Види антиоксидантів полімерних матеріалів

Види антиоксидантів полімерних матеріалів

При переробці, зберіганні та експлуатації полімери піддаються дії тепла, світла, кисню, механічних навантажень та інших впливів. У результаті цього змінюються властивості полімерів: зменшується механічна міцність, еластичність, виникає крихкість, змінюється колір, гладка поверхня стає шорсткою і т.д. Зміни властивостей полімерів, які призводять до погіршення якості та скорочення терміну служби виробів, називають старінням. Старіння можна запобігти введенням в полімери невеликих кількостей хімічних речовин - стабілізаторів. При їх введенні підвищується стійкість полімеру до зовнішніх впливів, розширюються сфери застосування виробів з полімерів і збільшуються терміни їх експлуатації [1].

За захисній дії в полімерах стабілізатори умовно діляться на декілька класів, найважливішим з яких є клас антиоксидантів. Антиоксиданти захищають полімери від руйнування під дією тепла і кисню. Вони поділяються на дві великі групи: первинні (захищають готовий виріб протягом усього терміну служби) і вторинні (захищають полімер в процесі переробки у виріб) [3].

До першої групи антиоксидантів відносять заміщені феноли та вторинні ароматичні аміни.

За хімічною будовою фенольні стабілізатори можна розділити на похідні моноядерних фенолів, бісфенол і трісфенолов. Найважливішим представником моноядерних фенолів є 4-метил - 2,6 - дітретбулфенол. Торгова назва його - алкафен БП (або ионол):

ОН

(СН _{3) 3} С - - С (СН _{3) 3}

СН ₃

Його отримують при алкілуванні n - крезолу ізобутіленом в присутності кислих каталізаторів: ВІН

ОН

(СН _{3) 3} С С (СН _{3) 3}

+ 2 (СН _{3) 2} СН = СН ₂ →

СН ₃ СН ₃

Цей процес відбувається таким чином: розплавлений n-крезол та концентровану сірчану кислоту (4% від маси n-крезолу) завантажують в спеціальний реактор. В реакторі суміш нагрівають до 90 ⁰ С і при цій же температурі пропускають изобутилен. Для того щоб изобутилен встиг майже повністю вступити в реакцію, швидкість його подачі регулюють. Після цього масу речовин, що вступили в реакцію, нейтралізують содою. Потім органічний шар відокремлюють, промивають водою і розділяють суміші при залишковому тиску 20 мм ртутного стовпа. Спочатку відганяють не вступив у реакцію n-крезол, потім 4-метил - 2,6 - дітретбулфенол, і, нарешті, ионол.

Цей стабілізатор практично не впливає на колір полімеру, завдяки чому і використовується для захисту дуже багатьох виробів з полімеру. Також його застосовують для захисту моторних палив, масел та інших нафтопродуктів [4].

У групі бісфенолом найважливішим стабілізатором є 2,2 ^{'-метилен} - біс - високоефективний стабілізатор для каучуків, гум, пластмас, відомий під торговою назвою бісалкофен БП або антиоксидант 2246:

ОН ОН

(СН _{3) 3} С СН ₂ С (СН _{3) 3}

СН ₃ СН ₃

Він утворюється при конденсації 4-метил-2-третбутилфенола з формальдегідом в присутності кислотних каталізаторів.

Синтез йде за схемою:

ОН ОН ОН

2 (СН _{3) 3} С (СН _{3) 3} С СН ₂ С (СН _{3) 3}

+ СН ₂ О →

СН ₃ СН ₃ СН ₃

Цей процес відбувається таким чином: в сталевій апарат завантажують гарячу воду, розплавлений 4-метил-6-третбутилфенола, сірчану кислоту і емульсію сульфанола в бензині (для отримання добре фільтруються кристалів стабілізатора). Отриману масу, перемішуючи, нагрівають до 80 - 85 ⁰ С. До неї додають формалін, після чого починають випадати кристали стабілізатора. Після додавання формаліну масу розмішують 2 години при температурі 80 - 85 ⁰ С, потім охолоджують до 60 - 65 ⁰ С, а сірчану кислоту нейтралізують. Отриманий продукт фільтрують, промивають водою і сушать у вакуум-сушарці.

Один з найважливіших стабілізаторів групи трісфенолов - 2,4,6 - трис (3,5 - дітретбутілен-4-оксібензіл) мезітілен - високоефективний нелетких і неокрашіваемие стабілізатор поліолефінів та інших полімерів, відомий під торговою назвою стабілізатор АО-40:

АЛЕ ВІН

СН ₃

Н ₂ С СН ₂

Н ₃ З СН ₃

СН ₂

СН ₃

де + = С (СН _{3) 3} [1], с 164. Отримують його наступним способом: хлористий метилен (0 - 10 ⁰ С), мезітілен і 3,5 - дітретбутіл-4-оксібензіловий спирт завантажують в реактор. Отриману масу охолоджують. Не даючи температурі маси піднятися вище 10 ⁰ С, додають концентровану сірчану кислоту. Після цього масу розмішують протягом 1,5 - 2 годин, а потім нейтралізують. Відокремлюють водний шар. Потім з розчину стабілізатора відганяють хлористий метилен. При цьому стабілізатор випадає в осад і його фільтрують, промивають метиловим спиртом і сушать.

Фенольні антиоксиданти мають ряд переваг: високоефективні, не летючий, а також їх можна застосовувати з харчовими та косметичними продуктами.