黄变泛指材料上出现黄色或棕黄色的斑纹,黄变是产品外观质量的重要参数,能直接影响消费者的感官体验,一旦发生黄变,就会给人一种陈旧廉价感,直接影响消费者对品牌的认可度。
黄变的原理
大多数的黄变的发生是由于材料内部的化学结构发生变化产生的发色基团,能产生颜色的化学结构非常多,通常有以下几种:
1.共轭π键
共轭π键是最简单的发色基团,当碳碳单键(C-C)和双键(C=C)在结构中交替出现既形成了共轭π键,随着这种共轭π键的增加其最大吸收波长发生红移产生颜色,双键数量超过8后颜色会由黄色-橙色-红色加深。
2.硝基和亚硝基
硝基(-NO2)或亚硝基(-NO)也是重要发色基团,大多数显黄色,但是要在高分子链上接上硝基,需要非常极端的条件,因此大底的黄变一般不会是高分子链上接入硝基所致,更可能是酚抗氧化剂被氧化所致。
3.醌基
醌基,是苯环的氢被氧取代形成,使得最大吸收波长发生红移产生颜色,若邻位取代基的则显示更深的红色或棕色。
醌类化合物的发色机理,使其成为诸多深色系(红、棕、黄)染料或指示剂的母体。
若化学结构中有苯环并且连接易被氧化的活性基团(称为前醌结构),在氧化性条件下很容易被氧化生成醌类结构发生色变。
鞋用大底
鞋用的大底基本以TPU、SBS、EVA和橡胶 为主,这些高分子材料的黄变大多不会脱离以上三种原因。
1.TPU
PU是聚氨基甲酸酯(即聚氨酯)的简称,他是由二异氰酸酯和多元醇反应生成的聚合物,形成线型多嵌段型结构的弹性体称为热塑性聚氨酯(TPU)。
TPU具有非常优良的回弹性,在运动鞋中得到广泛使用,Adidas著名的Boost鞋底就属于TPU的一种。
PU(聚氨酯)可根据其异氰酸酯的结构分为芳香族、脂肪族和脂环族聚氨酯。
芳香族(苯环)的聚氨酯色稳定性较差,因为其结构上的前醌结构在紫外线照射下产生醌亚胺变色基团产生黄变。
脂肪族和脂环族聚氨酯没有前醌结构,上述化学反应式不可能发生,因此有较强的色稳定性。
2.EVA
EVA是乙烯-醋酸乙烯共聚物的简写,由于化学结构中没有吸收紫外线的不饱和键,因此不易发生黄变。
EVA包括二次发泡的Phylon在自然条件下出现色变的概率不大,耐黄变试验大多可以在4-5级或以上,在穿着的生命周期内也较少发生黄变。
但是EVA底由于止滑和耐磨性能不足,外底需要贴合橡胶,粘合过程处理不当也会带来黄变污染。
3.SBS大底
SBS大底是苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的简称(俗称TPR),S代表Styrene,B代表Butadiene,SBS结构中含有不饱和双键。
有研究指出,SBS聚丁二烯段由于结构上含有不饱和键,在光氧作用下的降解,会使外观上呈现变硬、变脆,而苯乙烯段由于含有苯环结构,则容易生成醌式结构。(SBS大底的黄变机理可以使用光氧化理论解释。)
自由基在高分子链之间不断进行生成、扩散、终止的过程,导致高分子链降解或交联,在材料内部形成大量带显色基团(共轭π键)的降解或交联产物,显现出老化特有的黄色外观。
由于时代的进步,研发人员将聚丁二烯段的不饱和键氢化形成饱和结构的苯乙烯-乙烯-丁烯嵌段共聚物SEBS,这种结构的弹性体要比SBS具有更强的抗氧化性。
4.橡胶大底
鞋用的橡胶大底比较常见的是丁苯、顺丁和异戊橡胶,这些橡胶都有一个共同的特征,结构中带不饱和C=C双键。
结构中大量的不饱和C=C双键决定了橡胶材料也会像SBS一样,在紫外线照射下引发自由基氧化,并且形成大量显色基团的降解或交联产物。
怎么抗黄变
结构上的双键和苯环对紫外线吸收是引发聚合物老化的主要原因,但是单纯使用紫外线吸收剂不足以有效降低黄变程度或延缓黄变时间,多种抗氧化剂的配合使用才能获得更佳的效果。
聚合物抗氧化体系:
①添加紫外线吸收剂减少发色基团对紫外线的吸收,降低聚合物的能量;
②添加淬灭剂钝化发色基团X*的激发态;
③添加受阻胺光稳定剂(HALS)、受阻酚(BHT)捕获烷基R•或过氧化自由基ROO•;
④添加亚磷酸酯类(TNPP)辅助抗氧化剂将氢过氧化物ROOH在光解前转化成稳定的化合物。
注意!!!
所以如果鞋底在短时间发黄的主要原因就是抗氧化体系没有配合好。在抗氧化体系中,紫外线吸收剂起到举足轻重的作用,但不是所有的紫外线吸收剂都能起到良好的抗氧化作用,需要根据材料的特性比如结构中的强紫外吸收带,高温加工工艺和相容性等方面考虑,还需要注意某些紫外线吸收剂被欧盟识别为持久性、生物蓄积性和毒性(PBT/vPvB),
比如UV-320、327、328、350,已被列入高度关注物质(SVHC)清单,应尽量避免使用。保养小常识
聚合物的高分子结构发生变化后,导致黄变后的大底是不可复原的,网上经常能看到各种醋、啤酒、纯碱等暗黑科技,来处理黄变位置。
这种处理方式基本都是徒劳,甚至破坏鞋底。
最有效的处理方式仍然是:避免将鞋在日光下暴晒(避开强紫外线)。
万不得已要水洗的,可包覆纸巾后晾晒,也是一个避开紫外线的办法.
供稿:中纺联检(泉州)张盛源
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