Bagaimana cara mengatasi masalah perubahan warna pada produk plastik yang diproduksi?
Ketika mewarnai produk plastik dengan menggunakan metode seperti bubuk warna atau masterbatch, fenomena perubahan warna dapat terjadi, sehingga mempengaruhi kualitas produk.
Kemungkinan penyebab perubahan warna:
(1) Disebabkan oleh degradasi oksidatif resin dasar selama pencetakan suhu tinggi;
(2) Karena reaksi kimia antara beberapa komponen produk plastik, seperti bahan dasar dan bahan pembantu, atau bahan dasar dan pigmen pewarna, atau bahan pembantu dan pigmen;
(3) Disebabkan oleh pigmen pewarna atau zat aditif yang tidak tahan terhadap suhu tinggi, dan sebagainya.
Dengan menganalisis mekanisme perubahan warna yang disebabkan oleh faktor-faktor tersebut, berikut ini adalah untuk memberikan referensi bagi produsen produk plastik agar dapat memilih bahan baku dengan benar dan menghasilkan produk plastik yang berkualitas.
-Perubahan warna yang disebabkan oleh proses pencetakan plastik
1. Degradasi oksidatif dan perubahan warna resin dasar selama pencetakan suhu tinggi.
Ketika cincin pemanas atau pelat pemanas peralatan cetakan plastik tidak terkendali dan selalu dalam keadaan panas, mudah menyebabkan suhu lokal menjadi terlalu tinggi, sehingga dekomposisi oksidatif resin terjadi pada suhu tinggi, untuk plastik yang sensitif terhadap panas, seperti PVC, dll., Lebih mungkin muncul fenomena ini selama proses pencetakan, dan bila sudah parah, akan terbakar dan menguning, atau bahkan menghitam, dan disertai dengan sejumlah besar volatil molekul rendah yang keluar.
Degradasi ini meliputi depolimerisasi, pemutusan rantai acak, penghilangan gugus samping dan molekul rendah, serta reaksi lainnya.
(1) Depolimerisasi
Reaksi depolimerisasi pertama kali terjadi pada makromolekul pada akhir pemutusan, dan kemudian sesuai dengan mekanisme rantai untuk menghilangkan monomer dengan cepat, pada polimerisasi batas atas suhu di atas sangat mudah dilakukan.
(2) Pemutusan rantai secara acak (degradasi)
Untuk polimer seperti PE dan polimer lain dalam cetakan suhu tinggi, rantai utamanya dapat dipatahkan pada posisi apa pun, berat molekul menurun dengan cepat, tetapi hasil monomer sangat kecil, reaksi semacam ini disebut pemutusan rantai acak, kadang-kadang juga disebut degradasi, pemutusan rantai polietilena pembentukan radikal bebas sangat aktif, dikelilingi oleh sejumlah besar hidrogen sekunder, reaksi transfer rantai yang mudah, hampir tidak ada generasi monomer.
(3) Penghapusan substituen
Polivinil klorida, polivinil asetat, poliakrilonitril, polifluoroetilena, dll. Saat dipanaskan, kelompok substituen akan dihilangkan. Polivinil klorida (PVC), misalnya, cetakan pemrosesan PVC pada suhu di bawah 180 ~ 200 ℃, tetapi pada suhu yang lebih rendah (seperti 100 ~ 120 ℃), yaitu awal dehidrogenasi (HCl), 200 ℃ di sekitar hilangnya HCl dengan sangat cepat, sehingga polimer menjadi warna gelap, kekuatannya lebih rendah, total reaksi secara singkat dijelaskan sebagai berikut: ~ ~ CH2CHCICH2CHCl ~ → → ~ CH = CHCH = CH ～ + 2HCl
HCl bebas memiliki efek katalitik pada penghilangan hidrogen klorida, klorida logam, seperti hidrogen klorida dan peralatan pemrosesan untuk membentuk besi klorida, untuk meningkatkan katalitik: 3HCl + Fe → FeCl3 + 3HCl
PVC dalam pemrosesan termal harus ditambahkan beberapa persen penyerap asam, seperti barium stearat, organotin, senyawa timbal, dll., untuk meningkatkan kestabilannya.
Ketika mewarnai jalur kabel telekomunikasi kota dengan kabel komunikasi, lapisan poliolefin pada konduktor tembaga tidak distabilkan dengan baik, dan karboksilat tembaga hijau akan terbentuk pada antarmuka polimer-tembaga. Reaksi ini mendorong difusi tembaga ke dalam polimer dan mempercepat oksidasi katalitik tembaga.
Oleh karena itu, untuk mengurangi laju degradasi oksidatif poliolefin, sering menambahkan antioksidan fenolik atau aromatik amina (AH), menghentikan reaksi di atas, pembentukan radikal A- yang tidak aktif: ROO- + AH - → ROOH + A-
(4) Degradasi oksidatif
Polimer terpapar oksigen di udara selama pemrosesan dan penggunaan, dan degradasi oksidatif dipercepat apabila terkena panas.
Oksidasi termal poliolefin termasuk dalam mekanisme reaksi berantai radikal bebas dengan perilaku autokatalitik, yang dapat dibagi menjadi tiga langkah yaitu inisiasi, pertumbuhan, dan terminasi.
Pemutusan rantai yang disebabkan oleh gugus hidroperoksida menyebabkan penurunan berat molekul, dan produk utama dari pembelahan homolitiknya adalah alkohol, aldehida, keton, dan akhirnya teroksidasi menjadi asam karboksilat. Asam karboksilat memainkan peran utama dalam oksidasi yang dikatalisis oleh logam.
2. Saat pencetakan dan pemrosesan plastik, zat pewarna akan terurai dan berubah warna karena tidak tahan terhadap suhu tinggi.
Pigmen atau pewarna yang digunakan untuk mewarnai plastik memiliki batas ketahanan suhu, ketika suhu mencapai batas ini, pigmen atau pewarna akan mengalami perubahan kimiawi, menghasilkan berbagai senyawa dengan berat molekul yang lebih rendah, yang rumus reaksinya lebih rumit; pigmen yang berbeda memiliki reaksi dan produk yang berbeda, dan ketahanan suhu pigmen yang berbeda dapat dideteksi melalui penurunan berat badan dan metode analisis lainnya.
-Perubahan warna yang disebabkan oleh reaksi antara pewarna dan resin
Reaksi antara pewarna dan resin terutama dimanifestasikan dalam beberapa pigmen atau pewarna dan resin saat pemrosesan dan pencetakan, reaksi kimia ini akan menyebabkan perubahan fase warna dan degradasi polimer, sehingga kinerja produk akan berubah.
1. Reaksi reduksi
Polimer tertentu, seperti nilon dan plastik amino dalam keadaan cair, adalah zat pereduksi asam yang sangat kuat, mereka dapat membuat pigmen atau pewarna yang sangat stabil dalam suhu pemrosesan menjadi pudar.
2. Efek pertukaran alkali
Logam alkali tanah dalam polimer emulsi PVC atau polipropilena yang distabilkan, dapat mengalami "pertukaran basa" dengan logam alkali tanah dalam zat pewarna, sehingga warnanya berubah dari biru-merah menjadi jingga.
Polimer emulsi PVC adalah VC dalam larutan pengemulsi (seperti natrium dodesil sulfat C12H25SO3Na) berair dengan bantuan metode polimerisasi pengadukan, reaksinya mengandung Na +; untuk meningkatkan kinerja panas dan oksigen PP, sering ditambahkan 1010, DLTDP dan antioksidan lainnya, antioksidan 1010 adalah tersier-butil dengan 3,5 a 4 asam hidroksipropanoat metil ester dan natrium pentaeritritol yang dikatalisis reaksi pertukaran ester. DLTDP dibuat dengan reaksi larutan berair Na2S dan akrilonitril untuk membuat tiodipropionitril, dihidrolisis untuk menghasilkan asam tiodipropionat, dan akhirnya diesterifikasi dengan lauril alkohol, reaksinya juga mengandung Na+.
Apabila mencetak produk plastik, sisa Na+ dalam resin akan bereaksi dengan pigmen pengendapan warna yang mengandung ion logam, seperti C.I. Pigment-Red48:2 (BBC atau 2BP): XCa2++2Na+→2XNa++Ca2+.
3. Reaksi antara pigmen dan hidrogen halida (HX)
PVC terdekonjugasi menjadi HCI dan membentuk ikatan rangkap terkonjugasi apabila suhu naik hingga 170°C atau di bawah pengaruh cahaya.
Poliolefin tahan api yang mengandung halogen atau produk plastik tahan api berwarna juga merupakan hidrogen HX yang terdehalogenasi dalam cetakan suhu tinggi.
(1) Reaksi antara Ultramarine dan HX
Pigmen ultramarine, yang secara luas digunakan untuk mewarnai plastik atau menghilangkan cahaya kuning, adalah kompleks yang mengandung sulfur.
(2) Pigmen tembaga mempercepat penguraian oksidatif resin PVC.
Pigmen tembaga dapat teroksidasi pada suhu tinggi untuk membentuk Cu+ dan Cu2+, yang akan mempercepat penguraian PVC.
(3) Efek destruktif ion logam pada polimer
Sebagian pigmen memiliki efek merusak pada polimer, seperti pigmen mangan C.I.PigmenRed48:4 tidak cocok untuk cetakan produk plastik PP, alasannya terletak pada ion mangan dari logam valensi variabel yang mengkatalisis penguraian hidroperoksida melalui transfer elektron dalam oksidasi termal atau foto-oksidasi PP, yang mengarah pada percepatan penuaan PP; ikatan ester polikarbonat mudah terhidrolisis saat dipanaskan dan terurai dalam menghadapi alkali, dan ion logam akan mendorong penguraian lebih mudah bila ada di dalam pigmen; ion logam akan mendorong penguraian dengan lebih mudah. Setelah ada ion logam dalam pigmen, akan lebih mudah untuk mendorong penguraian; ion logam juga akan mendorong penguraian termo-oksidatif PVC dan resin lainnya, dan menyebabkan perubahan warna.
Singkatnya, ini adalah cara yang paling memungkinkan dan efektif untuk menghindari penggunaan pigmen pewarna yang bereaksi dengan resin ketika memproduksi produk plastik.
-Reaksi antara pewarna dan bahan pembantu
1 、 Reaksi antara pigmen yang mengandung sulfur dan bahan pembantu
Pigmen yang mengandung sulfur, seperti kuning kadmium (larutan padat CdS dan CdSe), tidak boleh digunakan dalam PVC karena ketahanan asamnya yang buruk, dan tidak boleh digunakan bersama dengan bahan pembantu yang mengandung timbal.
2 、 Reaksi antara senyawa yang mengandung timbal dan penstabil yang mengandung sulfur
Pigmen kuning krom atau molibdenum krom merah pada komponen timbal dan antioksidan seperti reaksi thiodistearate DSTDP.
3 、 Reaksi antara pigmen dan antioksidan
Pada resin dengan antioksidan, seperti PP, beberapa pigmen dan antioksidan juga akan bereaksi, sehingga melemahkan fungsi antioksidan dan membuat stabilitas termal dan oksigen resin menjadi lebih rendah.
Misalnya, antioksidan fenolik dapat dengan mudah diserap oleh karbon hitam atau bereaksi dengannya dan kehilangan aktivitasnya; antioksidan fenolik dan ion titanium membentuk kompleks aromatik fenolik pada produk plastik berwarna putih atau berwarna terang untuk membuat produk mengalami fenomena menguning, kita dapat mencegah pigmen putih (TiO2) berubah warna dengan memilih antioksidan yang sesuai atau menambahkan zat tambahan tambahan seperti garam antasida seng (seng stearat) atau fosfat tipe-P2.
4 、 Reaksi antara pigmen dan penstabil cahaya
Ketika pigmen dan penstabil cahaya bereaksi, selain reaksi antara pigmen yang mengandung sulfur dan penstabil cahaya yang mengandung nikel yang disebutkan sebelumnya, ini akan mengurangi efek penstabil cahaya secara umum. Terutama ketika dipengaruhi oleh peran penstabil cahaya amina yang menghalangi dan pigmen azo kuning dan merah, efek penstabil cahaya berkurang bahkan lebih jelas, dan tidak sebagus efek penstabil yang tidak berwarna, dan tidak ada penjelasan yang tepat untuk fenomena ini saat ini.
-Reaksi antara alat bantu
Jika banyak bahan pembantu yang digunakan secara tidak tepat, reaksi yang tidak diharapkan dapat terjadi dan membuat produk berubah warna. Sebagai contoh, Sb2O3 yang tahan api bereaksi dengan belerang membentuk Sb2S3: Sb2O3 + - S- → Sb2S3 + - O-.
Oleh karena itu, ketika mempertimbangkan formula produksi, bahan pembantu harus dipilih secara cermat.
-Perubahan warna karena oksidasi otomatis aditif
Oksidasi otomatis stabilisator fenolik merupakan faktor penting dalam mendorong perubahan warna produk berwarna putih atau terang, yang sering disebut sebagai "Pinking" (kemerahan) di luar negeri.
Ini ditambah dengan produk oksidasi seperti antioksidan BHT (2-6-di-tert-butil-4-metilfenol), dan berbentuk sebagai 3,3′,5,5′ produk reaksi homostilbene quinone merah muda, perubahan warna seperti ini hanya terjadi dengan adanya oksigen dan air dan tidak adanya cahaya, paparan sinar ultraviolet, homostilbene quinone merah muda diuraikan dengan cepat menjadi produk monosiklik kuning.
-Perubahan warna pigmen pewarna akibat pengaruh cahaya dan panas
Di bawah pengaruh cahaya dan panas, konfigurasi molekuler sebagian pigmen pewarna berubah menjadi isomerisme, misalnya, penggunaan pigmen C.I.Pig.R2 (BBC) berubah menjadi tipe kuinon dari tipe azo, yang mengubah efek konjugasi asli dan menyebabkan berkurangnya ikatan konjugasi, dan menyebabkan warnanya berubah dari biru-merah tua menjadi merah jingga muda.
Pada saat yang sama, di bawah efek katalitik cahaya, ia terurai bersama air, menyebabkan perubahan pada air ko-kristal dan memudar.
-Perubahan warna yang disebabkan oleh polutan di atmosfer
Ketika produk plastik disimpan atau digunakan, beberapa gugus reaktif, tidak peduli resin atau aditif, atau pigmen pewarna, di bawah pengaruh cahaya dan panas, akan berinteraksi dengan kelembapan atau polutan kimiawi di atmosfer seperti asam dan alkali, menyebabkan berbagai reaksi kimia yang rumit, yang dalam jangka panjang akan menyebabkan perubahan warna.
Dengan menambahkan penstabil panas dan oksigen yang sesuai, penstabil cahaya, atau memilih aditif dan pigmen pelapukan berkualitas tinggi, situasi ini dapat dihindari atau dimoderasi.