酚类抗氧剂在聚合物中的应用及研究进展
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受阻酚类抗氧剂作用及发展方向受阻酚类抗氧剂多用于塑料制品,与亚磷酸酯、硫醚等辅助抗氧剂显示协间效果。
有代表性的品种有2,8一二叔丁基-4一甲基苯酚、抗氧剂lU1U、抗氧剂lU6等。
下面随小编去了解下受阻酚类抗氧剂吧!一、受阻酚类抗氧剂作用抗氧剂之间复配使用常发生2种效应:协同效应和反协同效应。
合并使用2种或2种以上的抗氧剂,若比单独使用一种的效果好,称为协同效应;若比单独使用一种的效果差,称为反协同效应。
协同作用包括分子间的协同和分子内的协同作用,其中分子间的协同又分为以下2种:(1)均协同作用(ho—mo-synergism),是指抗氧化机理相同的抗氧剂之间的协同作用;(2)非均协同作用(heter-synergism),是指抗氧化机理不同的抗氧剂之间的协同作用。
分子内的协同又称为自协同作用(auto—synergism),它是指一种抗氧剂含有多个官能团,彼此间有协同作用。
二、受阻酚类抗氧剂发展方向1高相对分子质量化聚合物材料通常在高温条件下加工与应用,因此要求抗氧剂必须具有良好的热稳定性。
由于高分子化合物具有挥发性低、耐抽提,尤其是耐较高温等优点,所以用增加抗氧剂的相对分子质量来提高其热稳定性的方法是最近抗氧剂研究的一个新趋势。
但并不是相对分子质量越大越好,因为氧化主要发生在制品表面,当表面抗氧剂消耗尽时,制品内部的抗氧剂能否及时迁移到表面成为其发挥效能的关键,所以抗氧剂相对分子质量通常在1500以下。
高相对分子质量的抗氧剂1010比低相对分子质量的抗氧剂1076耐水解能力、耐迁移性、耐抽提性均有明显改善。
Sasaki等合成的抗氧剂GA一80便是结构较复杂、相对分子质量较高的抗氧剂,具有抗氧效果好、耐水解性强、挥发性低等优点。
2反应型抗氧剂抗氧剂除了发挥稳定化作用而消耗外,还会在光、热等作用下变质或与化学物质反应,在制品使用过程中发生分子迁移和被溶剂萃取出而损耗,从而降低了抗氧剂的效率。
为此,人们希望能开发一类永久性稳定剂,即反应型抗氧剂,它能与单体一起聚合,将受阻酚基团接枝到聚合物链上,成为聚合物的一部分,合成聚合型抗氧剂,从而解决抗氧剂挥发、抽出、迁移等缺陷。
课程论文题目:受阻酚类抗氧剂及其发展课程名称高分子材料助剂专业精细化学品生产技术班级精细1123姓名赵龙学号1101220343指导教师胡虹日期 2013年6月3日受阻酚类抗氧剂及其发展赵龙(南京化工职业技术学院,化学工程系,精细1123)【摘要】:过去几十年聚合物材料得到了迅猛地发展。
由于其质量轻、强度高,易于熔融加工, 已逐渐代替传统材料如木材、金属广泛应用于生产、生活的各个领域。
但遗憾的是, 大多数聚合物材料在光照或极度高温下加工、使用时会发生降解, 从而影响聚合物的加工稳定性和长期热稳定性, 进而使其物理性能和外观受损。
为了防止聚合物材料的氧化降解,最有效的方法是向聚合物材料中添加抗氧剂。
受阻酚类抗氧剂作为主抗氧剂是防止聚合物氧化降解最重要的一类商用抗氧剂。
【关键词】:抗氧剂受阻酚类抗氧剂作用机理发展趋势高分子聚合物及其制品在使用贮存过程中,因受热、光照、臭氧氧化、或金属离子的催化作用,其表面逐渐发生变化,例如变色、发粘、变硬发脆、裂纹等;同时机械性能降低,伸长率等大幅度下降,透气率增大,以致失去使用价值,这种现象称为老化或热氧老化。
为了抑制或延缓上述变化的进程,延长它们的使用寿命,提高其使用价值,人们在高分子聚合物的制备过程中加入一些能延缓其老化的化合物,这类化合物就是抗氧剂。
近几十年的发展,抗氧剂的品种从简单到复杂,从低效率到高效率,经过科学的指导和时代的筛选,目前市场上的抗氧剂产品中,受阻酚类和芳胺类使用最广泛,其中受阻酚类以其毒性低、色泽污染性小、相容性强等优点,有取代芳胺的趋势。
本文主要就受阻类抗氧剂的概况、作用机理、发展趋势等做介绍。
1.受阻酚类抗氧剂的概况受阻酚类抗氧剂包括烷基单酚、烷基多酚、硫代双酚等,其作用是阻止塑料中产生的氧化自由基继续与塑料大分子反应。
受阻酚类抗氧剂具有不变色,无污染的特点,因而大量用于塑料工业。
其中,双酚A类品种因分子量较低,挥发性和迁移性较大,易使塑料制品着色,所以近年来在塑料中的消费大幅度降低。
受阻酚类抗氧剂在高分子领域的研究进展白琪俊;刘先龙;李阳;伍玉娇【摘要】The categories,antioxidant mechanism and factors influencing antioxidant efficiency of hindered phenolic antioxidants were summarized and the development tendency of hindered phenolic antioxidants was prospected in this paper. Currently,the hindered phenolic antioxidants developed towards high stability,high antioxidant efficiency and environment-friendliness. The research will be focused on increasing the relative molecular mass of phenolic antioxidants,synthesizing reaction type phenolic antioxidant and grafting monophenolic antioxidant on the superfine powder. The research emphasis in polyphenols antioxidant will be concentrated on changing the structure of the antioxidant,simplifying the synthesis process,reducing the cost and enhancing the compatibility with basic resin and antioxidant efficiency.%综述了受阻酚类抗氧剂的种类及其抗氧化作用机理、抗氧化效率的影响因素,并展望了受阻酚类抗氧剂的发展趋势.目前,受阻酚类抗氧剂主要向高稳定性、高抗氧化效率及环境友好的目标发展.提高硫代受阻酚类抗氧剂的相对分子质量及合成反应型硫代受阻酚类抗氧剂将成为研究重点.单酚类抗氧剂与超细粉体接枝将成为重点研究方向.改变抗氧剂骨架结构,简化合成工艺,降低成本,提高与基体的相容性及抗氧化效率将成为多酚类抗氧剂的研究重点.【期刊名称】《合成树脂及塑料》【年(卷),期】2015(032)005【总页数】5页(P72-76)【关键词】高分子;抗氧剂;受阻酚;老化;相对分子质量【作者】白琪俊;刘先龙;李阳;伍玉娇【作者单位】贵州大学材料与冶金学院,贵州省贵阳市 550003;贵州大学材料与冶金学院,贵州省贵阳市 550003;贵州理工学院材料与冶金学院,贵州省贵阳市,550007;贵州理工学院材料与冶金学院,贵州省贵阳市,550007【正文语种】中文【中图分类】TQ050.4+25;TQ314.249聚合物碳骨架在加工或使用过程中易受氧攻击而氧化降解,导致聚合物老化,力学性能下降,最终失去应用价值[1]。
2020年第6期广东化工第47卷总第416期·113·聚合型受阻酚抗氧剂的应用现状庞海舰,张任熙,黄永东,陈彩玲(广东仁康达材料科技有限公司,广东茂名525000)Application Progress of Polymeric Hindered Phenolic AntioxidantsPang Haijian,Zhang Renxi,Huang Yongdong,Chen Cailing(Guangdong Rokoda Material Technology Co.,Ltd.,Maoming 525000,China)Abstract:The polymeric hindered phenol antioxidants were synthesized from diycyclopentadiene,paracresol and isobutylene.Several typical process synthesis routes from home and abroad were introduced.With its application field and present situationwere expounded.The future application direction of the polymeric hindered phenol antioxidants were explained.Keywords:convergent hindered phenol antioxidant ;dicyclopentadiene ;palacresol ;isobutylene1前言抗氧剂CPD-650(对甲酚和双环戊二烯丁基化产物)是一种高活性、低挥发性、多用途、无污染的聚合型受阻酚抗氧剂。
其分子结构式为:适用于ABS 合成工艺、天然橡胶、合成橡胶及乳胶等透明、白色或浅色制品。
专论与综述 收稿日期:2008-08-25聚烯烃中受阻酚类抗氧剂的应用刘庆民,张会平(大庆石化公司塑料厂,黑龙江大庆,163318)摘要:综述了受阻酚类抗氧剂的作用机理,并对在聚烯烃中与其它辅抗氧剂的复配进行了简要的介绍。
关键词:受阻酚;抗氧剂;机理;聚烯烃中图分类号:T Q32511Appli ca ti on of H i n ded Phenoli c An ti ox i dan ts i n Polyolef i n eL IU Q ing 2m in,ZHANG Hui 2p ing(Daqing Petrificati on Plastic Fact ory,Daqing 163318,Heil ongjiang,China ) Abstract:The article su mmarized the acti on mechanis m of hinded phenolic anti oxidants,and the compoundingof phenolic anti oxidant with assistant anti oxidants in poly olefine were als o revie wed . Key words:hinded phenol;anti oxidant;mechanis m;polyolefine 聚烯烃中在加工、储存或使用过程中由于各种原因很容易发生氧化,尤其在受热、光照或有重金属离子存在时自动氧化更会加速进行,引起分子链的降解和交联,使材料的外观、物性、机械性能等发生改变,影响其使用价值。
因此为了防止材料的劣化,通常须在材料中添加抗氧剂和其他多种助剂。
其中受阻酚类抗氧剂具有抗氧效果好、热稳定性高、对塑料无污染、不着色、与塑料相容性好等特点,作为多种助剂的主体一直被众人关注。
1 聚烯烃的热氧老化及抗氧剂的作用机理 无论有机材料是否暴露在大气中,都会与氧分子反应,这类反应是自动进行的,称之为“自动氧化”。
酚类抗氧剂的结构特征与发展方向王立娟王鉴王焱鹏谢文杰(大庆石油学院化学化工学院,大庆,163318)李桂杰(大庆输油分公司,大庆,163318)摘 要 简要介绍了受阻酚类抗氧剂的抗氧化机理、结构特点与抗氧化能力之间的关系,以及该类抗氧剂最近的发展方向。
关键词:受阻酚抗氧剂抗氧化机理发展方向 过去几十年聚合物材料得到了迅猛地发展。
由于其质量轻、强度高,易于熔融加工,已逐渐代替传统材料如木材、金属广泛应用于生产、生活的各个领域[1]。
但遗憾的是,大多数聚合物材料在光照或极度高温下加工、使用时会发生降解,从而影响聚合物的加工稳定性和长期热稳定性,进而使其物理性能和外观受损[2]。
为了防止聚合物材料的氧化降解,最有效的方法是向聚合物材料中添加抗氧剂。
受阻酚类抗氧剂作为主抗氧剂是防止聚合物氧化降解最重要的一类商用抗氧剂。
1 受阻酚类抗氧剂作用机理经过多年的研究发现,聚合物的自动氧化过程是一系列自由基反应过程。
聚合物材料在高温加工或使用中,不可避免地会从生产加工中带入催化剂的残渣和官能团,诱发导致高活性自由基产生,在氧气环境下,迅速氧化成高活性的过氧自由基(ROO ·)。
ROO·和R-H反应又生成新的碳链自由基(R·),这样将构成一个循环,使得新的自由基不断产生。
氢过氧化物对热和光是敏感的,会发生氧化降解,生成的RO·和HO·继续参加自由基链反应,加速了降解反应。
受阻酚类抗氧剂是一类在苯环上-O H一侧或两侧有取代基的化合物。
由于-O H受到空间障碍,H原子容易从分子上脱落下来,与过氧自由基(ROO·)、烷氧自由基(RO·)、羟自由基(·O H)等结合使之失去活性,从而使热氧老化的链反应终止,这种机理即为链终止供体机理[3]。
由聚合物的老化过程我们可以看出,如果可以有效地捕获烷基自由基,就可以终止该氧化过程。
因此需要防止过氧自由基的生成,但生成过氧自由基的反应速度极快,所以在有氧气存在的条件下,自由基捕获剂就会失效。
综述受阻酚类抗氧剂在几种使用情况下的协同作用机理聚合物稳定化助剂种类繁多,功能各异。
但大量研究结果表明,不同类型,甚至同一类型、不同品种的抗氧剂之间都有可能存在协同或对抗作用。
汽巴精化(Ciba—Geigy)公司开发的Irganox B系列复合型抗氧剂的研究表明,抗氧剂之间复配得当,不仅可以提高产品性能,增强抗氧效果,还可降低成本;但如果搭配不当,不但起不到抗氧作用,可能还会加速聚合物的老化。
受阻酚类抗氧剂以其抗氧效果好、热稳定性高、低毒等诸多优点近年来倍受人们关注。
但抗氧剂复配是否得当直接影响抗氧效果的好坏。
因此,研究抗氧剂复配时的作用机理显得尤为重要。
近年来,世界各大抗氧剂的生产厂商都在致力于研究开发复合型抗氧剂,而熟知各种抗氧剂之间的协同作用机理对抗氧剂新品种开发具有重要的指导意义1受阻酚类抗氧剂的作用机理聚合物材料在高温加工或使用过程中,由于氧原子的袭击会使其发生氧化降解。
经过多年的研究发现,聚合物的A动氧化过程是一系列A由基反应过程。
反应初期的主要产物是由氢过氧化物在适当条件下分解成活性自由基,该自由基又与大分子烃或氧反应生成新的自由基,这样周而复始地循环,使氧化反应按自由基链式历程进行。
在聚合物中添加抗氧剂,就是为了捕捉链反应阶段形成的自由基R.和R00.",使它们不致引起有破坏作用的链式反应;抗氧剂还能够分解氢过氧化物RO0H,使其生成稳定的非活性产物。
按作用机理,抗氧剂可分为主抗氧剂和辅助抗氧剂。
主抗氧剂能够与自由基R.,ROO.反应,中断活性链的增长。
辅助抗氧剂能够抑制、延缓引发过程中自由基的生成,分解氢过氧化物,钝化残存于聚合物中的金属离子[1]。
作为主抗氧剂的受阻酚类抗氧剂是一类在苯环上羟基(~OH)的一侧或两侧有取代基的化合物。
由于一OH受到空间障碍,H原子容易从分子上脱落下来,与过氧化自由基(ROO .)、烷氧自由基(RO.)、羟自由基(.OH)等结合使之失去活性,从而使热氧老化的链反应终止,这种机理即为链终止供体机理[2]。
受阻酚类抗氧剂的研究王朝辉(山东省滨州学院)抗氧剂是指一些能够抑制或延缓高聚物和其他有机化合物在空气中热氧化的有机化合物。
比如说,维生素E为淡黄色油状物质,在无氧条件下对热稳定,易溶于大多数有机溶剂,不溶于水,但对氧极为敏感,C6上的羟基易被氧化,所以它可防止高度不饱和脂肪酸、巯基化合物及维生素A等的氧化,能消除细胞膜内产生的自由基,而保持生物膜的正常结构功能。
塑料、合成纤维和橡胶等高分子材料都容易发生热氧降解反应,加入抗氧剂可以保护高分子材料的优良性能,使延长使用寿命。
广义上说,多数弱还原剂都是抗氧化剂,只是根据不同的工业用途选取合适的。
有较高化学、物理稳定性的,或是低毒性的弱还原剂,都可以巧妙的运用于配方中作为抗氧化剂。
1 酚类抗氧剂抗氧化机理有机化合物的热氧化过程是一系列的自由基链式反应,在热、光或氧的作用下,有机分子的化学键发生断裂,生成活泼的自由基和氢过氧化物。
氢过氧化物发生分解反应,也生成烃氧自由基和羟基自由基。
这些自由基可以引发一系列的自由基链式反应,导致有机化合物的结构和性质发生根本变化。
抗氧剂的作用是消除刚刚产生的自由基,或者促使氢过氧化物的分解,阻止链式反应的进行。
能消除自由基的抗氧剂有芳香胺和受阻酚等化合物及其衍生物,称为主抗氧剂;能分解氢过氧化物的抗氧剂有含磷和含硫的有机化合物,称为辅助抗氧剂。
广义上说,多数弱还原剂都是抗氧化剂,只是根据不同的工业用途选取合适的。
有较高化学、物理稳定性的,或是低毒性的弱还原剂,都可以巧妙的运用于配方中作为抗氧化剂。
例如:柠檬酸是有弱还原性的有机酸,我们可以将其运用于饮料配方中起着抗氧化剂的作用;食品摆放时间长了容易氧化变质,可以加入少量抗氧剂来延长它们的储存时间;塑料、合成纤维和橡胶等高分子材料容易发生热氧降解反应,加入抗氧剂可以保持高分子材料的优良性能,延长使用寿命。
受阻酚是最有效的抗氧剂之一,其结构中含有—OH官能团,比较容易给出氢原子,即通过质子给予作用,从而破坏自由基自动氧化链反应:Ar-OH+ROO·ROOH+Ar-O·此过程生成的芳氧自由基比较稳定,兼具捕获活性自由基的能力,进而还可以终止第二个动力学链:Ar-O·+ROO· ROO-O-Ar(非自由基产物)包括醌类在内的中间产物,并对防止高分子的热氧老化也有重要意义。
聚烯烃用受阻酚类抗氧剂的合成与应用研究进展王玉如,闫义彬,吴双,牛娜,任鹤(中国石油大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714)摘要:综述了聚烯烃用受阻酚类抗氧剂在合成和应用方面所取得的进展,主要包括传统受阻酚类抗氧剂㊁高相对分子质量受阻酚类抗氧剂和复合型受阻酚类抗氧剂等,指出了每类抗氧剂的优缺点及应用情况,为聚烯烃用受阻酚类抗氧剂新产品的开发和应用提供一定的参考.关键词:聚烯烃㊀受阻酚㊀高相对分子质量㊀复合抗氧剂中图分类号:T Q317.6㊀㊀文献标识码:A㊀㊀聚烯烃材料具有优异的力学性能和化学惰性,被广泛应用于生活和生产的各个领域[1G2].但在其加工和使用过程中会受到光㊁热㊁氧㊁机械剪切和重金属离子等作用,发生老化降解,直至丧失使用价值[3G4].对于大多数聚烯烃材料来说,采用添加抗氧剂的方法来提高其抗氧化性能是一种简便有效的途径,其中受阻酚类抗氧剂是应用最广泛的主抗氧剂[5G7].传统的受阻酚类抗氧剂主要包括烷基单酚㊁烷基多酚及硫代双酚等,随着人们对高端聚烯烃材料需求的增加,传统受阻酚类抗氧剂无法满足生产和使用的需求,因此受阻酚类抗氧剂向着高相对分子质量及复配使用的方向发展[8G10].本文主要对聚烯烃用受阻酚类抗氧剂的合成和应用情况进行综述,主要包括传统型受阻酚类抗氧剂㊁高相对分子质量受阻酚类抗氧剂及复配型受阻酚类抗氧剂,目的是为新型受阻酚类抗氧剂的开发以及在聚烯烃材料中的应用提供一定的理论指导.1㊀传统型受阻酚类抗氧剂早在1870年,研究者就将苯酚㊁甲酚等这类简单的酚类化合物作为聚合物的抗氧剂使用,但对其作用机理上不明确,随着聚合物应用领域的拓宽,对其老化机理的研究不断深入,自动老化机理别提出和认可.1937年,第1个受阻酚类抗氧剂2,6G二叔丁基苯酚(B H T)被成功开发,结构如图1所示[11].随后,以2,6G二叔丁基苯酚为基本结构的新型受阻酚类抗氧剂被广泛开发,如抗氧剂2246㊁抗氧剂300㊁抗氧剂736以及抗氧剂1076等,考察其在聚烯烃材料中应用性能的研究大量涌现.1973年,K o t o v a等[12]将抗氧剂2246(图2)添加到聚甲醛塑料中,采用紫外分光光度仪对抗氧剂2246分别在水㊁盐水和乙醇体系下的耐抽提性能进行测定.结果表明,抗氧剂2246在乙醇体系下的耐抽提性最差,在水体系下的耐抽提性较好.图1㊀2,6G二叔丁基苯酚(B H T)结构示意图2㊀抗氧剂2246结构示意2005年,L u n d bäc k等[13]将抗氧剂300(图3)添加到聚乙烯材料中,分别在氮气㊁氧气和水介质中对抗氧剂的迁移行为进行研究.氧化诱导期的测定结果表明,在聚乙烯材料中的抗氧剂由材料内部向材料表面迁移,与抗氧剂发生氧化损失相比,抗氧剂的迁移损失是抗氧剂失去作用的主要因素,并且抗氧剂300在水体系中的迁移损失大于氮气和氧气体系.图3㊀抗氧剂300结构示意㊀㊀收稿日期:20190829;修改稿收到日期:20191225.作者简介:王玉如(1991),女,硕士,工程师,主要从事聚烯烃树脂及助剂研究.EGm a i l:654789123@q q.c o m.77第37卷第1期2020年1月精 细 石 油 化 工S P E C I A L I T YP E T R O C H E M I C A L S ㊀㊀相对于抗氧剂2246和抗氧剂300,抗氧剂1076结构中具有烷基长链,可以增强其在聚烯烃材料中的溶解性和抗迁移性,使其具有更加优异的抗氧化效果,仍是目前使用量较大的聚烯烃抗氧剂.C h a k r a b o r t y等[14]将抗氧剂1076㊁紫外线吸收剂H O B P和辅助抗氧剂N i D E C/Z n D E C添加到聚丙烯材料中,结构如图4所示.考察在光老化和热老化条件下,各助剂间的协同效果,结果如表1所示.结果表明,在热老化过程中,助剂间具有不同程度的协同作用,尤其是I r g a n o x1076和辅助抗氧剂Z n D E C联合使用时聚丙烯的氧化诱导期高达330m i n.在光老化过程中紫外线吸收剂H O B P和辅助抗氧剂Z n D E C具有很好的协同作用,而I r g a n o x1076和辅助抗氧剂Z n D E C 几乎没有协同作用,这主要是由于在光老化过程中紫外线吸收剂H O B P能够与老化产生的活性物质反应,保护辅助抗氧剂Z n D E C,而I r g a n o x 1076却不具有这种特性.图4㊀助剂结构示意表1㊀不同助剂对察丙烯老化的影响助剂热老化氧化诱导期(O I T)/m i n光老化脆化时间/m i n 未添加助剂101200H O B P102200I r g a n o x10761101800Z n D E C1101400I r g a n o x1076+Z n D E C3301250H O B P+Z n D E C130>4000I r g a n o x1076+H O B P 3500㊀㊀G h a n i a等[15]考察I r g a n o x1076在高密度聚乙烯材料中的迁移行为,同时对纳米黏土对I rGg a n o x1076迁移行为的影响进行研究.结果发现I r g a n o x1076的迁移扩散动力学满足菲克第二定律,同时随着纳米黏土的加入量的增加,抗氧剂1076的迁移损失不断降低,当纳米黏土的加入量为3%时,I r g a n o x1076的迁移损失降低78%,性能满足食品包装的需求.2㊀高相对分子质量受阻酚类抗氧剂由于传统受阻酚类抗氧剂的相对分子质量大多在300~1000,在加工和使用过程中容易发生挥发和迁移,造成较大的物理损失,使其抗氧化效果大幅度降低[16G18].为了有效抑制抗氧剂的迁移,充分发挥其抗氧化作用,具有高相对分子质量的受阻酚类抗氧剂成为研究热点.早在19世纪60年代,具有高相对分子质量的多元受阻酚类抗氧剂1010和抗氧剂1330(图5)就被开发和使用.1977年,O h k a t s u等[19]对I r g a n o x1010㊁I r g a n o x 1330和I r g a n o x1076在聚丙烯材料中的反应动力学进行研究,结果如表2所示.从表2可以看出,3种抗氧剂的速率常数I r g a n o x1330>I r g a nGo x1076>I r g a n o x1010,而氧化诱导期I r g a n o x 1076>I r g a n o x1010>I r g a n o x1330,说明抗氧剂的抗氧化性能与捕获自由基的快慢无关.图5㊀I r g a n o x1010㊁I r g a n o x1330的结构示意表2㊀不同抗氧剂的速率常数和氧化诱导期抗氧剂速率常数K i n h氧化诱导期O I T/m i n I r g a n o x10108.75125I r g a n o x133013.0121I r g a n o x107610.4129㊀㊀近年来,有关I r g a n o x1010和I r g a n o x1330的研究也较多.2015年,D a m o d a r a n[20]将如表3配比的抗氧剂加入到聚丙烯材料中,采用傅里叶红外光谱仪测定了不同老化试样的红外谱图,结果见图6.从图6可以看到,随老化时间的增长,两体系在波束1600~1700c m-1之间的红外吸收强度均发生变化,但老化后的P P2体系在1745㊁1640和1620c m-1处的红外吸收强度大于P P1体系,这主要是由于I r g a n o x1010结构中存在酯基,在水中水解成小分子,会从材料中迁移出来,从而导致含有较多I r g a n o x1010的P P1的抗氧化性降低,红外吸收增强.表3㊀P P1和P P2中各抗氧剂的含量样品w(I r g a n o x1010),%w(I r g a n o x1330),%P P10.23ʃ0.010.25ʃ0.01P P20.17ʃ0.010.43ʃ0.03㊀㊀2015年,Y u等[21]分别将C y a n o x1790㊁I r g a n o x1330和I r g a n o x1010加到聚乙烯材料中,在C l O2水介质中进行老化.结果发现,3种抗氧剂均具有很好的抗氧化效果,老化后具有分别含有3种抗氧剂的聚乙烯材料的氧化诱导期分87 精 细 石 油 化 工2020年1月别为C y a n o x 1790和I r g a n o x 1330的氧化诱导期分别为85㊁60和50m i n .Y u 还开展了一系列有关大分子抗氧剂的研究,为大分子抗氧剂在聚乙烯管材中的应用提供一定的理论基础[22G23].图6㊀P P 1和P P 2的红外光谱随着高相对分子质量受阻酚类抗氧剂需求的增加,新型高相对分子质量受阻酚类抗氧剂不断被开发.W a n g 等[24]以季戊四醇四丙烯酸酯和2,4G二叔丁基对羟基苯硫酚为原料合成大分子抗氧剂S A O (图7),并将其添加到聚丙烯材料中,在150ħ烘箱老化考察其抗氧化性.结果表明S A O具有优异的抗氧化性,与商用I r g a n o x1035相当.图7㊀抗氧剂S A O 合成路线B e e r 等[25G26]分别通过二烯复分解聚合反应和硫醇烯逐步加聚反应合成了如下大分子受阻酚抗氧剂A O G1和A O G2(图8),将其与具有较高相对分子质量的I r g a n o x1010分别加入到聚丙烯材料中,考察其抗氧化性能.结果发现两种大分子受阻酚抗氧剂都具有很高的抗氧化性能,且优于I r g a n o x1010.这是由于大分子抗氧剂具有较高的相对分子质量,同时抗氧剂结构中存在烷基长链,使抗氧剂与聚烯烃材料的相容性提高,降低了抗氧剂的物理损失,使大分子抗氧剂具有更好的抗氧化性能.图8㊀抗氧剂A O G1和A O G2结构示意K a s z a [27]等以超支化聚乙亚胺为骨架,通过酰胺化反应在大分子骨架上接枝抗氧化活性基团和增容烷基长链,得到系列超高相对分子质量受阻酚类抗氧剂(图9).图9㊀以超支化聚乙亚胺为骨架合成超高相对分子质量受阻酚类抗氧剂㊀㊀并将合成的一系列抗氧剂加入到聚丙烯材料中,对其抗氧化性能进行考察.结果发现,未添加抗氧剂的聚丙烯材料老化抑制时间仅为2000s,而添加系列大分子抗氧剂的聚丙烯材料老化抑制时间提高至2500s ,同时高于I r g a n o x 1010,说明该抗氧剂具有很好的抗氧化效果.同时发现大分97第37卷第1期王玉如,等.聚烯烃用受阻酚类抗氧剂的合成与应用研究进展 子抗氧剂中含有的烷基侧链越多抗氧化效果越好.这是由于聚丙烯材料在老化过程中产生过氧自由基,更容易在烷基侧链处停留并发生氧化的,发生终止自由基反应,抑制材料的老化.3㊀复配型受阻酚类抗氧剂在聚烯烃材料发生老化过程中,受阻酚类抗氧剂可以快速的提供氢质子,终止自由基,抑制材料的老化[28G29].然而,受阻酚类抗氧剂在捕获自由基时生成的氢过氧化物对热氧老化降解具有自动催化作用,而受阻酚本身不能分解氢过氧化物,所以单独使用受阻酚类抗氧剂时,难以达到理想的抗氧化效果.辅助抗氧剂如亚磷酸酯类㊁硫代酯类抗氧剂能够有效分解氢过氧化物,与受阻酚类抗氧剂复配使用时具有更加优异的抗氧化效果,成为聚烯烃用抗氧剂的研究热点[30G31].G r a b m a y e r等[32]将I r g a n o x M D1024㊁I rGg a n o x1010㊁I r g a n o x1330和I r g a f o s168按照表4的比例加入到聚乙烯材料中,在115ħ条件下进行加速老化试验.结果如图10所示,两聚乙烯试样在加速老化818h后荧光强度开始显著增加,材料发生老化,并且试样P E1的抗老化效果更好,说明主辅抗氧剂复合使用具有优异的抗氧化效果.表4㊀P E1和P E2样品中各抗氧剂含量P E样品I r g a n o xM D1024,%I r g a n o x1330,%I r g a n o x1010,%I r g a f o s168P E10.100.220.020.09P E2P E20.130.170.10图10㊀聚乙烯试样荧光发生强度谁老化时间变化曲线G r a b m a y e r等[33]又考察了I r g a n o x1010㊁I rGg a n o x1330与3种辅助抗氧剂I r g a f o s168㊁I rGg a n o xP SG800和I r g a n o x P SG802的复配使用.按表5配比将抗氧剂添加到聚乙烯试样中,在135ħ热空气条件下进行老化试验.结果表明,试样P E1在老化183d后发生脆化,丧失力学性能,而试样P E2在老化230d后才发生脆化,说明I r g a n o x1010㊁I r g a n o x1330与辅助抗氧剂I r g a nGo xP SG802复配使用时具有更好的抗氧化效果.表5㊀P E1和P E2样品中各抗氧剂含量%P E样品I r g a n o x1010I r g a n o x1330I r g a f o s168I r g a n o xP S-800I r g a n o xP S-802P E10.360.380.16P E20.390.38 0.41P E30.330.34 0.28图11㊀I r g a n o xP SG800㊁I r g a f o s168和I r g a n o xP SG802结构示意㊀㊀分子结构中同时具有活性受阻酚结构和辅助抗氧剂结构的分子内复合抗氧剂也被开发.L i 等[34]将具有抗氧化基团的3G(3,5G二叔丁基G4G羟基苯基)丙酰氯接枝到树状聚酰胺上,合成了一类含有多个受阻酚单元的酚胺复合型树状抗氧化剂,该抗氧化剂在聚丙烯和聚乙烯中均具有良好的抗氧化性能,且其抗氧化性能优于单一受阻酚类抗氧剂1010和3114.王鉴等[35]以具有酚羟基抗氧化基团3G(3,5G二叔丁基G4G羟基苯基)丙酸甲酯(M P C)和具有分解氢过氧化性能的亚磷酸二乙酯以及具有良好相容性的十八碳醇为原料,合成了一种分子内复合型抗氧剂3G(3,5G二叔丁基G4G羟基苯基)丙酰基磷酸双十八酯,该抗氧化剂不仅具有主抗氧化剂的结构特点,而且还具有辅助抗氧化剂的结构特点.该类复合型抗氧化剂在聚丙烯材料中抗氧化性能是抗氧剂1076的1 3倍,并且能够很好的改善聚丙烯的加工流动性.4㊀结㊀语将受阻酚类抗氧剂添加到聚烯烃材料中,能够有效抑制材料的老化.随着我国聚烯烃行业的飞速发展,受阻酚类抗氧剂向着高相对分子质量㊁复配使用方向发展.虽然传统受阻酚类抗氧剂也具有一定的抗氧化效果,但由于其易挥发,使其抗氧化性能受到限制.高相对分子质量受阻酚类抗08 精 细 石 油 化 工2020年1月氧剂能够有效减少抗氧剂的挥发损失,大幅度提高抗氧剂的抗氧化性能.主辅抗氧剂的复合使用,能够最大限度发挥各抗氧剂的优势,而将其劣势减小到最低,将是今后受阻酚类抗氧剂发展的重要趋势.参㊀考㊀文㊀献[1]㊀A m m a l aA,B a t e m a nS,D e a nK,e t a l.A n o v e r v i e wo f d eGg r a d a b l e a n d b i o d e g r a d a b l e p o l y o l e f i n s[J].P r o g r e s s i nP o lGy m e r S c i e n c e,2011,36(8):1015G1049.[2]㊀R i t t e rA,M i c h e l E,S c h m i d M,e t a l.I n t e r l a b o r a t o r y t e s t o n p o l y m e r s:d e t e r m i n a t i o no fa n t i o x i d a n t s i n p o l y o l e f i n s [J].P o l y m e rT e s t i n g,2005,24(4):498G506.[3]㊀Föl d e sE,M a l o s c h i k E,K r i s t o nI,e ta l.E f f i c i e n c y a n d m e c h a n i s mo f p h o s p h o r o u 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r i z e d.T h e t r a d i t i o n a l h i n d e r e d p h e n o l i c a n t i o x i d a n t s,h i g hm o l e c u l a r h i n d e r e d p h e n o l i c a n t i o x iGd a n t s a n d c o m p o s i t e a n t i o x i d a n t s e t cw e r e i n c l u d e d.T h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s a n d a p p l i c a t i o n s t a t u s o f e a c ha n t i o x i d a n tw e r e p o i n t e do u t i n t h i s p a p e r,w h i c h c a nb e p r o v i d e d r e f e r e n c e f o r s y n t h eGs i s a n d a p p l i c a t i o no f t h en e wh i n d e r e d p h e n o l i c a n t i o x i d a n t s i n p o l y o l e f i n s.K e y w o r d s:p o l y o l e f i n;h i n d e r e d p h e n o l i c;h i g hm o l e c u l a r;c o m p o s i t e a n t i o x i d a n t s28 精 细 石 油 化 工2020年1月。
烷基单酚、双酚及多酚抗氧剂在聚合物中抗氧化基础因素的比较研究为了延长高分子材料的寿命,抑制或延缓聚合物的讲解,通常使用抗氧剂来减缓橡胶、塑料、石油、油脂及食品的自动氧化速度。
抗氧剂品种很多,按化学结构可分为胺类、酚类、亚磷酸酯类、硫酯类等。
酚类抗氧剂又可细分为单酚、双酚、多酚等等,该类抗氧剂多带有受阻酚结构,具有毒性低、不变色、不污染的特点(当然这是相对于胺类而言),因而大量应用于橡胶工业和塑料工业中的浅色、艳色制品,此外在石油、油脂、食品工业中也有广泛应用。
本文根据抗氧剂的饿防护机理从分子结构,分子量以及挥发性、迁移性、抽提性、着色性、抗氧效率的试验结果,分析比较了目前广泛使用的烷基单酚类抗氧剂264(BHT),烷基双酚类抗氧剂2246和聚合烷基多酚类抗氧剂SDt.1的抗氧化基础因素和优缺点。
抗氧剂的防护机理1、聚合物氧化过程(自由基降解反应历程)在氧化讲解中,聚合物和氧是一个自动催化过程,反应初期的反应产物是氢过氧化物在适当条件下分解成活性自由基,该自由基又能与大分子烃与氧反应生成新的自由基,这样周而复始地循环,使氧化反应按自由基链式历程进行。
如以RH为代表聚合物,则整个过程可概括如下:(1)引发反应RH——R·+H·(在光、热、机械能作用下)RH+O2——R·+HOO·(2)链增长反应R·+ O2——ROO·ROO·+ RH——OOH·+R·ROOH——O·+·OH2ROOH——O·+ ROO·+H2ORO·+RH——ROH+R·OH+RH——HOH+R·(3)链终止反应R·+R·——RRO·+RO·——ROORROO·+ROO·——ROOR+ O2R·+RO·——I.RORR·+ROO·——I.ROOR2、抗氧剂的作用原理作为抗氧剂应能够与自动氧化中的链增长自由基(R·或ROO·)反应,使链式反应中断,因此也可称为自由基抑制剂。