2. Стабилизация полимеров

Стабилизация полимеров применяется для длительного сохранения комплекса свойств полимеров и полимерных материалов, подвергающихся старению. С этой целью в полимеры вводят специальные вещества – стабилизаторы, к ним относятся антиоксиданты, антиозонаты, светостабилизаторы, антирады. Стабилизаторы не вступают в химическое взаимодействие с полимером, они в последствии легко выщелачиваются в контактирующие среды.

Антиоксиданты – антиокислители, замедляют или предотвращают окислительные процессы, приводящие к старению полимеров, осмолению топлив, прогорканию жиров и т.д.

Механизм действия основан на способности антиоксидантов обрывать цепную реакцию окисления в результате взаимодействия с образующимися активными радикалами или (и) промежуточными соединениями, например гидропероксидами. Свойствами антиоксидантов обладают ароматические амины, например, N-фенил-B-нафталин, фенолы и фенолсульфиды, 2,6-ди-трет-бутил-4метилфенол, бис-(4-окси-3,5-ди-трет-бутилбензил)сульфид, некоторые природные вещества- витамин Е и др.

Действие антиоксидантов может быть основано на торможении каждой отдельной стадии окисления – главной причины старения полимеров. Окисление инициируется светом, остатками инициатора полимеризации, примесями соединений переходных металлов. Антиоксиданты – дезактиваторы связывают ионы переходных металлов в неактивные комплексы (например, этилендиаминтетрауксусная кислота). Ингибиторы окисления (обычно ароматические амины и алкилфенолы) взаимодействуют с участвующими в окислении свободными радикалами, главным образом пероксидными, а также алкильными и алкоксильными (RO₂˙, R˙ и RO˙), обрывая цепи, например:

RO₂˙ + HOAr → ROOH + O˙Ar (радикалы O˙Ar- малоактивны).

Окисление также замедляют вещества, разрушающие гидропероксидные группы, например диалкилсульфиды.

К стабилизации полимеров относят также способы устранения отдельных нежелательных проявлений старения, так например окраску, появляющуюся при старении, ослабляют добавками веществ, реагирующих с хромофорными группами. Для связывания HCl используют поглотители – стеараты кальция, бария или свинца. Часто используются комбинация нескольких антиоксидантов разных типов, которая эффективнее и дольше защищает полимер от старения, чем каждый из них в отдельности в результате синергизма.

Светостабилизаторы – производные оксибензофенона, сажа, поглощают фотохимически свет, тушат возбужденное состояния полимера и примесей, ингибируют тепловые реакции или действуют по нескольким перечисленным механизмам.

Антиозонаты - стабилизирующие действие антиозонатов основано на взаимодействие их с диффундирующим в полимер, главным образом в резину, озоном или на создание защитного слоя на поверхности изделия, за счет миграции внутренних слоев растворенных в полимере восков или твердых парафинов [6,7,8].

В стабилизируемые продукты антиоксиданты вводят в количестве 0,01-3% (по массе) [9].

Антиоксиданты, широко используемые для стабилизации:

• Смесь моно-ди и трет (α-метилбензилфосфатов) - антиоксидант 6, фосфит П-26;

• N,N-бис-(1,4-диметилпентил) n-фениленди-амин – торговое название антиоксидант и противостаритель резин – антиосидант 4030, сантофлекс 77;

• 2,2-метилен-бис-(4 метил-6-третбутилфенол)– торговое название: антиоксидант НГ-2246, бисалкофен, агидол 2;

• 2,2́-метилен-бис-(4-этил-6-трет-бутилфенол) – торговое название бисалкофен ЭБ, антиоксидант 425;

• 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (2,6-ди-трет-бутил-n-крезол) – торговое название [Агидол 1, алкофен БП, ионол];

• 1-пропанон,1-(3-метокси-фенил), 1-пропанон,1-(4-метокси-фенил).

Антирады – повышают стойкость полимеров к действию ионизирующих излучений, которые вводятся при переработке полимеров (0,2-10% от массы полимера). Иногда антирады используют совместно с антиоксидантами. Наиболее эффективные антирады – нафталин, антрацен, фенантрен, тиофенолы, тионафтолы и др.

Антиозонаты – повышают устойчивость резин к разрушению (растрескиванию) под действием атмосферного озона. По механизму действия различают активные антиозанаты и инертные антиозонаты.

Активные антиозанаты: N,N-дифенил-n-фенилендиамин, 6-этокси-2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин, которые реагируют с озоном с большой скоростью, чем макромолекулы каучука.

Инертные антиозонаты – воски, парафин и др., образующие на поверхности защитную пленку. Антиозонаты входят обычно в состав резиновой смеси или каучука [5].