現在生產廠家在生產過程中,不單單只使用一種抗氧劑,而是將抗氧劑共用,使其發揮最大的協同作用。了解抗氧劑之間的相互作用,重視抗氧劑之間的協同效應,只有利用好抗氧劑之間的協同效應,才能做到事半功倍,并會獲得性能優良的復合型抗氧劑。
1 抗氧劑之間的協同作用 抗氧劑之間復配使用常發生2種效應:協同效應和反協同效應。合并使用2種或2種以上的抗氧劑,若比單獨使用一種的效果好,稱為協同效應;若比單獨使用一種的效果差,稱為反協同效應。協同作用包括分子間的協同和分子內的協同作用,其中分子間的協同又分為以下2種:(1)均協同作用(ho—mo-synergism),是指抗氧化機理相同的抗氧劑之間的協同作用;(2)非均協同作用 (heter-synergism),是指抗氧化機理不同的抗氧劑之間的協同作用。分子內的協同又稱為自協同作用(auto—synergism),它是指一種抗氧劑含有多個官能團,彼此間有協同作用 。
1.1 受阻酚類抗氧劑之間的協同作用
當2種位阻不同(羥基的鄰位取代基不同)的酚類抗氧劑并用,或抗氧化活性不同的胺類和酚類抗氧劑復合使用時均具有協同作用。AH為高位阻或低活性抗氧劑,BH為較小位阻或高活性抗氧劑,在與過氧化自由基反應時,BH更容易反應,其協同作用機理如下: 高活性的抗氧劑可以有效地捕獲氧化自由基或過氧化自由基,這時低活性抗氧劑能夠供給氫原子,使高活性的抗氧劑再生,使之保持長久的抗氧效能,所以此2種抗氧劑復合使用后能產生協同作用。
1.2 主、輔抗氧劑之間的協同作用
輔助抗氧劑與主抗氧劑并用,是非均勻性協同效應的例子。實驗表明,酚類抗氧劑與亞磷酸酯之間復配時存在協同效應。作為主抗氧劑的酚類抗氧劑,分中都存在著活潑的氫原子(0~ H),這種氫原子比聚合物碳鏈上的氫原子(包括碳鏈上雙鍵的氫)活潑,它能被脫離出來與大分子鏈自由基R.或R00.結合,生成過氧化氫和穩定的酚氧自由基(ArO.)。由于酚氧自由基鄰位取代基數目的增加或其分枝的增加,即增大其空間阻礙效應,這樣就可以使其受到相鄰較大體積基團的保護,提高了酚氧自由基的穩定性。此外,由于酚氧自由基與苯環同處于大共軛體系中,因而比較穩定,活性較低,不能引發鏈式反應,只能與另一個活性自由基結合,再次終止一個自由基,生成較穩定的化合物,從而終止鏈式反應。酚氧自由基的這種穩定性可以防止抗氧劑因直接氧化而消耗過快,并且也能減少鏈轉移反應,從而提高其抗氧化性能。其抑制反應如下:為了更好的阻止鏈式反應,并截斷鏈增長反應,還需配合使用一種能分解大分子過氧化氫R00H的抗氧化劑,使它生成穩定的化合物,以阻止鏈式反應的發展,這類分解過氧化氫的抗氧化劑稱為輔助抗氧劑。因此利用主抗氧化劑、輔助抗氧化劑、穩定劑之間的協同效應,可配成各種有效的復合穩定劑[7]。現在出售的復合抗氧劑中,許多是受阻酚和亞磷酸酯的復合物,如汽巴精化公司的Irganox B系列是Irganox 1010,Irganox 1076,和Irganox 168的不同比例的混合物。另外,半受阻酚與硫酯類抗氧劑的復合產品也有出售,如日本旭電化公司的MARK5118和5118A[1]。
1.3 受阻酚類抗氧劑與受阻胺類光穩定劑(HALS)之間的相互作用
關于酚類抗氧劑與HALS相互作用的報道已有很多。受阻酚類抗氧劑與HALS并用,在熱氧老化中大多產生協同作用,而在光氧老化中多產生反協同作用。
1.3.1 產生協同效應的原因
Luckietal認為抗氧劑能捕獲自由基,但同時生成易產生自由基的過氧化物ROOR 和ROOH,HALS可以使RooR和RooH失活,從而防止了它們熱分解或光解產生自由基[10] 。HALS的過渡產物烷基羥胺可以和酚氧自由基反應使得受阻酚再生。Alien等認為,在熱氧老化條件下,能生成較高濃度的氮氧自由基,它在發揮穩定化作用時生成的烷基羥胺在烘箱老化的溫度下(130℃),易熱解或與過氧自由基反應,從而再生了氮氧自由基,由于氮氧自由基和受阻酚的互相補償循環,2種活性鏈終止劑得到了再生而產生了協同作用。
1.3.2 產生反協同效應的原因
HALS與很多抗氧劑在對聚烯烴的光氧化降解的穩定中,均發生反協同效應。Allen認為HALS與酚類抗氧劑產生反協同效應的原因是在熱加工過程中,在受阻胺產生的氮氧自由基的催化作用下,受阻酚變成了醌式結構,后者具有光敏化作用,從而促進了高分子材料的光降解作用.酸性的受阻酚類抗氧劑和堿性的HALS之間可能發生化學反應.實驗結果表明,在光氧老化中,在穩定劑的幾乎整個濃度比范圍內,HALS與抗氧劑(AO)均呈反協同作用;而在熱氧老化測試中,穩定劑復合使用的效果在整個濃度比范圍內均呈現較強的協同作用。這些現象可以用上述的機理來解釋。這些實驗說明,當聚合物處于一種條件下時,酚類抗氧劑與HALS間可能產生協同作用,但條件改變時,它們又可能產生反協同作用。
1.4 分子內復合的自協同作用
隨著對復合穩定劑間機理的深入研究,已經出現了分子內復合的穩定劑,即把具有抗熱氧功能和抗光氧功能的官能團結合到1個分子上,這類穩定劑通常都具有協同作用,而且還提高了穩定劑的其他性能,如耐熱性、耐光性、耐抽提性等。如由原瑞士汽巴精化公司開發的抗氧劑1098是一種高相對分子質量受阻酚類抗氧劑,它是一種分子內復合型抗氧劑,具有受阻酚和受阻胺類抗氧劑的雙重功效,有良好的熱穩定性、抗析出性、抗輻射性和與樹脂的相容性,是一種優良的高分子材料用抗氧劑和熱穩定劑。
