Виды антиоксидантов полимерных материалов

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). ............