Come risolvere il problema della decolorazione dei prodotti in plastica?

Quando si colorano prodotti in plastica con metodi quali polveri coloranti o masterbatches, può verificarsi il fenomeno del cambiamento di colore, che influisce sulla qualità del prodotto.

Possibili cause del cambiamento di colore:

(1) Causato dalla degradazione ossidativa della resina di base durante lo stampaggio ad alta temperatura;

(2) A causa della reazione chimica tra alcuni componenti dei prodotti plastici, come la base e l'ausiliario, o la base e il pigmento colorante, o l'ausiliario e il pigmento;

(3) causati dal pigmento colorante o dagli additivi che non sono resistenti alle alte temperature e così via.

Analizzando il meccanismo del cambiamento di colore causato da questi fattori, si intende fornire un riferimento ai produttori di prodotti in plastica affinché possano scegliere correttamente le materie prime e produrre prodotti in plastica qualificati.

-Cambiamenti di colore causati dal processo di stampaggio della plastica

1. Degradazione ossidativa e decolorazione della resina di base durante lo stampaggio ad alta temperatura.

Quando l'anello di riscaldamento o la piastra di riscaldamento dell'apparecchiatura per lo stampaggio di materie plastiche non sono controllati e sono sempre in stato di riscaldamento, è facile che la temperatura locale sia troppo elevata, per cui la decomposizione ossidativa della resina si verifica ad alta temperatura; per le materie plastiche sensibili al calore, come il PVC, ecc. è più probabile che si verifichi questo fenomeno durante il processo di stampaggio e, quando è grave, sarà bruciata e ingiallita, o addirittura annerita, e accompagnata dalla fuoriuscita di un gran numero di volatili a basso contenuto molecolare.

Questa degradazione comprende la depolimerizzazione, la rottura della catena casuale, la rimozione dei gruppi laterali e delle molecole basse e altre reazioni.

 

(1) Depolimerizzazione

La reazione di depolimerizzazione avviene prima nella macromolecola alla fine della rottura, e poi secondo il meccanismo della catena per rimuovere rapidamente il monomero, nella polimerizzazione del limite superiore di temperatura al di sopra del particolarmente facile da realizzare.

 

(2) Rottura casuale della catena (degradazione)

Per i polimeri come il PE e altri polimeri nello stampaggio ad alta temperatura, la sua catena principale può essere rotta in qualsiasi posizione, il peso molecolare diminuisce rapidamente, ma la resa in monomeri è molto piccola; questo tipo di reazione è chiamata rottura casuale della catena, a volte chiamata anche degradazione, la rottura della catena del polietilene della formazione di radicali liberi è molto attiva, circondata da un gran numero di idrogeni secondari, facile alla reazione di trasferimento a catena, quasi nessuna generazione di monomeri.

 

(3) Rimozione dei sostituenti

Cloruro di polivinile, acetato di polivinile, poliacrilonitrile, polifluoroetilene, ecc. Quando viene riscaldato, il gruppo sostituente viene rimosso. Il cloruro di polivinile (PVC), ad esempio, la lavorazione del PVC stampaggio in temperatura inferiore a 180 ~ 200 ℃, ma a temperature più basse (come 100 ~ 120 ℃), cioè, l'inizio della deidrogenazione (HCl), 200 ℃ intorno alla perdita di HCl molto rapidamente, in modo che il polimero in un colore scuro, la forza del più basso, la reazione totale è brevemente descritto come segue: ~ ~ CH2CHCICH2CHCl ~ → → ~ CH=CHCH=CH ～+2HCl

L'HCl libero ha un effetto catalitico sulla rimozione del cloruro di idrogeno, dei cloruri metallici, come il cloruro di idrogeno e le apparecchiature di lavorazione per formare cloruro ferrico, per promuovere la catalisi: 3HCl + Fe → FeCl3 + 3HCl

Il PVC nella lavorazione termica deve essere addizionato di qualche punto percentuale di assorbitore di acidi, come stearato di bario, organostannati, composti di piombo, ecc. per migliorarne la stabilità.

Quando si colorano le linee di cavi di telecomunicazione municipali con cavi di comunicazione, lo strato di poliolefina sul conduttore di rame non è ben stabilizzato e si forma un carbossilato di rame verde all'interfaccia polimero-rame. Queste reazioni favoriscono la diffusione del rame nel polimero e accelerano l'ossidazione catalitica del rame.

Pertanto, al fine di ridurre il tasso di degradazione ossidativa delle poliolefine, spesso si aggiungono antiossidanti fenolici o amminici aromatici (AH), che terminano la reazione di cui sopra, la formazione di radicale inattivo A-: ROO- + AH - → ROOH + A-

 

(4) Degradazione ossidativa

I polimeri sono esposti all'ossigeno presente nell'aria durante la lavorazione e l'uso, e la degradazione ossidativa è accelerata quando sono sottoposti al calore.

L'ossidazione termica delle poliolefine appartiene al meccanismo di reazione a catena dei radicali liberi con comportamento autocatalitico, che può essere suddiviso in tre fasi di iniziazione, crescita e terminazione.

La rottura della catena causata dal gruppo idroperossido porta a una diminuzione del peso molecolare e i principali prodotti della sua scissione omolitica sono alcoli, aldeidi, chetoni e infine ossidati ad acidi carbossilici. L'acido carbossilico svolge un ruolo importante nell'ossidazione catalizzata dai metalli.

 

2. Durante lo stampaggio e la lavorazione della plastica, il colorante si decompone e si scolora a causa dell'intolleranza alle alte temperature.

I pigmenti o i coloranti utilizzati per la colorazione delle materie plastiche hanno un limite di resistenza alla temperatura; quando la temperatura raggiunge questo limite, i pigmenti o i coloranti subiscono cambiamenti chimici, generando una varietà di composti di peso molecolare inferiore, la cui formula di reazione è più complicata; pigmenti diversi hanno reazioni e prodotti diversi, e la resistenza alla temperatura di pigmenti diversi può essere rilevata attraverso la perdita di peso e altri metodi analitici.

-Cambiamento di colore causato dalla reazione tra il colorante e la resina.

La reazione tra colorante e resina si manifesta principalmente in alcuni pigmenti o coloranti e nella resina durante la lavorazione e lo stampaggio; queste reazioni chimiche porteranno al cambiamento della fase cromatica e alla degradazione del polimero, con conseguente cambiamento delle prestazioni dei prodotti.

1.Reazione di riduzione

Alcuni polimeri, come il nylon e le plastiche amminiche, allo stato fuso, sono un agente riducente acido molto forte, in grado di rendere molto stabili i pigmenti o i coloranti alla temperatura di lavorazione.

2. Effetto di scambio alcalino

I metalli alcalino-terrosi presenti nel polimero in emulsione di PVC o in alcuni polipropileni stabilizzati possono avere uno "scambio alcalino" con i metalli alcalino-terrosi presenti nel colorante, facendo così cambiare il colore da blu-rosso ad arancione.

Il polimero in emulsione di PVC è VC in soluzione acquosa di emulsionante (come il sodio dodecil solfato C12H25SO3Na) con l'ausilio di un metodo di polimerizzazione ad agitazione, la reazione contiene Na +; al fine di migliorare le prestazioni termiche e di ossigeno del PP, spesso vengono aggiunti 1010, DLTDP e altri antiossidanti, l'antiossidante 1010 è un estere metilico dell'acido terziario-butilico da 3,5 a 4 idrossipropanoico e la reazione di scambio di esteri catalizzata da pentaeritritolo di sodio. Il DLTDP è preparato dalla reazione di una soluzione acquosa di Na2S e acrilonitrile per preparare il tiodipropionitrile, idrolizzato per generare l'acido tiodipropionico e infine esterificato con l'alcol laurilico; la reazione contiene anche Na+.

Durante lo stampaggio di prodotti in plastica, il Na+ residuo nella resina reagisce con il pigmento di precipitazione del colore contenente ioni metallici, come il C.I.Pigment-Red48:2 (BBC o 2BP): XCa2++2Na+→2XNa++Ca2+.

3. Reazione tra pigmento e alogenuro di idrogeno (HX)

Il PVC viene deconiugato ad HCI e forma doppi legami coniugati quando la temperatura sale a 170°C o sotto l'azione della luce.

Anche i prodotti plastici ritardanti di fiamma contenenti alogeni vengono dealogati con idrogeno HX nello stampaggio ad alta temperatura.

(1) Reazione tra Ultramarino e HX

Il pigmento ultramarino, ampiamente utilizzato per colorare le materie plastiche o per eliminare la luce gialla, è un complesso contenente zolfo.

(2) Il pigmento di rame accelera la decomposizione ossidativa della resina di PVC.

Il pigmento di rame può essere ossidato ad alta temperatura per formare Cu+ e Cu2+, accelerando la decomposizione del PVC.

(3) Effetto distruttivo degli ioni metallici sul polimero

Alcuni pigmenti hanno un effetto distruttivo sui polimeri, come ad esempio il pigmento di manganese C.I.PigmentRed48:4 non è adatto allo stampaggio di prodotti plastici in PP; il motivo risiede nel fatto che gli ioni di manganese a valenza variabile catalizzano la decomposizione degli idroperossidi attraverso il trasferimento di elettroni nell'ossidazione termica o nella foto-ossidazione del PP, con conseguente invecchiamento accelerato del PP; il legame estere del policarbonato è facile da idrolizzare quando viene riscaldato e si decompone di fronte agli alcali, e gli ioni metallici promuovono più facilmente la decomposizione quando sono presenti nel pigmento; gli ioni metallici promuovono più facilmente la decomposizione. Una volta che gli ioni metallici sono presenti nel pigmento, è più facile promuovere la decomposizione; gli ioni metallici promuovono anche la decomposizione termo-ossidativa del PVC e di altre resine e portano a cambiamenti di colore.

In sintesi, è il modo più fattibile ed efficace per evitare l'uso di pigmenti coloranti che reagiscono con la resina nella produzione di prodotti in plastica.

-Reazione tra coloranti e ausiliari

1, Reazione tra il pigmento contenente zolfo e gli ausiliari

I pigmenti contenenti zolfo, come il giallo cadmio (soluzione solida di CdS e CdSe), non dovrebbero essere utilizzati nel PVC a causa della scarsa resistenza agli acidi e non dovrebbero essere utilizzati insieme ad ausiliari contenenti piombo.

2, Reazione tra composti contenenti piombo e stabilizzatori contenenti zolfo

Pigmento giallo cromo o rosso cromo molibdeno nel componente di piombo e antiossidante come la reazione del tiodistearato DSTDP.

3, reazione tra pigmento e antiossidante

Nella resina con antiossidante, come il PP, anche alcuni pigmenti e antiossidanti reagiscono, indebolendo così la funzione dell'antiossidante e rendendo la stabilità termica e all'ossigeno della resina inferiore.

Ad esempio, l'antiossidante fenolico può essere facilmente assorbito dal nerofumo o reagire con esso e perdere la sua attività; l'antiossidante fenolico e lo ione titanio formano un complesso aromatico fenolico nei prodotti plastici bianchi o chiari che provoca il fenomeno dell'ingiallimento; possiamo evitare che il pigmento bianco (TiO2) cambi colore scegliendo l'antiossidante adatto o aggiungendo additivi ausiliari come il sale antiacido di zinco (stearato di zinco) o il fosfito di tipo P2.

4, Reazione tra pigmento e stabilizzatore di luce

Quando il pigmento e lo stabilizzatore di luce reagiscono, oltre alla reazione tra il pigmento contenente zolfo e lo stabilizzatore di luce contenente nichel menzionata in precedenza, si riduce l'effetto dello stabilizzatore di luce in generale. Soprattutto quando è influenzato dal ruolo di stabilizzatore della luce amminico ostacolante e dal pigmento azoico giallo e rosso, l'effetto di stabilizzazione della luce diminuisce in modo ancora più evidente e non è buono come l'effetto di stabilizzazione non colorato, e al momento non esiste una spiegazione esatta per questo fenomeno.

-Reazione tra ausiliari

Se molti ausiliari vengono utilizzati in modo improprio, possono verificarsi reazioni inaspettate che fanno cambiare colore ai prodotti. Ad esempio, il ritardante di fiamma Sb2O3 reagisce con lo zolfo per formare Sb2S3: Sb2O3+-S-→Sb2S3+-O-.

Pertanto, quando si considera la formula di produzione, gli ausiliari devono essere selezionati con attenzione.

-Variazione di colore dovuta all'auto-ossidazione degli additivi

L'autossidazione degli stabilizzatori fenolici è un fattore importante nel favorire il cambiamento di colore dei prodotti bianchi o chiari, che all'estero viene spesso definito "Pinking" (rossiccio).

È accoppiato dai prodotti di ossidazione come l'antiossidante BHT (2-6-di-terz-butil-4-metilfenolo), e si forma come 3,3′,5,5′ un prodotto di reazione omostilbene chinone rosso chiaro, questo tipo di decolorazione si verifica solo in presenza di ossigeno e acqua e in assenza di luce, l'esposizione alla luce ultravioletta, omostilbene chinone rosso chiaro viene decomposto rapidamente in un prodotto monociclico giallo.

-Cambiamento di colore dei pigmenti coloranti sotto l'azione della luce e del calore.

Sotto l'azione della luce e del calore, la configurazione molecolare di alcuni pigmenti coloranti si trasforma in isomeria; ad esempio, l'uso del pigmento C.I.Pig.R2(BBC) si trasforma in un tipo di chinone da un tipo di azo, che cambia l'effetto di coniugazione originale e provoca la riduzione del legame coniugato, causando il cambiamento del colore da blu-rosso scuro a rosso-arancio chiaro.

Allo stesso tempo, sotto l'effetto catalitico della luce, si decompone con l'acqua, causando cambiamenti nell'acqua co-cristallina e lo sbiadimento.

-Cambiamenti di colore causati dagli inquinanti atmosferici

Quando i prodotti in plastica vengono immagazzinati o utilizzati, alcuni gruppi reattivi, indipendentemente dalla resina o dagli additivi o dai pigmenti coloranti, sotto l'azione della luce e del calore, interagiscono con l'umidità o con gli inquinanti chimici presenti nell'atmosfera, come acidi e alcali, provocando varie reazioni chimiche complesse, che a lungo andare portano alla decolorazione o allo scolorimento.

Aggiungendo adeguati stabilizzatori di calore e ossigeno, stabilizzatori di luce o scegliendo additivi e pigmenti di alta qualità contro gli agenti atmosferici, questa situazione può essere evitata o mitigata.