oxydés. L'acide carboxylique joue un rôle majeur dans l'oxydation catalysée par les métaux.

 

2. Lors du moulage et de la transformation du plastique, l'agent colorant se décompose et se décolore en raison de son intolérance aux températures élevées.

Les pigments ou les colorants utilisés pour colorer les plastiques ont une limite de résistance à la température. Lorsque la température atteint cette limite, les pigments ou les colorants subissent des modifications chimiques, générant une variété de composés de poids moléculaire inférieur, dont la formule de réaction est plus compliquée ; différents pigments ont des réactions et des produits différents, et la résistance à la température de différents pigments peut être détectée par la perte de poids et d'autres méthodes d'analyse.

-Changement de couleur provoqué par la réaction entre le colorant et la résine

La réaction entre le colorant et la résine se manifeste principalement dans certains pigments ou colorants et dans la résine lors du traitement et du moulage. Ces réactions chimiques entraînent un changement de la phase colorée et une dégradation du polymère, ce qui modifie les performances des produits.

1. réaction de réduction

Certains polymères, tels que le nylon et les plastiques aminés à l'état fondu, sont des agents réducteurs acides très puissants, ils peuvent rendre les pigments ou les colorants très stables à la température de traitement.

2. Effet d'échange alcalin

Les métaux alcalino-terreux contenus dans le polymère émulsionné de PVC ou dans certains polypropylènes stabilisés peuvent avoir un "échange alcalin" avec les métaux alcalino-terreux contenus dans l'agent colorant, ce qui fait passer la couleur du bleu-rouge à l'orange.

Le polymère PVC en émulsion est VC dans une solution aqueuse d'émulsifiant (tel que le dodécyl sulfate de sodium C12H25SO3Na) à l'aide d'une méthode de polymérisation par agitation, la réaction contient du Na + ; afin d'améliorer les performances du PP en matière de chaleur et d'oxygène, on ajoute souvent du 1010, du DLTDP et d'autres antioxydants, les antioxydants 1010 sont un ester méthylique de l'acide tertio-butyle par l'acide 3,5 a 4 hydroxypropanoïque et une réaction d'échange d'esters catalysée par le pentaérythritol sodique. Le DLTDP est préparé par la réaction d'une solution aqueuse de Na2S et de l'acrylonitrile pour préparer le thiodipropionitrile, hydrolysé pour générer l'acide thiodipropionique, et enfin estérifié avec de l'alcool laurique, la réaction contient également du Na+.

Lors du moulage des produits en plastique, le Na+ résiduel dans la résine réagit avec le pigment de précipitation de la couleur contenant des ions métalliques, tel que le C.I.Pigment-Red48:2(BBC ou 2BP) : XCa2++2Na+→2XNa++Ca2+.

3. Réaction entre le pigment et l'halogénure d'hydrogène (HX)

Le PVC est déconjugué en HCI et forme des doubles liaisons conjuguées lorsque la température atteint 170°C ou sous l'action de la lumière.

Les polyoléfines ignifuges contenant des halogènes ou les produits plastiques ignifuges colorés sont également déshalogénés à l'hydrogène HX lors du moulage à haute température.

(1) Réaction entre l'Outremer et le HX

Le pigment ultramarin, largement utilisé pour colorer les plastiques ou éliminer la lumière jaune, est un complexe contenant du soufre.

(2) Le pigment de cuivre accélère la décomposition oxydative de la résine de PVC.

Le pigment de cuivre peut être oxydé à haute température pour former du Cu+ et du Cu2+, ce qui accélère la décomposition du PVC.

(3) Effet destructeur des ions métalliques sur le polymère

Certains pigments ont un effet destructeur sur les polymères, comme le pigment de manganèse C.I.PigmentRed48 :4 ne convient pas au moulage des produits en plastique PP, car les ions manganèse de valence variable catalysent la décomposition des hydroperoxydes par le transfert d'électrons dans l'oxydation thermique ou la photo-oxydation du PP, ce qui entraîne un vieillissement accéléré du PP ; la liaison ester du polycarbonate est facile à hydrolyser lorsqu'elle est chauffée et se décompose en présence d'alcali, et les ions métalliques favorisent la décomposition plus facilement lorsqu'ils sont présents dans le pigment ; les ions métalliques favorisent la décomposition plus facilement. Les ions métalliques favorisent également la décomposition thermo-oxydative du PVC et d'autres résines et entraînent des changements de couleur.

En résumé, c'est le moyen le plus faisable et le plus efficace d'éviter d'utiliser le pigment colorant qui réagit avec la résine lors de la fabrication de produits en plastique.

-Réaction entre les colorants et les auxiliaires

1、Reaction entre le pigment soufré et les auxiliaires

Les pigments contenant du soufre, tels que le jaune de cadmium (solution solide de CdS et de CdSe), ne doivent pas être utilisés dans le PVC en raison de leur mauvaise résistance aux acides et ne doivent pas être utilisés avec des auxiliaires contenant du plomb.

2、Reaction entre les composés contenant du plomb et les stabilisants contenant du soufre

Pigment jaune de chrome ou rouge de chrome de molybdène dans le composant de plomb et antioxydant tel que le thiodistéarate réaction DSTDP.

3、Reaction entre le pigment et l'antioxydant

Dans la résine contenant un antioxydant, comme le PP, certains pigments et antioxydants réagissent également, ce qui affaiblit la fonction de l'antioxydant et détériore la stabilité à la chaleur et à l'oxygène de la résine.

Par exemple, l'antioxydant phénolique peut être facilement absorbé par le noir de carbone ou réagir avec lui et perdre son activité ; l'antioxydant phénolique et l'ion titane forment un complexe aromatique phénolique dans les produits plastiques blancs ou de couleur claire, ce qui entraîne un phénomène de jaunissement des produits ; nous pouvons empêcher le pigment blanc (TiO2) de changer de couleur en choisissant un antioxydant approprié ou en ajoutant des additifs auxiliaires tels que le sel antiacide de zinc (stéarate de zinc) ou le phosphite de type P2.

4、Reaction entre le pigment et le stabilisateur de lumière

Lorsque le pigment et le stabilisateur de lumière réagissent, outre la réaction entre le pigment contenant du soufre et le stabilisateur de lumière contenant du nickel mentionnée précédemment, l'effet du stabilisateur de lumière en général s'en trouve réduit. L'effet stabilisateur de la lumière diminue encore plus nettement lorsqu'il est affecté par le rôle de l'amine stabilisatrice de lumière et du pigment azoïque jaune et rouge, et il n'est pas aussi bon que l'effet stabilisateur non coloré, et il n'y a pas d'explication exacte à ce phénomène à l'heure actuelle.

-Réaction entre auxiliaires

Si de nombreux auxiliaires ne sont pas utilisés correctement, des réactions inattendues peuvent se produire et faire changer les produits de couleur. Par exemple, le retardateur de flamme Sb2O3 réagit avec le soufre pour former Sb2S3 : Sb2O3+-S-→Sb2S3+-O-.

Par conséquent, lors de l'élaboration de la formule de production, les auxiliaires doivent être sélectionnés avec soin.

-Changement de couleur dû à l'auto-oxydation des additifs

L'auto-oxydation des stabilisants phénoliques est un facteur important dans le changement de couleur des produits blancs ou clairs, souvent appelé "Pinking" (rougeâtre) dans les pays étrangers.

Il est couplé par les produits d'oxydation tels que l'antioxydant BHT (2-6-di-tert-butyl-4-méthylphénol), et formé comme 3,3′,5,5′ un homostilbène quinone rouge clair produit de réaction, ce type de décoloration se produit uniquement en présence d'oxygène et d'eau et en l'absence de lumière, l'exposition à la lumière ultraviolette, homostilbène quinone rouge clair est décomposé rapidement en un produit monocyclique jaune.

-Changement de couleur des pigments colorants sous l'action de la lumière et de la chaleur

Sous l'action de la lumière et de la chaleur, la configuration moléculaire de certains pigments colorants se transforme en isomérie. Par exemple, l'utilisation du pigment C.I.Pig.R2(BBC) transforme le type azoïque en type quinone, ce qui modifie l'effet de conjugaison d'origine et entraîne la réduction de la liaison conjuguée, et fait passer la couleur du bleu-rouge foncé au rouge-orange clair.

En même temps, sous l'effet catalytique de la lumière, il se décompose avec l'eau, ce qui entraîne des changements dans l'eau co-cristalline et une décoloration.

-Changement de couleur causé par les polluants atmosphériques

Lorsque les produits en plastique sont stockés ou utilisés, certains groupes réactifs, qu'il s'agisse de résine, d'additifs ou de pigments colorants, sous l'action de la lumière et de la chaleur, interagissent avec l'humidité ou les polluants chimiques présents dans l'atmosphère, tels que les acides et les alcalis, et provoquent diverses réactions chimiques complexes qui, à long terme, entraînent une décoloration ou une altération de la couleur.

En ajoutant des stabilisateurs de chaleur et d'oxygène appropriés, des stabilisateurs de lumière, ou en choisissant des additifs et des pigments de haute qualité contre les intempéries, il est possible d'éviter ou d'atténuer cette situation.