Виды антиоксидантов полимерных материалов (стр. 1 из 2)

При переработке, хранении и эксплуатации полимеры подвергаются действию тепла, света, кислорода, механических нагрузок и другим воздействиям. В результате этого меняются свойства полимеров: уменьшается механическая прочность, эластичность, возникает хрупкость, изменяется цвет, гладкая поверхность становится шероховатой и т.д. Изменения свойств полимеров, которые приводят к ухудшению качества и сокращению срока службы изделий, называют старением. Старение можно предотвратить введением в полимеры небольших количеств химических веществ ― стабилизаторов. При их введении повышается стойкость полимера к внешним воздействиям, расширяются области применения изделий из полимеров и увеличиваются сроки их эксплуатации [1].

По защитному действию в полимерах стабилизаторы условно делятся на несколько классов, важнейшим из которых является класс антиоксидантов. Антиоксиданты защищают полимеры от разрушения под действием тепла и кислорода. Они подразделяются на две большие группы: первичные (защищают готовое изделие в течение всего срока службы) и вторичные (защищают полимер в процессе переработки в изделие) [3].

К первой группе антиоксидантов относят замещённые фенолы и вторичные ароматические амины.

По химическому строению фенольные стабилизаторы можно разделить на производные моноядерных фенолов, бисфенолов и трисфенолов. Важнейшим представителем моноядерных фенолов является 4-метил – 2,6 – дитретбулфенол. Торговое название его ― алкафен БП (или ионол):

ОН

(СН₃)₃С― ―С(СН₃)₃

СН₃

Его получают при алкилировании n-крезола изобутиленом в присутствии кислых катализаторов: ОН

ОН

(СН₃)₃С С(СН₃)₃

+ 2 (СН₃)₂СН=СН₂→

СН₃ СН₃

Этот процесс происходит следующим образом: расплавленный n-крезол и концентрированную серную кислоту (4% от массы n-крезола) загружают в специальный реактор. В реакторе смесь нагревают до 90 ⁰ С и при этой же температуре пропускают изобутилен. Для того чтобы изобутилен успел почти полностью вступить в реакцию, скорость его подачи регулируют. После этого массу веществ, вступивших в реакцию, нейтрализуют содой. Затем органический слой отделяют, промывают водой и разделяют смеси при остаточном давлении 20 мм ртутного столба. Сначала отгоняют не вступивший в реакцию n-крезол, затем 4-метил – 2,6 – дитретбулфенол, и, наконец, ионол.

Этот стабилизатор практически не влияет на цвет полимера, благодаря чему и используется для защиты очень многих изделий из полимера. Также его применяют для защиты моторных топлив, масел и других нефтепродуктов [4].

В группе бисфенолов важнейшим стабилизатором является 2,2^’ –метилен – бис ― высокоэффективный стабилизатор для каучуков, резин, пластмасс, известный под торговым названием бисалкофен БП или антиоксидант 2246:

ОН ОН

(СН₃)₃С СН₂ С(СН₃)₃

СН₃ СН₃

Он образуется при конденсации 4-метил-2-третбутилфенола с формальдегидом в присутствии кислотных катализаторов.

Синтез идёт по схеме:

ОН ОН ОН

2 (СН₃)₃С (СН₃)₃С СН₂ С (СН₃)₃

+ СН₂О →

СН₃ СН₃ СН₃

Этот процесс происходит следующим образом: в стальной аппарат загружают горячую воду, расплавленный 4-метил-6-третбутилфенол, серную кислоту и эмульсию сульфанола в бензине (для получения хорошо фильтрующихся кристаллов стабилизатора). Полученную массу, перемешивая, нагревают до 80―85 ⁰С. К ней добавляют формалин, после чего начинают выпадать кристаллы стабилизатора. После добавления формалина массу размешивают 2 часа при температуре 80―85 ⁰С, затем охлаждают до 60―65 ⁰С, а серную кислоту нейтрализуют. Полученный продукт отфильтровывают, промывают водой и сушат в вакуум-сушилке.

Один из важнейших стабилизаторов группы трисфенолов ― 2,4,6 – трис (3,5 – дитретбутилен-4-оксибензил) мезитилен ― высокоэффективный нелетучий и неокрашивающий стабилизатор полиолефинов и других полимеров, известный под торговым названием стабилизатор АО-40:

НО ОН