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抗氧劑

抗氧劑是一類化學物質,當其在聚合物體系中僅少量存在時,就可延緩或抑制聚合物氧化過程的進行,從而阻止聚合物的老化并延長其使用壽命,又被稱為“防老劑”。

能延緩或阻止氧化或自氧化過程的物質稱為抗氧劑,美國食品藥物管理局(FDA)的定義所謂抗氧劑是指“作為延滯因氧化所引起的劣變、酸敗、或變色的物質”。油脂和油脂食品防止酸敗,石油產品如汽油、潤滑油等防止粘度改變和沉淀生成,聚合物如塑料、橡膠和合成纖維等防止老化都必須加入抗氧劑。

抗氧劑能夠減緩高分子材料自動氧化反應速度,抗氧劑除了在塑料、橡膠中應用外,也廣泛用于石油產品、油脂及食品工業中,以防止燃料油、潤滑油酸度和粘度上升及油脂、肉類和飼料的酸敗。

有機化合物的熱氧化過程是一系列的自由基鏈式反應。在熱、光或氧的作用下,有機分子首先在最薄弱的化學鍵上發生斷裂,生成活潑的自由基R·和氫過氧化物。氫過氧化物ROOH發生分解反應,也生成烴氧自由基RO·和羥基自由基HO·。這些自由基可以引發一系列的自由基鏈式反應,最后導致有機化合物的結構和性質發生根本變化。抗氧劑的作用是消除剛剛產生的自由基,或者促使氫過氧化物的分解,阻止鏈式反應的進行。能消除自由基的抗氧劑有芳香胺和受阻酚等化合物及其衍生物,稱為主抗氧劑;能分解氫過氧化物的抗氧劑有含磷和含硫的有機化合物,稱為輔助抗氧劑。

抗氧劑分類

芳香胺類抗氧劑

芳香胺類抗氧劑,又稱為橡膠防老劑,是生產數量最多的一類,主要用在橡膠制品中,這類抗氧劑價格低廉,抗氧效果顯著,但由于使制品變色,限制了它們在淺色和白色制品方面的應用。重要的芳香胺類抗氧劑有:二苯胺、對苯二胺和二氫喹啉等化合物及其衍生物或聚合物。代表性的產品有 N-異丙基-N′-苯基對苯二胺(見結構式a)。產品為灰色至紫色結晶,熔點為 70℃以上,可用在天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠和異戊橡膠等制品中。

 

受阻酚類抗氧劑

受阻酚類抗氧劑是一些具有空間阻礙的酚類化合物,它們的抗熱氧化效果顯著,不會污染制品,發展很快。這類抗氧劑的品種很多,重要的產品有:2,6-三級丁基-4-甲基苯酚(b),雙(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)硫醚(c)和四[β-(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(d)等。四[β-(3,5-三級丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯是聚烯烴的優良抗氧劑。受阻酚類抗氧劑主要用在塑料、合成纖維、乳膠、石油制品、食品、藥物和化妝品中。

 

輔助抗氧劑

硫代二丙酸雙酯是一類輔助抗氧劑,常與受阻酚類抗氧劑并用,效果顯著。主要的產品有:雙十二碳醇酯、雙十四碳醇酯和雙十八碳醇酯。亞磷酸酯也是輔助抗氧劑,主要的產品有:三辛酯、三癸酯、三(十二碳醇)酯和三(十六碳醇)酯等,和主抗氧劑配合使用,效果也很好。

作用機理

1、使用斷鏈式抗氧劑的聚合物的穩定性。

對抗氧劑干預鏈反應活性種反映機理,即段鏈式施主機理(CB-D)和段鏈式受體機理(CB-A)

CB-D機理的典型是過氧化只有基團與抑制劑如酚類,其次是芳香胺類之間的反應。從抑制劑AH中生出來的只有基可以按反應式(1-43)那樣消滅一個過氧化物基團PO2。

2、使用預抗氧劑的高聚合物的穩定性

    預防性或助抗氧劑可分解氫過氧化物,而不形成自由基中間產物,因此,它們可防止由氫過氧化物分解為自由基是所導致的鏈的支化。

3、抗氧劑之間的協同作用

    一個十分有名的例子就是雙肉桂酰基硫代雙丙酸脂(DLTDP)或是雙硬脂酰基硫代雙丙酸脂(DSTDP)與有空間位阻的酚類,在某些高聚物熱穩定性方面的應用。另一個有關協同作用的很重要的例子,是在提高聚烯類的熔體穩定性時,見有空間位阻的酚類與亞磷酸脂復合作用。

主要產品

1、抗氧劑1010。白色流動性粉末,熔點120~125℃,毒性較低,是一種較好的抗氧劑。他在聚丙烯樹脂中應用較多,是一種熱穩定性高、非常適合于高溫條件下使用的助劑,能延長制品的使用壽命,另外,也可以用于其它大多數樹脂。一般加入量不大于0.5%
  2、抗氧劑1076。白色或微黃結晶粉末,熔點為50~55℃,無毒,不溶于水,可溶于苯、丙酮、乙烷和酯類等溶劑。可作為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、ABS和丙烯酸等樹脂的抗氧劑。具有抗氧性好、揮發性小、耐洗滌等特性。一般用量不大于 
0.5%;可用作食品包裝材料成型用助劑。
  3、抗氧劑CA。白色結晶粉末,熔點180~188℃,毒性低,溶于丙酮、乙醇、甲苯和醋酸乙酯。適合于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS和聚酰胺樹脂中的抗氧助劑,并可用于與同接觸的電線、電纜。一般用量不超過0.5%
  4、抗氧劑164。白色或淺黃色結晶粉末或片狀物。熔點在70℃,沸點在260℃左右、無毒。用于多種樹脂中,用途廣泛。更適合用于食品包裝成型用料(聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS、聚酯和聚苯乙烯)樹脂中,一般用量為0.01%~0.5%
  5、抗氧劑DNP。淺灰色粉末,熔點230℃左右,易溶于苯胺和硝基苯中,不溶于水。適合于聚乙烯、聚丙烯。抗沖擊聚苯乙烯和ABS樹脂,除具有抗氧效能外,還有較好的熱穩定作用和抑制銅、檬金屬的影響。一般用量應不超過2%
  6、抗氧劑DLTP。白色結晶粉末,熔點在40℃左右,毒性低,不溶于水,能溶于苯、四氯化碳、丙酮。用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和聚氯乙烯樹脂的輔助抗氧劑,可改變制品的耐熱性和抗氧性。一般用量為0.05%~1.5%
  7、抗氧劑TNP。淺黃色粘稠液體,凝固點低于-5℃沸點大于105℃,無味,無毒,不溶于水,溶于丙酮、乙醇,。苯和四氯化碳。適合于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、抗沖擊聚苯乙烯和ABS、聚酯等樹脂,高溫中抗氧化性能高,使用量不超過1.5%。
  8、抗氧劑TPP。淺黃色透明液體,凝固點19~24℃,沸點220℃,溶于醇、苯、丙酮。適合于聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS樹脂的輔助抗氧劑,使用量應不超過3%。
  9、抗氧劑MB。淡黃色粉末,熔點大于285℃,溶于乙醇、丙酮、醋酸乙酯,不溶于水和苯,適合于聚乙烯、聚酰胺和聚丙烯樹脂的抗氧劑;本品不污染,不著色,可用于白色或艷色制品。用量不超過0.5%。
  10、抗氧劑264。外觀為白色結晶體。熔點69-71℃;相對密度1.048(20/4℃);折光率 
1.4859(75℃)。常溫下在下列溶劑中的溶解度;甲醇25%;乙醇26%;異丙醇30%;丙酮40%;石油醚50%;苯40%;不溶于水、甘油、丙二醇。無臭、無味,具有良好的熱穩定性。作通用型酚類抗氧劑。廣泛用于高分子材料、石油制品和食品加工工業中。

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