一、 如何学习抗氧剂知识
学习抗氧剂知识是正确理解和使用抗氧剂的基础。近几年来,我给多家公司开设了抗氧剂课程,收到很好的实际效果,学员们能够根据聚合物的氧化机理和抗氧剂的抗氧机理去寻求可行的抗氧解决方案。我们金基争锋公司也将承接针对企业的抗氧剂讲课业务。
学习抗氧剂的学员,最好具有高分子化学知识,能熟练理解自由基的引发、链增长、链支化和链终止等具体历程。所谓氧化,就是氧分子不断与聚合物反应的一个过程。按照高分子聚合的术语,就是氧原子使聚合物链不断增长。但是,增长不一定变长,因为这只是一个动力学增长,更长的氧原子相连并不稳定。氧化的结果是引进羰基,导致变黄。象聚丙烯会发生β-断链,聚合物分子量降低,力学性能下降。同时,PP氧化过程中还生成有醛、酸、醇、酯等物种。
聚合物的抗氧化机理主要有两类。第一是终止自由基,就是采用双基终止或者歧化终止的方式使自由基变成非自由基物种,如使用受阻酚抗氧剂、芳香胺类抗氧剂或者受阻胺抗氧剂。第二是,过氧化物虽不是自由基但是很容易分解为自由基,所以分解过氧化物是第二个方法,这类抗氧剂主要有亚磷酸酯类和含硫有机物。不管是哪类抗氧剂,其本质都是还原剂,对聚合物起还原作用。如受阻酚、受阻胺、芳香胺都能提供氢原子,是氢原子提供者(donner),本身去氢,是还原剂。在抗氧化中,亚磷酸酯由+3价变成+5价,化合价升高,被氧化,也是还原剂。含硫有机物中,硫为+2价,最后被氧化成+4(SO2)和+6价(SO3)。尼龙热稳定剂CuI2,由+1价升高到+2价,也是还原剂。
此外,我们还要了解抗氧剂的其它一些性质。含有共轭结构的抗氧剂具有更好的耐辐射性。抗氧剂-300常用于耐辐射电线电缆,如辐照交联PE或者核电站用电线电缆,还用于辐照消毒的塑料容器。抗氧剂-300之所以具有这样的效果,是因为它是一个硫原子两边分别连着一个受阻酚单元,这样具有孤电子的硫原子就与两边的苯环形成共轭结构,整个分子就是一个超共轭结构,非常稳定,能经受外部能量的扰动。
抗氧剂的耐析出性是最重要的性质之一。看分子量和熔点只是一个最粗略的标准,有时是不准的。抗氧剂的极性也极大地影响其析出性能。我们需要注意抗氧剂的尾巴和核。在聚烯烃中,非极性的尾巴和核是有利于其耐析出稳定性的。
当然,我们还要多了解抗氧剂的市场动态,关注和试验新的抗氧剂品种。最近,我与绍兴瑞康生物技术有限公司合作开发了耐长期热老化的多种含硫有机物抗氧剂,克服了DSTDP、DLTDP等含硫抗氧剂的气味大的缺点,没有任何气味,具有比412S更好的热稳定性和长期抗氧性,而且成本低于412S。随后,我与上虞佳华化工公司合作开发了基于上述含硫抗氧剂复配的抗氧剂母粒体系。经试验验证,佳华的这种产品在PP+20%滑石粉体系中,可以耐150℃下1500小时的长期热老化试验,几乎没有变色,没有分化和脆裂,是做汽车料公司的福音。
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图1 抗氧剂1076具有非极性长尾巴,在聚烯烃中比1010耐析出。
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图2 抗氧剂330(右边)比1010(左边)在PP中更耐析出
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图3 抗氧剂300具有耐辐射性