02633552753

با ما در تماس باشید

بررسی آنتی اکسیدان های پلیمری

14 اسفند 1399 ساعت 11:14

آنتی اکسیدان ها به منظور جلوگیری از اکسایش پلیمرها در نتیجه افزایش طول عمر آن و همچنین حفظ خواص پلیمر استفاده می شوند. این اکسایش می تواند هنگام کاربرد پلیمر در دمای معمولی رخ دهد اما اغلب در طی فرآیند تولید اکسیداسیون پلیمر به دلیل دمای بالا و شرایط فرآیندی بیشتر رخ می دهد.

اکسایش پلیمرها:
فرآیند اکسایش پلیمرها در اثر واکنش رادیکال­های آزاد با پلیمرها می­باشد که شامل مراحل زیر است:

  1. مرحله شروع

رادیکالهای آزاد شروع کننده واکنش بصورت های مختلف(نور، دما، وارد آمدن نیرو، و...) در پلیمر بوجود می آیند زیرا پلیمرها دارای مقادیر جزیی هیدرو پراکسید هستند.

2.مرحله انتشار

قبل از اینکه رادیکالهای پراکسی یا آلکیل به محصولات غیر رادیکالی تبدیل شوند می توانند بارها تکرار شوند و سبب سریعتر شدن مرحله شروع گردند.

  1. مرحله خودکاتالیزوری

سرعت اکسیداسون معمولا در ابتدای عمر پلیمر کم می باشد ولی با گذشت زمان به علت بوجد آمدن رادیکالهایی که از طریق تجزیه هیدرو پراکسیدها پدید می آیند، افزایش می یابد.

 

  1. مرحله اختتام

تبدیل رادیکالهای پراکسی و آلکیل به محصولات غیر رادیکالی سبب اختتام واکنش های مرحله انتشار می گردد

 

انواع آنتی ­اکسیدان­ها:

  1. آنتی­ اکسیدان­های نوع اول(chain breaking or primary antioxidant)
  2. آنتی­ اکسیدان­های نوع دوم (preventive or secondary antioxidant)

 

آنتی­ اکسیدان­های نوع اول:

این دسته از آنتی­ اکسیدان­ها واکنش رادیکال­های آزاد را از طریق دادن اتم هیدروژن ناپایدار ( معمولا از OH یا NH ) خنثی می­کنند. این آنتی ­اکسیدان­های هیدروژن دهنده (AH) سرعت اکسیداسیون را به طور موثری از طریق مسابقه با پلیمر برای رادیکال آزاد، کاهش می­دهند. 

 

آنتی­ اکسیدان­های زیر در این دسته قرار دارند:

  • آنتی­ اکسیدان­های فنولیک :

فنولیک­ها معمولا با رادیکال­های آزاد با مرکزیت اکسیژن واکنش می­دهند؛ در نتیجه می­توانند در چرخه اتواکسیداسیون وقفه ایجاد کرده و آن را قطع کنند. در حالت کلی آنتی­ اکسیدان­های فنولیک رادیکال­های آزاد را از طریق دادن اتم هیدروژن فرو می­ نشانند. از لحاظ ترمودینامیکی این پدیده بدین دلیل اتفاق می­افتد که رادیکال فنوکسی بسیار پایدارتر از رادیکال با مرکزیت اکسیژن است.
یکی از معمول­ترین این ترکیب­ها هیدروکسی تولوئن بوتیله شده (BHT) می­باشد که در انواع پلیمرها از جمله PE,PP و PS کاربرد دارد.
نکته قابل توجه در مورد این نوع از آنتی­ اکسیدان­ها آن است که اغلب آنتی­ اکسیدان­های فنولیک زمانی که با یک یا چند افزودنی دیگر به طور همزمان استفاده شوند، اثر هم افزایی ایجاد می­شود. به عنوان مثال فنول می­تواند با ترکیبات دارای سولفور یا فسفروس در پایداری بهتر حرارتی پلیمرها موثر باشد.

  • آمین های آروماتیک:

 آمین­ های آروماتیک در از بین بردن رادیکال­های آزاد بسیار قوی­تر از فنل­ها هستند. شیمی واکنش این نوع از آنتی­ اکسیدان­ها به دلیل طبیعت محصولات و واکنش­های آن­ها خیلی قابل درک نیست. آمین­های آروماتیک تمایل به رنگ کردن و لکه دار کردن مواد دارند و به همین دلیل در پلاستیک­های گرمانرم استفاده نمی­شوند. این لکه­ دار کردن لزوما به دلیل ساختار عمومی آنتی­ اکسیدان اتفاق نمی­افتد، بلکه بیش­تر به دلیل انتقالات شیمیایی در واکنش بین آروماتیک آمین­ها و رادیکال­های آزاد رخ می­دهد. کاربرد عمده آمین­های آروماتیک در الاستومرهای قابل پخت می­باشد زیرا آن­ها رنگ شده و با کربن سیاه پر شده ­اند.

  • آمین­های بازدارنده:

این دسته از آنتی ­اکسیدان­ها به دلیل تاثیر فزاینده در محافظت از پلیمرها در مقابل اشعه­ ی ماوراء بنفش، معمولا به همراه پایدارکننده­ های نوری استفاده می­شوند. همچنین آن­ها به دلیل توانایی در فرونشاندن رادیکال­های آزاد متعلق به دسته­ی آنتی­ اکسیدان­های تخریب­ کننده­ ی زنجیر هستند.
متداول­ترین آمین بازدارنده، 2و2و6و6- تترا متیل پیپریدین می­باشد. گروه N-H در N-R یا N-OR وجود دارد که R هیدروکربن است.

 

  • غیرفعال کننده­ ی فلزات:

زمانی که پلیمرها در تماس با فلزات که پتانسیل اکسیداسیون دارند، از جمله مس، قرار می­گیرند، در خطر اکسیدشدن از طریق هیدروپراکسید حاصل از تجزیه کاتالیزور فلزی هستند. یکی از روش­های مقابله با اینگونه فعال­ کننده­ های رادیکال آزاد استفاده از غیرفعال کننده ­های فلزات است. این غیرفعال کننده­ ها با پلیمرها در حالت مذاب ترکیب می­شوند. این ساختار برای کاربردهای سیم و کابل بسیار بااهمیت است.

 
آنتی­ اکسیدان­های نوع دوم یا ممانعت کننده:

یکی از نمونه ­های مخرب در فرآیند اتوکسیداسیون، هیدروپراکسیدها هستند. تخریب هیدروپراکسیدها، که به طور پیوسته در پلیمرها ساخته می­شوند، در محافظت از پلیمرها امری ضروری است. بسیاری از تخریب کننده­ های پراکسیدی مهم تجاری که در دسترس هستند، بر پایه ترکیبات فسفر سه گانه P(III) و سولفور دو گانه S(II) هستند.

  • ترکیبات فسفر سه گانه:

ترکیبات P(III) در واکنش با هیدروپراکسید به الکل (ROH) تبدیل شده و P(III) به P(V) تبدیل می­شود.

 

  • ترکیبات سولفور دوگانه:

واکنش ترکیبات دارای سولفور دوگانه شبیه فسفیت­ها می­باشد و در واکنش با هیدروپراکسیدها الکل تولید شده و اکسیداسیون S(II) به S(IV) اتفاق می­افتد. در نهایت این ترکیبات به سولفونیک یا سولفونیک­ اسیدها اکسیده می­شوند.

 

اثر هم­ افزایی آنتی­ اکسیدان­ها:

زمانی که آنتی ­اکسیدان­های نوع دوم به تنهایی استفاده شوند، قادر به پایداری کامل پلیمرها در طول فرآیند نمی­ باشند، در حالیکه اگر هر کدام از این دسته از آنتی­ اکسیدان­ها به همراه آنتی­ اکسیدان­های فنولیک استفاه شوند، نتیجه بسیار بهتر خواهد بود. این پدیده به عنوان پدیده هم افزایی یا synergism شناخته می­شود.

ثبت نظر


( نظر خود را درباره این مقاله ثبت نمایید )