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選擇抗氧阻聚添加劑時,需綜合考慮相容性、遷移性、穩(wěn)定性、加工性、環(huán)保性、變色性、揮發(fā)性及協(xié)同效應等因素,具體如下:
相容性:塑料聚合物的高分子一般是非極性的,而抗氧劑的分子具有不同程度的極性,二者相溶性較差。通常是在高溫下將抗氧劑與聚合物熔體結(jié)合,聚合物固化時將抗氧劑分子容在聚合物分子之間。在配方用量范圍內(nèi),抗氧劑在加工溫度下要熔融。設(shè)計配方時,選用固體抗氧劑、光穩(wěn)定劑的熔點或熔程上限,不應低于塑料聚合物的加工溫度。
遷移性:塑料制品尤其是表面積與體積比數(shù)值較小的制品,氧化主要發(fā)生在制品的表面,這就需要抗氧劑連續(xù)不斷地從塑料制品內(nèi)部遷移到制品表面而發(fā)揮作用。但如果向制品表面的遷移速度過快,遷移量過大,抗氧劑就要揮發(fā)到制品表面的環(huán)境中,或擴散劑與制品表面接觸的其他介質(zhì)中而損失。當抗氧劑品種有選擇余地時,應選擇分子量相對較大、熔點適當高的品種,并且要以最嚴酷使用環(huán)境為前提確定抗氧劑的使用量。
穩(wěn)定性:抗氧劑在塑料材料中應保持穩(wěn)定,在使用環(huán)境和高溫加工的過程中不易揮發(fā)、不變色(或不顯色)、不分解、不與其他化學添加劑發(fā)生反應,并且不會與生產(chǎn)產(chǎn)品表面的其他物質(zhì)發(fā)生交換,不會腐蝕生產(chǎn)設(shè)備等。
加工性:塑料制品加工時,加入抗氧劑對樹脂黏度和螺桿轉(zhuǎn)矩都可能發(fā)生改變。抗氧劑與樹脂熔融范圍如果相差較大,會產(chǎn)生抗氧劑偏流或抑螺桿現(xiàn)象。抗氧劑的熔點低于加工溫度100℃以上時,應先將抗氧劑制成一定的母粒,再與樹脂混合加工制品,以避免因偏流造成制品中抗氧劑分布不均及加工產(chǎn)量下降。
環(huán)境和衛(wèi)生性:抗氧劑應無毒或低毒,無粉塵或低粉塵,在塑料制品的加工制造和使用中對人體無有害作用,對動物、植物無危害,對空氣、土壤、水系無污染。對食品包裝盒、兒童玩具、一次性輸液等間接或直接接觸人體的塑料制品,不僅應選用已通過相關(guān)檢驗并許可的抗氧劑品種,而且加入量應嚴格控制在最大允許限度之內(nèi)。
變色性:選擇抗氧劑時應首先考慮到抗氧劑的變色性和污染性能否滿足制品應用的要求。胺類抗氧劑大多容易受到光氧化作用導致變色,具有較強的變色性與污染性,但胺類抗氧劑對熱氧、臭氧、屈撓、銅害有很強的防護作用,主要用于橡膠、電線、電纜、機械零件、輪胎等受光照影響小的深色制品中。酚類抗氧劑比較穩(wěn)定,其氧化后的產(chǎn)物也會使制品變黃,但程度較小,且不易發(fā)生污染,多用于無色和淺色高分子材料,如塑料、合成纖維等。
揮發(fā)性:揮發(fā)是抗氧劑從高分子材料中損失的主要形式之一,理想的抗氧劑應具有盡可能小的揮發(fā)性??寡鮿┑膿]發(fā)性在很大程度上取決于其分子結(jié)構(gòu)與分子量,結(jié)構(gòu)近似、分子量大的抗氧劑揮發(fā)性低。例如,同是單酚抗氧劑的1076(相對分子質(zhì)量531)比BHT(相對分子質(zhì)量220)的揮發(fā)性低得多。分子類型不同,對其揮發(fā)性的影響更大,例如,單酚抗氧劑BHT(相對分子質(zhì)量220)的揮發(fā)性比對苯二胺類抗氧劑防老劑H(相對分子質(zhì)量260)的揮發(fā)性大3000倍。
協(xié)同效應:選擇抗氧劑時,不能僅看單個抗氧劑的作用,需考慮使用體系中各種助劑間的配合作用。硫酯抗氧劑與受阻胺光穩(wěn)劑并用時可能會產(chǎn)生明顯的對抗效應,因為硫酯自身氧化產(chǎn)生的酸性氧化物,易于受阻胺(堿性)反應生成鹽,削弱光穩(wěn)定劑的作用。而硫酯或亞磷酸酯抗氧劑與胺類或者酚類抗氧劑一般又有很好的協(xié)同效應,即捕捉自由基和分解氫過氧化物并存,互相促進反而會提升各自的氧化效果。