ความรู้เกี่ยวกับวัสดุบรรจุภัณฑ์ — อะไรทำให้ผลิตภัณฑ์พลาสติกเปลี่ยนสี?

• การย่อยสลายออกซิเดชันของวัตถุดิบอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนสีเมื่อขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง
• การเปลี่ยนสีของสีที่อุณหภูมิสูงจะทำให้ผลิตภัณฑ์พลาสติกเปลี่ยนสี
• ปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารให้สีกับวัตถุดิบหรือสารเติมแต่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนสี
• ปฏิกิริยาระหว่างสารเติมแต่งกับปฏิกิริยาออกซิเดชั่นอัตโนมัติของสารเติมแต่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนสี
• การทำให้เป็นอัตโนมัติของเม็ดสีสีภายใต้การกระทำของแสงและความร้อนจะทำให้สีของผลิตภัณฑ์เปลี่ยนไป
• สารมลพิษทางอากาศอาจก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในผลิตภัณฑ์พลาสติก

1. เกิดจากการขึ้นรูปพลาสติก

1) การย่อยสลายออกซิเดชันของวัตถุดิบอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนสีเมื่อขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง

เมื่อวงแหวนความร้อนหรือแผ่นทำความร้อนของอุปกรณ์แปรรูปพลาสติกอยู่ในสถานะให้ความร้อนเสมอเนื่องจากควบคุมไม่ได้ จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะทำให้อุณหภูมิในพื้นที่สูงเกินไป ซึ่งทำให้วัตถุดิบออกซิไดซ์และสลายตัวที่อุณหภูมิสูงสำหรับพลาสติกที่ไวต่อความร้อน เช่น PVC จะง่ายกว่า เมื่อปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้น เมื่อมันร้ายแรง มันจะไหม้และเปลี่ยนเป็นสีเหลืองหรือแม้แต่สีดำ พร้อมด้วยสารระเหยโมเลกุลต่ำจำนวนมากล้นออกมา

การย่อยสลายนี้รวมถึงปฏิกิริยาเช่นการแยกโพลิเมอไรเซชันแบบสุ่ม การแยกกลุ่มข้างเคียงออก และสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ

• ดีพอลิเมอไรเซชัน

ปฏิกิริยาการแตกแยกเกิดขึ้นที่ข้อต่อโซ่เทอร์มินอล ทำให้ข้อต่อโซ่หลุดทีละชิ้น และโมโนเมอร์ที่สร้างขึ้นจะระเหยอย่างรวดเร็วในขณะนี้ น้ำหนักโมเลกุลเปลี่ยนแปลงช้ามาก เช่นเดียวกับกระบวนการย้อนกลับของพอลิเมอไรเซชันแบบลูกโซ่เช่น การลดพอลิเมอไรเซชันด้วยความร้อนของเมทิลเมทาคริเลต

• กรรไกรแบบสุ่ม (การย่อยสลาย)

เรียกอีกอย่างว่าการแบ่งแบบสุ่มหรือโซ่แตกแบบสุ่มภายใต้การกระทำของแรงทางกล การแผ่รังสีพลังงานสูง คลื่นอัลตราโซนิก หรือสารเคมี ห่วงโซ่โพลิเมอร์จะแตกโดยไม่มีจุดคงที่เพื่อผลิตพอลิเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำเป็นหนึ่งในวิธีการย่อยสลายโพลิเมอร์เมื่อห่วงโซ่โพลิเมอร์ย่อยสลายแบบสุ่ม น้ำหนักโมเลกุลจะลดลงอย่างรวดเร็ว และการสูญเสียน้ำหนักของโพลิเมอร์จะน้อยมากตัวอย่างเช่น กลไกการย่อยสลายของโพลิเอทิลีน โพลิอีน และโพลิสไตรีนส่วนใหญ่เป็นการย่อยสลายแบบสุ่ม

เมื่อโพลิเมอร์ เช่น PE ถูกขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง ตำแหน่งใดๆ ของสายโซ่หลักอาจแตกหัก และน้ำหนักโมเลกุลจะลดลงอย่างรวดเร็ว แต่ผลผลิตโมโนเมอร์จะน้อยมากปฏิกิริยาประเภทนี้เรียกว่าrandom chain scission บางครั้งเรียกว่าการย่อยสลาย โพลิเอทิลีน อนุมูลอิสระที่ก่อตัวขึ้นหลังจากการแตกตัวของโซ่นั้นมีความว่องไวมาก ล้อมรอบด้วยไฮโดรเจนทุติยภูมิมากขึ้น มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาการถ่ายโอนลูกโซ่ และแทบไม่มีโมโนเมอร์เกิดขึ้นเลย

• การกำจัดสารทดแทน

PVC, PVAc ฯลฯ สามารถเกิดปฏิกิริยาการแทนที่เมื่อได้รับความร้อน ดังนั้นที่ราบสูงมักปรากฏบนเส้นโค้งเทอร์โมกราวิเมตริกเมื่อโพลีไวนิลคลอไรด์, โพลีไวนิลอะซีเตต, โพลีอะคริโลไนไตรล์, โพลีไวนิลฟลูออไรด์ ฯลฯ ถูกทำให้ร้อน องค์ประกอบแทนที่จะถูกกำจัดออกยกตัวอย่าง โพลีไวนิลคลอไรด์ (PVC) พีวีซีถูกแปรรูปที่อุณหภูมิต่ำกว่า 180~200°C แต่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า (เช่น 100~120°C) มันจะเริ่มดีไฮโดรจีเนต (HCl) และสูญเสีย HCl อย่างมาก อย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิประมาณ 200°Cดังนั้นในระหว่างการประมวลผล (180-200°C) โพลิเมอร์จึงมีแนวโน้มที่จะมีสีเข้มขึ้นและมีความแข็งแรงลดลง

HCl อิสระมีผลเร่งปฏิกิริยาต่อดีไฮโดรคลอรีน และโลหะคลอไรด์ เช่น เฟอริกคลอไรด์ที่เกิดขึ้นจากการกระทำของไฮโดรเจนคลอไรด์และอุปกรณ์แปรรูป ส่งเสริมการเร่งปฏิกิริยา

ต้องเพิ่มสารดูดซับกรดไม่กี่เปอร์เซ็นต์ เช่น แบเรียมสเตียเรต ออร์กาโนติน สารประกอบตะกั่ว ฯลฯ ลงใน PVC ในระหว่างกระบวนการทางความร้อนเพื่อปรับปรุงความเสถียร

เมื่อใช้สายเคเบิลสื่อสารเพื่อระบายสีสายเคเบิลสื่อสาร หากชั้นโพลีโอเลฟินบนลวดทองแดงไม่เสถียร คาร์บอกซิเลตทองแดงสีเขียวจะก่อตัวขึ้นบนอินเทอร์เฟซพอลิเมอร์-ทองแดงปฏิกิริยาเหล่านี้ส่งเสริมการแพร่กระจายของทองแดงในโพลิเมอร์ เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยาของทองแดง

ดังนั้น เพื่อลดอัตราการย่อยสลายออกซิเดชันของโพลีโอเลฟินส์ จึงมักเติมสารต้านอนุมูลอิสระฟีนอลิกหรืออะโรมาติกเอมีน (AH) เพื่อยุติปฏิกิริยาข้างต้นและสร้างอนุมูลอิสระที่ไม่ใช้งาน A·: ROO·+AH-→ROOH+A·

• การย่อยสลายออกซิเดชัน

ผลิตภัณฑ์โพลิเมอร์ที่สัมผัสกับอากาศจะดูดซับออกซิเจนและผ่านกระบวนการออกซิเดชันเพื่อสร้างไฮโดรเปอร์ออกไซด์ สลายตัวต่อไปเพื่อสร้างศูนย์กลางที่ทำงานอยู่ ก่อตัวเป็นอนุมูลอิสระ จากนั้นจึงผ่านปฏิกิริยาลูกโซ่อนุมูลอิสระ (เช่น กระบวนการออกซิเดชันอัตโนมัติ)โพลิเมอร์สัมผัสกับออกซิเจนในอากาศระหว่างการแปรรูปและการใช้งาน และเมื่อได้รับความร้อน การย่อยสลายออกซิเดชันจะถูกเร่งขึ้น

ปฏิกิริยาออกซิเดชันเนื่องจากความร้อนของโพลิโอเลฟินส์เป็นของกลไกปฏิกิริยาลูกโซ่อนุมูลอิสระ ซึ่งมีพฤติกรรมการเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติและสามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: การเริ่มต้น การเจริญ และการสิ้นสุด

การตัดแบบลูกโซ่ที่เกิดจากกลุ่มไฮโดรเปอร์ออกไซด์นำไปสู่การลดลงของน้ำหนักโมเลกุล และผลิตภัณฑ์หลักของกรรไกรคือแอลกอฮอล์ แอลดีไฮด์ และคีโตน ซึ่งในที่สุดจะถูกออกซิไดซ์เป็นกรดคาร์บอกซิลิกกรดคาร์บอกซิลิกมีบทบาทสำคัญในการเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของโลหะการเสื่อมสภาพจากปฏิกิริยาออกซิเดชันเป็นสาเหตุหลักของการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลของผลิตภัณฑ์โพลีเมอร์การย่อยสลายออกซิเดชันจะแปรผันตามโครงสร้างโมเลกุลของพอลิเมอร์การปรากฏตัวของออกซิเจนยังสามารถเพิ่มความเสียหายของแสง ความร้อน การแผ่รังสี และแรงทางกลต่อโพลิเมอร์ ทำให้เกิดปฏิกิริยาการย่อยสลายที่ซับซ้อนมากขึ้นสารต้านอนุมูลอิสระถูกเติมลงในโพลิเมอร์เพื่อชะลอการย่อยสลายออกซิเดชัน

2) เมื่อพลาสติกผ่านกระบวนการและขึ้นรูป สารให้สีจะสลายตัว ซีดจาง และเปลี่ยนสีเนื่องจากไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้

เม็ดสีหรือสีย้อมที่ใช้ทำสีพลาสติกมีขีดจำกัดด้านอุณหภูมิเมื่ออุณหภูมิถึงขีดจำกัดนี้ เม็ดสีหรือสีย้อมจะผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพื่อผลิตสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่า และสูตรปฏิกิริยาของพวกมันค่อนข้างซับซ้อนเม็ดสีต่างกันมีปฏิกิริยาต่างกันและผลิตภัณฑ์สามารถทดสอบความทนทานต่ออุณหภูมิของเม็ดสีต่างๆ ได้ด้วยวิธีการวิเคราะห์ เช่น การลดน้ำหนัก

2. สารให้สีทำปฏิกิริยากับวัตถุดิบ

ปฏิกิริยาระหว่างสารให้สีและวัตถุดิบส่วนใหญ่แสดงให้เห็นในกระบวนการผลิตเม็ดสีหรือสีย้อมและวัตถุดิบบางชนิดปฏิกิริยาเคมีเหล่านี้จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของสีและการย่อยสลายของโพลิเมอร์ ซึ่งจะเป็นการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์พลาสติก

• ปฏิกิริยาการลด

โพลิเมอร์สูงบางชนิด เช่น ไนลอนและอะมิโนพลาสต์ เป็นสารรีดิวซ์กรดแก่ในสถานะหลอมเหลว ซึ่งสามารถลดและทำให้เม็ดสีหรือสีย้อมจางลงซึ่งมีความเสถียรที่อุณหภูมิการประมวลผล

• การแลกเปลี่ยนอัลคาไลน์

โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธในโพลิเมอร์อิมัลชัน PVC หรือพอลิโพรพิลีนที่มีความเสถียรบางชนิดสามารถ "แลกเปลี่ยนเบส" กับโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธในสารให้สีเพื่อเปลี่ยนสีจากสีน้ำเงิน-แดงเป็นสีส้ม

พีวีซีอิมัลชันโพลิเมอร์เป็นวิธีการที่ VC ถูกทำให้เป็นโพลีเมอร์โดยการกวนในสารละลายที่เป็นน้ำ (เช่น โซเดียมโดเดซิลซัลโฟเนต C12H25SO3Na)ปฏิกิริยาประกอบด้วย Na+;เพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อความร้อนและออกซิเจนของ PP, 1010, DLTDP ฯลฯ มักจะถูกเพิ่มเข้ามาออกซิเจน สารต้านอนุมูลอิสระ 1010 เป็นปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันที่เร่งปฏิกิริยาโดย 3,5-di-tert-butyl-4-hydroxypropionate methyl ester และโซเดียมเพนตะอีริทริทอล และ DLTDP ถูกเตรียมโดยการทำปฏิกิริยาสารละลายน้ำ Na2S กับ acrylonitrile Propionitrile จะถูกไฮโดรไลซ์เพื่อสร้างกรด thiodipropionic และสุดท้าย ได้จากการเอสเทอริฟิเคชันกับลอริลแอลกอฮอล์ปฏิกิริยายังมี Na+

ในระหว่างการขึ้นรูปและแปรรูปผลิตภัณฑ์พลาสติก Na+ ที่เหลืออยู่ในวัตถุดิบจะทำปฏิกิริยากับเม็ดสีทะเลสาบที่มีไอออนโลหะ เช่น CIPigment Red48:2 (BBC หรือ 2BP): XCa2++2Na+→XNa2+ +Ca2+

• ปฏิกิริยาระหว่างเม็ดสีกับไฮโดรเจนเฮไลด์ (HX)

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 170°C หรืออยู่ภายใต้การกระทำของแสง PVC จะกำจัด HCI เพื่อสร้างพันธะคู่แบบคอนจูเกต

โพลิโอเลฟินที่ทนการติดไฟที่มีฮาโลเจนหรือผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ทนการติดไฟที่มีสีจะถูกกำจัดไฮโดรฮาโลเจน HX เมื่อขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูง

1) ปฏิกิริยาอุลตร้ามารีนและ HX

เม็ดสีฟ้าอุลตร้ามารีนใช้กันอย่างแพร่หลายในการระบายสีพลาสติกหรือกำจัดแสงสีเหลือง เป็นสารประกอบกำมะถัน

2) ผงสีทองแดงทองแดงเร่งการสลายตัวออกซิเดชันของวัตถุดิบพีวีซี

เม็ดสีทองแดงสามารถออกซิไดซ์เป็น Cu+ และ Cu2+ ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะเร่งการสลายตัวของ PVC

3) การทำลายไอออนของโลหะบนโพลิเมอร์

เม็ดสีบางชนิดมีผลทำลายโพลิเมอร์ตัวอย่างเช่น สารสีแมงกานีสเลค CIPigmentRed48:4 ไม่เหมาะสำหรับการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์พลาสติก PPเหตุผลก็คือไอออนแมงกานีสโลหะราคาผันแปรเร่งปฏิกิริยาไฮโดรเปอร์ออกไซด์ผ่านการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยความร้อนหรือโฟโตออกซิเดชันของ PPการสลายตัวของ PP นำไปสู่การแก่เร็วขึ้นของ PP;พันธะเอสเทอร์ในโพลีคาร์บอเนตนั้นง่ายต่อการถูกไฮโดรไลซ์และสลายตัวเมื่อได้รับความร้อน และเมื่อมีไอออนของโลหะในเม็ดสีแล้ว ก็จะส่งเสริมการสลายตัวได้ง่ายขึ้นไอออนของโลหะจะส่งเสริมการสลายตัวด้วยความร้อนด้วยออกซิเจนของ PVC และวัตถุดิบอื่นๆ และทำให้เกิดการเปลี่ยนสี

กล่าวโดยสรุป เมื่อผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติก เป็นวิธีที่เป็นไปได้และมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการหลีกเลี่ยงการใช้ผงสีที่ทำปฏิกิริยากับวัตถุดิบ

3. ปฏิกิริยาระหว่างสารให้สีและสารเติมแต่ง

1) ปฏิกิริยาระหว่างสารสีที่มีกำมะถันและสารเติมแต่ง

สารสีที่มีกำมะถัน เช่น สีเหลืองแคดเมียม (สารละลายของแข็งของ CdS และ CdSe) ไม่เหมาะสำหรับ PVC เนื่องจากมีความทนทานต่อกรดต่ำ และไม่ควรใช้กับสารเติมแต่งที่มีสารตะกั่ว

2) ปฏิกิริยาของสารประกอบที่มีตะกั่วกับสารเพิ่มความคงตัวที่มีกำมะถัน

สารตะกั่วในรงควัตถุสีเหลืองโครเมียมหรือสีแดงโมลิบดีนัมจะทำปฏิกิริยากับสารต้านอนุมูลอิสระ เช่น thiodistearate DSTDP

3) ปฏิกิริยาระหว่างเม็ดสีกับสารต้านอนุมูลอิสระ

สำหรับวัตถุดิบที่มีสารต้านอนุมูลอิสระ เช่น PP เม็ดสีบางส่วนจะทำปฏิกิริยากับสารต้านอนุมูลอิสระ ทำให้การทำงานของสารต้านอนุมูลอิสระอ่อนแอลง และทำให้ความคงตัวของออกซิเจนทางความร้อนของวัตถุดิบแย่ลงตัวอย่างเช่น สารต้านอนุมูลอิสระฟีนอลจะถูกดูดซับได้ง่ายโดยคาร์บอนแบล็ค หรือทำปฏิกิริยากับพวกมันเพื่อสูญเสียฤทธิ์ของมันสารต้านอนุมูลอิสระฟีนอลและไททาเนียมไอออนในผลิตภัณฑ์พลาสติกสีขาวหรือสีอ่อนก่อให้เกิดฟีนอลอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนคอมเพล็กซ์เพื่อทำให้เกิดสีเหลืองของผลิตภัณฑ์เลือกสารต้านอนุมูลอิสระที่เหมาะสมหรือเติมสารเสริม เช่น เกลือต่อต้านกรดสังกะสี (สังกะสีสเตียเรต) หรือฟอสไฟต์ชนิด P2 เพื่อป้องกันการเปลี่ยนสีของเม็ดสีขาว (TiO2)

4) ปฏิกิริยาระหว่างเม็ดสีกับสารกันโคลงแสง

ผลของสารสีและสารทำให้คงตัวของแสง ยกเว้นปฏิกิริยาของสารสีที่มีกำมะถันและสารทำให้คงตัวของแสงที่มีนิกเกิลตามที่อธิบายไว้ข้างต้น โดยทั่วไปจะลดประสิทธิภาพของสารทำให้คงตัวของแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลกระทบของสารทำให้คงตัวของแสงที่มีเอมีนและสารสีเหลืองและสีแดงของเอโซผลของการลดลงอย่างคงที่นั้นชัดเจนกว่า และไม่คงที่เท่าการไม่ลงสีไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจนสำหรับปรากฏการณ์นี้

4. ปฏิกิริยาระหว่างสารเติมแต่ง

หากใช้สารเติมแต่งหลายชนิดอย่างไม่เหมาะสม อาจเกิดปฏิกิริยาที่ไม่คาดคิดและผลิตภัณฑ์จะเปลี่ยนสีตัวอย่างเช่น สารหน่วงการติดไฟ Sb2O3 ทำปฏิกิริยากับสารต่อต้านอนุมูลอิสระที่มีกำมะถันเพื่อสร้าง Sb2S3: Sb2O3+–S–→Sb2S3+–O–

ดังนั้นจึงต้องระมัดระวังในการเลือกสารเติมแต่งเมื่อพิจารณาสูตรการผลิต

5. สาเหตุการเกิดออกซิเดชันอัตโนมัติเสริม

ปฏิกิริยาออกซิเดชันโดยอัตโนมัติของสารเพิ่มความคงตัวฟีนอลเป็นปัจจัยสำคัญในการส่งเสริมการเปลี่ยนสีของผลิตภัณฑ์สีขาวหรือสีอ่อนการเปลี่ยนสีนี้มักเรียกว่า "สีชมพู" ในต่างประเทศ

ควบคู่กับผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นเช่นสารต้านอนุมูลอิสระ BHT (2-6-di-tert-butyl-4-methylphenol) และมีรูปร่างเหมือนผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาสีแดงอ่อน 3,3′,5,5′-stilbene quinone , การเปลี่ยนสีนี้เกิดขึ้น เฉพาะในที่ที่มีออกซิเจนและน้ำและในที่ที่ไม่มีแสงเมื่อสัมผัสกับแสงอุลตร้าไวโอเลต stilbene quinone สีแดงอ่อนจะสลายตัวอย่างรวดเร็วเป็นผลิตภัณฑ์วงแหวนเดี่ยวสีเหลือง

6. การทำให้เป็นอัตโนมัติของเม็ดสีสีภายใต้การกระทำของแสงและความร้อน

รงควัตถุสีบางชนิดผ่านการปรับโครงสร้างโมเลกุลแบบโทโทเมอไรเซชั่นภายใต้การกระทำของแสงและความร้อน เช่น การใช้เม็ดสี CIPig.R2 (BBC) เพื่อเปลี่ยนจากชนิดเอโซเป็นชนิดควิโนน ซึ่งเปลี่ยนเอฟเฟกต์การผันดั้งเดิมและทำให้เกิดการก่อตัวของพันธะคอนจูเกต .ลดลง ส่งผลให้สีเปลี่ยนจากสีน้ำเงินเข้ม-แดงเรืองแสงเป็นแดงอมส้มอ่อนๆ

ในเวลาเดียวกันภายใต้การเร่งปฏิกิริยาของแสง มันจะสลายตัวด้วยน้ำ เปลี่ยนผลึกร่วมของน้ำและทำให้สีซีดจาง

7. เกิดจากมลพิษทางอากาศ

เมื่อผลิตภัณฑ์พลาสติกถูกจัดเก็บหรือใช้งาน วัสดุที่ทำปฏิกิริยาบางอย่าง ไม่ว่าจะเป็นวัตถุดิบ สารเติมแต่ง หรือสารแต่งสี จะทำปฏิกิริยากับความชื้นในบรรยากาศหรือมลพิษทางเคมี เช่น กรดและด่าง ภายใต้การกระทำของแสงและความร้อนปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนต่างๆ เกิดขึ้น ซึ่งจะนำไปสู่การซีดจางหรือการเปลี่ยนสีเมื่อเวลาผ่านไป

สถานการณ์นี้สามารถหลีกเลี่ยงหรือบรรเทาได้โดยการเติมสารทำให้คงตัวออกซิเจนความร้อนที่เหมาะสม สารเพิ่มความคงตัวของแสง หรือเลือกสารเติมแต่งและสารสีที่ทนทานต่อสภาพอากาศคุณภาพสูง