آنتی اکسیدان‌ پی وی سی | فرآیند اکسایش

14 اسفند 1399 ساعت 11:14

محصولاتی که از پلیمرها ساخته شده‌اند ظرفیت این را دارند تا در معرض اکسایش قرار بگیرند؛ محققان طی تلاش‌های فراوان و آزمایشات مختلف موادی را ایجاد کرده‌اند تا از فرآیند اکسایش در محصولات پلیمری جلوگیری کنند، آنتی اکسیدان‌ها به منظور محافظت در برابر اکسایش و افزایش طول عمر خواص پلیمری مورد استفاده قرار گرفته می‌شود.

با ما تا ادامه این مقاله همراه باشید.

آنتی اکسیدان پی وی سی چیست؟

آنتی اکسیدان‌ها (Anti Oxidan) به منظور جلوگیری از اکسایش پلیمرها در نتیجه افزایش طول عمر آن و همچنین حفظ خواص پلیمر به کار گرفته می‌شوند. تجزیه یا  شکستن پیوندها که بیشتر با مکانیسم تشکیل رادیکال آزاد صورت می‌گیرد، با نام اکسیداسیون شناخته می‌شود.

اکسیداسیون در واقع نوعی از تخریب یا دگرشوری پی وی سی است که در اثر اعمال حرارت یا نور اتفاق می‌افتد. این اکسایش می‌تواند هنگام کاربرد پلیمر در دمای معمولی رخ دهد، اما اغلب در طی فرآیند تولید اکسیداسیون پلیمر به دلیل دمای بالا و شرایط فرآیندی رخ می‌دهد.

برخی از استابلایزرهای حرارتی (بخصوص آن‌هایی که خواص پایدارکننده نوری دارند) به عنوان آنتی اکسیدان نیز عمل می‌کند. افزودنی آنتی اکسیدان جهت جلوگیری از اکسیداسیون پی وی سی استفاده شده و می‌تواند به عنوان افزودنی جداگانه و یا افزودنی ترکیب شده با استابلایزر حرارتی استفاده شود.

مکانیسم اکسایش pvc

فرآیند اکسایش پی وی سی در اثر واکنش رادیکال­‌های آزاد با پلیمرها می­باشد که مراحل زیر را شامل می‌شود:

  1. مرحله شروع

رادیکال‌های آزاد شروع کننده واکنش بصورت‌های مختلف (نور، دما، وارد آمدن نیرو و...) در PVC به وجود می‌آیند.

مکانیسم انتشار اکسایش pvc

  1. مرحله انتشار

قبل از اینکه رادیکال‌های پراکسی یا آلکیل به محصولات غیر رادیکالی تبدیل شوند، می‌توانند بارها تکرار شده و مرحله شروع را سرعت بخشند.

 

اکسایش pvc

  1. مرحله خود کاتالیزوری

سرعت اکسیداسیون معمولا در ابتدای عمر پی وی سی کم می‌باشد، ولی با گذشت زمان به علت به وجود آمدن رادیکال‌هایی که از طریق تجزیه هیدرو پراکسیدها پدید می‌آیند، افزایش می‌یابد.

 

اکسایش pvc

  1. مرحله پایانی

تبدیل رادیکال‌های پراکسی و آلکیل به محصولات غیر رادیکالی سبب پایان واکنش‌های مرحله انتشار می‌گردد. چرخه واکنش آنتی اکسیدان‌ها با پی وی سی (به طور کلی پلیمرها) در شکل زیر نمایش داده شده است.

اکسایش pvc

مقاله پیشنهادی: بررسی براق کننده‌های پی وی سی

فرآیند اکسیداسیون پلیمر به صورت کلی در شکل زیر نمایش داده شده است.

اکسایش پلیمر

انواع آنتی اکسیدان در پی وی سی

آنتی اکسیدان‌ها در پی وی سی (به طور کلی پلاستیک) به دو دسته آنتی اکسیدان اولیه و ثانویه تقسیم می‌شوند.

  • آنتی اکسیدان اولیه pvc

این نوع آنتی اکسیدان‌ها با رادیکال آزاد واکنش داده و باعث جلوگیری از فرآیند اکسیداسیون می‌شود. 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 PVC برای رادیکال آزاد کاهش می‌­دهند. 

  • آنتی اکسیدان ثانویه pvc

این نوع آنتی اکسیدان‌ها با هیدروپرکسید واکنش داده و آن‌ها را محصولات غیر فعال کرده تا مستعد تولید رادیکال آزاد نباشند. یکی از نمونه‌­های مخرب در فرآیند اتوکسیداسیون، هیدروپراکسیدها هستند.

تخریب هیدروپراکسیدها که به طور پیوسته در PVC ساخته می­شوند، در محافظت از PVC نقش به سزایی دارند. بسیاری از تخریب کننده­های پراکسیدی مهم تجاری که در دسترس هستند، بر پایه ترکیبات فسفر سه گانه P(III) و سولفور دو گانه S(II) می‌باشند.

در پلینو بخوانید: فرآیند های شکل دهی پی وی سی نقش افزودنی ها

در ادامه توضیحات بیشتری درباره انواع اکسیدان‌های اولیه و ثانویه و گریدهای آن گفته خواهد شد، با ما همراه باشید.

انواع آنتی اکسیدان‌های اولیه پی وی سی و گریدهای آن

  • آنتی اکسیدانهای فنولی hindered phenols

آنتی اکسیدان Irganox 1076 از قدیمی‌ترین گریدهای مورد استفاده در می‌باشد. آنتی اکسیدان فنولی معمولا با رادیکال­‌های آزاد با مرکزیت اکسیژن واکنش می­‌دهند و 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 می‌نشانند. از لحاظ ترمودینامیک، این پدیده بدین دلیل اتفاق می­افتد که رادیکال فنوکسی بسیار پایدارتر از رادیکال با مرکزیت اکسیژن است.

نکته قابل توجه این است که اغلب آنتی­ اکسیدان­‌های فنولیک زمانی که با یک یا چند افزودنی دیگر به طور همزمان استفاده شوند، اثر هم افزایی ایجاد می‌کنند. به عنوان مثال فنول می­تواند با ترکیبات دارای سولفور یا فسفروس در پایداری بهتر حرارتی pvc موثر باشد.

  • آنتی اکسیدان Irganox 245 از نوع bisphenolic hindered phenol  که به جهت وزن مولکولی بالای آن ناپایداری کمی دارد و از نظر قیمتی برای برخی از فرمولاسیون‌های pvc  بهینه است.

آنتی اکسیدان آمینی secondary aromatic amines

این آنتی اکسیدان‌ها بیشتر در لاستیک کاربرد دارند و تنها گریدهای خاصی از آن‌ها در پی وی سی استفاده می‌شود. آمین­‌های 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.

مقاله پیشنهادی: بررسی عوامل موثر در براقیت پی وی سی

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 می‌شوند.

انواع آنتی اکسیدانهای ثانویه پی وی سی و گریدهای آن

فسفیت‌ها از مهم‌ترین گروه آنتی اکسیدان‌های ثانویه در pvc می‌باشند. از جمله می‌توان به organophosphite chelators و dibasic lead phosphite اشاره کرد.

  • آنتی اکسیدان پایه فسفر سه گانه

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

  • آنتی اکسیدان ثانویه پایه 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.

آنتی اکسیدان غیرفعال کننده فلز

نوعی دیگر از اکسیداسیون پی وی سی که حتی در دمای اتاق نیز قابل انجام است، کاهش گروه هیدروپراکسید در حضور برخی فلزات است که ممکن است به صورت ناخالصی در پیگمنت‌ها، فیلرها و... وجود داشته باشند. برای این منظور از آنتی اکسیدان غیر فعال کننده فلز استفاده می‌شود که در دسته آنتی اکسیدا‌ن‌های ثانویه قرار می‌گیرند.

نکته: استفاده از آنتی اکسیدان‌ها سبب بالا رفتن پایداری حرارتی پی وی سی نیز می‌شود.

اثر هم­ افزایی آنتی­ اکسیدان­‌ها

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

هم افزایی آنتی اکسیدان 

دوز مصرف در PVC

دوز مصرف آنتی اکسیدان اولیه در حدود ۰.۱ phr در محصولاتی از جمله کابل، عایق حرارتی، قطعات تزریقی پی وی سی و ... می‌باشد.

در پلینو بخوانید:  اطلاعات آنتی اکسیدان 1010

نکته: برخی آنتی اکسیدان‌ها از جمله آنتی اکسیدان Irganox 1010 که از نوع آنتی اکسیدان‌های فنولی می‌باشد در مقادیر بسیار کم در فرآیند پلیمریزاسیون pvc  و به منظور بالا بردن مقاومت در برابر اکسیداسیون حرارتی اضافه می‌شوند.

کلام آخر

استفاده از آنتی اکسیدان‌ها نیاز به این دارد تا نسبت به مراحل کامل فرآیند اکسایش آگاهی داشته و با انواع مختلف آنتی اکسیدان‌ها آشنا باشید تا بکارگیری آن‌ها در فرآیند تولیدات به درستی صورت گیرد؛ بنابراین استفاده از آن‌ها نه تنها مانع اکسایش محصولات پلیمیری می‌شود، بلکه طبق مطالب گفته شده محصول را از کیفیت بهتری هم برخوردار خواهد کرد.

تهیه و تنظیم: سایت پلینو

منابع: www.elsevier.com، مشاوران پلینو

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ثبت نظر


( نظر خود را درباره این مقاله ثبت نمایید )