المعرفة بمواد التعبئة والتغليف - ما الذي يسبب تغير لون المنتجات البلاستيكية؟

• قد يتسبب التحلل التأكسدي للمواد الخام في تغير اللون عند القولبة عند درجة حرارة عالية؛
• سيؤدي تغير لون المادة الملونة عند درجة حرارة عالية إلى تغير لون المنتجات البلاستيكية؛
• التفاعل الكيميائي بين المواد الملونة والمواد الخام أو المواد المضافة سوف يسبب تغير اللون؛
• التفاعل بين المواد المضافة والأكسدة التلقائية للمواد المضافة سوف يسبب تغيرات في اللون؛
• سيؤدي صبغ أصباغ التلوين تحت تأثير الضوء والحرارة إلى تغيرات في لون المنتجات؛
• قد تسبب ملوثات الهواء تغيرات في المنتجات البلاستيكية.

1. بسبب صب البلاستيك

1) قد يتسبب التحلل التأكسدي للمواد الخام في تغير اللون عند القولبة عند درجة حرارة عالية

عندما تكون حلقة التسخين أو لوحة التسخين لمعدات معالجة صب البلاستيك في حالة تسخين دائمًا بسبب خروجها عن السيطرة، فمن السهل أن تتسبب في ارتفاع درجة الحرارة المحلية أكثر من اللازم، مما يجعل المواد الخام تتأكسد وتتحلل عند درجة حرارة عالية. بالنسبة لتلك المواد البلاستيكية الحساسة للحرارة، مثل PVC، فمن الأسهل عندما تحدث هذه الظاهرة، عندما تكون خطيرة، أنها سوف تحترق وتتحول إلى اللون الأصفر، أو حتى الأسود، مصحوبة بكمية كبيرة من المواد المتطايرة المنخفضة الجزيئية الفائضة.

يتضمن هذا التدهور ردود فعل مثلإزالة البلمرة، وقص السلسلة العشوائية، وإزالة المجموعات الجانبية والمواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض.

• إزالة البلمرة

يحدث تفاعل الانقسام على رابط السلسلة الطرفية، مما يتسبب في سقوط رابط السلسلة واحدًا تلو الآخر، ويتطاير المونومر الناتج بسرعة. في هذا الوقت، يتغير الوزن الجزيئي ببطء شديد، تمامًا مثل العملية العكسية للبلمرة المتسلسلة. مثل إزالة البلمرة الحرارية لميثاكريليت الميثيل.

• قطع السلسلة العشوائية (التحلل)

تُعرف أيضًا باسم الفواصل العشوائية أو السلاسل المكسورة العشوائية. تحت تأثير القوة الميكانيكية أو الإشعاع عالي الطاقة أو الموجات فوق الصوتية أو الكواشف الكيميائية، تنكسر سلسلة البوليمر بدون نقطة ثابتة لإنتاج بوليمر منخفض الوزن الجزيئي. إنها إحدى طرق تحلل البوليمر. عندما تتحلل سلسلة البوليمر بشكل عشوائي، ينخفض ​​الوزن الجزيئي بسرعة، ويكون فقدان البوليمر في الوزن صغيرًا جدًا. على سبيل المثال، آلية تحلل البولي إيثيلين والبولين والبوليسترين هي في الأساس تحلل عشوائي.

عندما يتم قولبة البوليمرات مثل PE في درجات حرارة عالية، قد ينكسر أي موضع من السلسلة الرئيسية، وينخفض ​​الوزن الجزيئي بسرعة، ولكن إنتاج المونومر صغير جدًا. يسمى هذا النوع من التفاعل انقسام السلسلة العشوائية، ويسمى أحيانًا التحلل، البولي إيثيلين. تكون الجذور الحرة التي تتشكل بعد انقسام السلسلة نشطة للغاية، وتحيط بها المزيد من الهيدروجين الثانوي، وعرضة لتفاعلات نقل السلسلة، ولا يتم إنتاج أي مونومرات تقريبًا.

• إزالة البدائل

PVC، PVAc، وما إلى ذلك يمكن أن تخضع لتفاعل إزالة بديل عند تسخينها، لذلك غالبًا ما تظهر الهضبة على منحنى قياس الوزن الحراري. عندما يتم تسخين كلوريد البولي فينيل، أسيتات البولي فينيل، بولي أكريلونيتريل، فلوريد البولي فينيل، وما إلى ذلك، ستتم إزالة البدائل. إذا أخذنا كلوريد البوليفينيل (PVC) كمثال، تتم معالجة PVC عند درجة حرارة أقل من 180 إلى 200 درجة مئوية، ولكن عند درجة حرارة أقل (مثل 100 إلى 120 درجة مئوية)، فإنه يبدأ في نزع الهيدروجين (HCl)، ويفقد حمض الهيدروكلوريك بشكل كبير. بسرعة عند حوالي 200 درجة مئوية. لذلك، أثناء المعالجة (180-200 درجة مئوية)، يميل البوليمر إلى أن يصبح أغمق في اللون وأقل قوة.

حمض الهيدروكلوريك الحر له تأثير تحفيزي على إزالة الكلور، وكلوريدات المعادن، مثل كلوريد الحديديك المتكون بفعل كلوريد الهيدروجين ومعدات المعالجة، تعزز الحفز.

يجب إضافة نسبة قليلة من المواد الماصة للأحماض، مثل ستيرات الباريوم، والقصدير العضوي، ومركبات الرصاص، وما إلى ذلك، إلى PVC أثناء المعالجة الحرارية لتحسين ثباته.

عند استخدام كابل الاتصال لتلوين كابل الاتصال، إذا كانت طبقة البولي أوليفين على السلك النحاسي غير مستقرة، فسيتم تشكيل كربوكسيلات النحاس الأخضر على واجهة البوليمر والنحاس. تعمل هذه التفاعلات على تعزيز انتشار النحاس في البوليمر، مما يؤدي إلى تسريع الأكسدة التحفيزية للنحاس.

لذلك، من أجل تقليل معدل التحلل التأكسدي للبولي أوليفينات، غالبًا ما تتم إضافة مضادات الأكسدة الفينولية أو الأمينية العطرية (AH) لإنهاء التفاعل المذكور أعلاه وتكوين جذور حرة غير نشطة A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

• التحلل التأكسدي

تمتص منتجات البوليمر المعرضة للهواء الأكسجين وتخضع للأكسدة لتكوين هيدرو بيروكسيدات، وتتحلل أكثر لتوليد مراكز نشطة، وتشكل جذور حرة، ثم تخضع لتفاعلات سلسلة جذرية حرة (أي عملية الأكسدة التلقائية). تتعرض البوليمرات للأكسجين الموجود في الهواء أثناء المعالجة والاستخدام، وعند تسخينها، يتسارع التحلل التأكسدي.

تنتمي الأكسدة الحرارية للبولي أوليفينات إلى آلية التفاعل المتسلسل للجذور الحرة، والتي لها سلوك تحفيزي ويمكن تقسيمها إلى ثلاث خطوات: البدء والنمو والإنهاء.

يؤدي الانقسام المتسلسل الناتج عن مجموعة الهيدروبيروكسيد إلى انخفاض الوزن الجزيئي، والمنتجات الرئيسية للانقسام هي الكحولات والألدهيدات والكيتونات، والتي تتأكسد أخيرًا إلى أحماض كربوكسيلية. تلعب الأحماض الكربوكسيلية دورًا رئيسيًا في الأكسدة التحفيزية للمعادن. التحلل التأكسدي هو السبب الرئيسي لتدهور الخواص الفيزيائية والميكانيكية لمنتجات البوليمر. يختلف التحلل التأكسدي باختلاف التركيب الجزيئي للبوليمر. يمكن أن يؤدي وجود الأكسجين أيضًا إلى تكثيف الضرر الناتج عن الضوء والحرارة والإشعاع والقوة الميكانيكية على البوليمرات، مما يتسبب في تفاعلات تحلل أكثر تعقيدًا. تضاف مضادات الأكسدة إلى البوليمرات لإبطاء التحلل التأكسدي.

2) عند معالجة البلاستيك وقولبته، يتحلل اللون ويبهت ويتغير لونه بسبب عدم قدرته على تحمل درجات الحرارة العالية

الأصباغ أو الأصباغ المستخدمة في تلوين البلاستيك لها حدود لدرجة الحرارة. عند الوصول إلى درجة الحرارة المحددة هذه، ستخضع الأصباغ أو الأصباغ لتغيرات كيميائية لإنتاج مركبات مختلفة ذات وزن جزيئي أقل، وتكون صيغ تفاعلها معقدة نسبيًا؛ أصباغ مختلفة لها ردود فعل مختلفة. والمنتجات، ويمكن اختبار مقاومة درجات الحرارة للأصباغ المختلفة عن طريق الطرق التحليلية مثل فقدان الوزن.

2. تفاعل الملونات مع المواد الخام

يتجلى التفاعل بين الملونات والمواد الخام بشكل رئيسي في معالجة بعض الأصباغ أو الأصباغ والمواد الخام. ستؤدي هذه التفاعلات الكيميائية إلى تغيرات في لون البوليمرات وتدهورها، وبالتالي تغيير خصائص المنتجات البلاستيكية.

• رد فعل التخفيض

تعتبر بعض البوليمرات العالية، مثل النايلون والأمينوبلاست، عوامل قوية لخفض الأحماض في الحالة المنصهرة، والتي يمكن أن تقلل وتتلاشى الأصباغ أو الأصباغ التي تكون مستقرة في درجات حرارة المعالجة.

• التبادل القلوي

يمكن للمعادن الأرضية القلوية في بوليمرات مستحلب PVC أو بعض البولي بروبيلين المستقر "التبادل الأساسي" مع المعادن الأرضية القلوية في الملونات لتغيير اللون من الأزرق والأحمر إلى البرتقالي.

بوليمر مستحلب PVC هو طريقة يتم فيها بلمرة VC عن طريق التحريك في محلول مائي مستحلب (مثل دوديسيل سلفونات الصوديوم C12H25SO3Na). يحتوي التفاعل على Na+؛ من أجل تحسين مقاومة الحرارة والأكسجين لـ PP، 1010، DLTDP، وما إلى ذلك غالبًا ما يتم إضافتها. الأكسجين، مضاد الأكسدة 1010 هو تفاعل أسترة محفز بواسطة 3،5-ثنائي-ثالثي-بوتيل-4-هيدروكسي بروبيونات ميثيل إستر وخماسي إريثريتول الصوديوم، ويتم تحضير DLTDP عن طريق تفاعل محلول Na2S المائي مع الأكريلونيتريل. يتم تحلل البروبيونيتريل لتوليد حمض الثيوديبروبيونيك، وأخيرًا تم الحصول عليها عن طريق الأسترة مع كحول اللوريل. يحتوي التفاعل أيضًا على Na+.

أثناء صب ومعالجة المنتجات البلاستيكية، سوف يتفاعل Na+ المتبقي في المواد الخام مع صبغة البحيرة التي تحتوي على أيونات معدنية مثل CIPigment Red48:2 (BBC أو 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• التفاعل بين الأصباغ وهاليدات الهيدروجين (HX)

عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 170 درجة مئوية أو تحت تأثير الضوء، يقوم PVC بإزالة HCI لتكوين رابطة مزدوجة مترافقة.

إن البولي أوليفينات المثبطة للهب المحتوية على الهالوجين أو المنتجات البلاستيكية الملونة المثبطة للهب هي أيضًا منزوعة الهيدروجين HX عند تشكيلها في درجة حرارة عالية.

1) تفاعل أولترامارين وHX

الصباغ الأزرق الفائق اللون المستخدم على نطاق واسع في تلوين البلاستيك أو إزالة الضوء الأصفر، هو مركب كبريتي.

2) تعمل صبغة مسحوق الذهب النحاسي على تسريع التحلل التأكسدي للمواد الخام البلاستيكية

يمكن أكسدة أصباغ النحاس إلى Cu+ وCu2+ عند درجة حرارة عالية، مما يؤدي إلى تسريع تحلل PVC

3) تدمير أيونات المعادن على البوليمرات

بعض الأصباغ لها تأثير مدمر على البوليمرات. على سبيل المثال، صبغة بحيرة المنغنيز CIPigmentRed48:4 ليست مناسبة لقولبة المنتجات البلاستيكية PP. والسبب هو أن أيونات المنغنيز المعدنية ذات السعر المتغير تحفز هيدرو بيروكسيد من خلال نقل الإلكترونات في الأكسدة الحرارية أو الأكسدة الضوئية لـ PP. يؤدي تحلل PP إلى تسارع شيخوخة PP؛ من السهل تحلل رابطة الإستر في البولي كربونات وتحللها عند تسخينها، وبمجرد وجود أيونات معدنية في الصباغ، يكون من الأسهل تعزيز التحلل؛ ستعمل الأيونات المعدنية أيضًا على تعزيز تحلل الأكسجين الحراري للـ PVC والمواد الخام الأخرى، وتتسبب في تغيير اللون.

خلاصة القول، عند إنتاج المنتجات البلاستيكية، فهي الطريقة الأكثر جدوى وفعالية لتجنب استخدام الأصباغ الملونة التي تتفاعل مع المواد الخام.

3. التفاعل بين الملونات والمواد المضافة

1) التفاعل بين الأصباغ والمواد المضافة المحتوية على الكبريت

الأصباغ المحتوية على الكبريت، مثل أصفر الكادميوم (محلول صلب من CdS وCdSe)، ليست مناسبة للـ PVC بسبب ضعف مقاومة الأحماض، ويجب عدم استخدامها مع الإضافات المحتوية على الرصاص.

2) تفاعل المركبات المحتوية على الرصاص مع المثبتات المحتوية على الكبريت

يتفاعل محتوى الرصاص في صبغة الكروم الصفراء أو الموليبدينوم الأحمر مع مضادات الأكسدة مثل ثيوديسيترات DSTDP.

3) التفاعل بين الصباغ ومضادات الأكسدة

بالنسبة للمواد الخام التي تحتوي على مضادات الأكسدة، مثل PP، فإن بعض الأصباغ سوف تتفاعل أيضًا مع مضادات الأكسدة، مما يضعف وظيفة مضادات الأكسدة ويجعل استقرار الأكسجين الحراري للمواد الخام أسوأ. فمثلاً، مضادات الأكسدة الفينولية يمتصها أسود الكربون بسهولة أو تتفاعل معها فتفقد نشاطها؛ تشكل مضادات الأكسدة الفينولية وأيونات التيتانيوم الموجودة في المنتجات البلاستيكية البيضاء أو ذات الألوان الفاتحة مجمعات هيدروكربونية عطرية فينولية تسبب اصفرار المنتجات. اختر مضادًا مناسبًا للأكسدة أو أضف إضافات مساعدة، مثل ملح الزنك المضاد للحمض (إستيرات الزنك) أو الفوسفيت من النوع P2 لمنع تغير لون الصبغة البيضاء (TiO2).

4) التفاعل بين الصباغ ومثبت الضوء

إن تأثير الأصباغ ومثبتات الضوء، باستثناء تفاعل الأصباغ المحتوية على الكبريت ومثبتات الضوء المحتوية على النيكل كما هو موضح أعلاه، يقلل بشكل عام من فعالية مثبتات الضوء، وخاصة تأثير مثبتات الضوء الأمينية المعيقة وأصباغ الآزو الصفراء والحمراء. إن تأثير الانخفاض المستقر أكثر وضوحًا، وهو ليس مستقرًا مثل اللون غير الملون. لا يوجد تفسير محدد لهذه الظاهرة.

4. التفاعل بين المواد المضافة

إذا تم استخدام العديد من الإضافات بشكل غير صحيح، فقد تحدث تفاعلات غير متوقعة وسيتغير لون المنتج. على سبيل المثال، يتفاعل مثبط اللهب Sb2O3 مع مضاد الأكسدة المحتوي على الكبريت لتوليد Sb2S3: Sb2O3+–S–←Sb2S3+–O–

ولذلك، يجب توخي الحذر عند اختيار المواد المضافة عند النظر في تركيبات الإنتاج.

5. أسباب الأكسدة الذاتية المساعدة

تعد الأكسدة التلقائية للمثبتات الفينولية عاملاً مهمًا لتعزيز تغير لون المنتجات البيضاء أو ذات الألوان الفاتحة. غالبًا ما يُطلق على هذا اللون اسم "اللون الوردي" في البلدان الأجنبية.

يقترن بمنتجات الأكسدة مثل مضادات الأكسدة BHT (2-6-di-tert-butyl-4-methylphenol)، ويكون على شكل منتج تفاعل أحمر فاتح 3,3′,5,5′-stilbene quinone، ويحدث هذا التغير في اللون. فقط في وجود الأكسجين والماء وفي غياب الضوء. عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية، يتحلل كينون ستيلبين الأحمر الفاتح بسرعة إلى منتج أصفر أحادي الحلقة.

6. تحلل الأصباغ الملونة تحت تأثير الضوء والحرارة

تخضع بعض الأصباغ الملونة لعملية تحلل التكوين الجزيئي تحت تأثير الضوء والحرارة، مثل استخدام أصباغ CIPig.R2 (BBC) للتغيير من نوع الآزو إلى نوع الكينون، مما يغير تأثير الاقتران الأصلي ويسبب تكوين روابط مترافقة . يؤدي ذلك إلى تغير اللون من اللون الأزرق الداكن المتوهج إلى الأحمر إلى اللون البرتقالي الفاتح.

وفي الوقت نفسه، تحت تحفيز الضوء، يتحلل مع الماء، ويغير الماء البلوري المشترك ويسبب التلاشي.

7. الناجمة عن ملوثات الهواء

عند تخزين أو استخدام المنتجات البلاستيكية، فإن بعض المواد المتفاعلة، سواء كانت مواد خام أو إضافات أو أصباغ تلوين، سوف تتفاعل مع الرطوبة الموجودة في الجو أو الملوثات الكيميائية مثل الأحماض والقلويات تحت تأثير الضوء والحرارة. تحدث تفاعلات كيميائية معقدة مختلفة، مما يؤدي إلى بهتان اللون أو تغير لونه بمرور الوقت.

يمكن تجنب هذا الوضع أو التخفيف منه عن طريق إضافة مثبتات الأكسجين الحرارية المناسبة، أو مثبتات الضوء، أو اختيار إضافات وأصباغ عالية الجودة مقاومة للطقس.