СТАБИЛИЗАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ

Увеличение срока эксплуатации полимерных материалов в различных отраслях народного хозяйства без существенного изменения их физико-химических свойств¾одна из главных задач, стоящих перед специалистами. С целью предупреждения или торможения старения полимеров к ним добавляют различные стабилизаторы.

Стабилизаторы полимерных материалов, ингибиторы старения, вещества, тормозящие старение полимеров; подразделяются на несколько групп: антиоксиданты, термостабилизаторы, антиозонанты, светостабилизаторы, антирады.

Антиоксиданты повышают устойчивость полимеров к действию атмосферного кислорода, замедляя их термоокислительную деструкцию. Действие антиоксидантов напрвлено на разрушение перекисей, образующихся при окислении. Это выражается общей схемой:

ROO· + R¾H ® ROOH + R·

где R·¾стабильный малоактивный радикал.

В качестве антиоксидантов применяются ароматические амины (например, N-фенил-a (или b)-нафтиламины¾неозоны), производные парафенилендиамина и дифениламина; гидрохинолинов (например, 6-этокси-2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин); дифенолы, алкилфенолы, фенолы и бисфенолы (2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол и др.) (ионол), фосфиты (три-(n-нонилфенил)-фосфит , эфиры пирокатехинфосфористой кислоты). Строение этих соединений и определят их полезные свойства. Например, подвижный водород гидроксильной или аминогруппы ароматических аминов легко присоединяется к перекисному радикалу, образуя гидроперекись и стабильный малоактивный радикал, который уже неспособен продолжать реакционную цепь. Таким образом, антиоксидант замедляет реакцию окисления и удлиняет время минимального поглощения кислорода (период индукции).

Высокоактивным природным антиоксидантом является витамин Е (a-токоферол). К эффективным стабилизаторам процесса старения для полипропилена относятся производные ионола, синтезированные российскими химиками, например:

Изделия из полипропилена, стабилизированные этими антиоксидантами, можно эксплуатировать при 120 °С в течение очень длительно времени.

Разновидность антиоксидантов – антиозонаты. Антиозонанты, защищающие полимеры от атмосферного озона, могут действовать по различным механизмам. Так, химические антиозонанты (производные n-фенилен диамина, трибутилтиомочевина и др.) реагируют, например, с озоном и с продуктами озонолиза полимера; физические антиозонанты (главным образом смеси твёрдых парафиновых углеводородов кристаллической структуры) мигрируют на поверхность полимера, создавая т. о. барьер для его взаимодействия с озоном.

Светостабилизаторы. Светостабилизаторами (фотостабилизаторами) служат вещества, способные поглощать ультрафиолетовый свет или тормозить фотоокислительную деструкцию, вызываемую одновременным действием света и кислорода . Для повышения устойчивости полимеров к фотохимической деструкции используют такие органические соединения, которые способны преобразовывать (трансформировать) поглощаемую ими световую энергию (УФ - адсорберы). При этом излучаемая такими соединениями световая энергия должна быть намного меньше, чем при поглощении, то есть уже безопасной для полимера. Такими фотостабилизаторами, заранее вводимыми в полимер, могут быть могут быть производные оксибензофенона (2-окси-4-октил-оксибензофенон), эфиры салициловой кислоты (применяемые для светостабилизации полиолефинов и ПВХ), пиперидина (2,2,6,6-тетраметил-4-оксипиперидин) и ряд других.

Антирады. Стабилизаторы, которые тормозят старение полимеров под влиянием радиоактивных излучений, называют антирадами. Это, в основном, ароматические соединения с конденсированными ядрами, а также некоторые стабильные радикалы. Свойствами антирадов — ингибиторов радиационного старения — обладают некоторые ароматические углеводороды (например, нафталин, антрацен), а также вторичные ароматические амины и произволные n-фенилендиамина.

Механостабилизаторы. Для борьбы с механической деструкцией изделий, которые подвергаются переменной нагрузке могут использоватья стабилизаторы, способные улавливать свободные радикалы.

Вещества, используемые в качестве стабилизаторов полимерных материалов, должны удовлетворять ряду общих требований: хорошо диспергироваться в полимерах и, как правило, не мигрировать на их поверхность (исключение — антиозонанты), иметь низкую летучесть, не влиять на технологические режимы переработки полимеров и на специфические свойства изделий. Стабилизаторы, которые вводят в белые и цветные материалы, не должны изменять окраску последних. Содержание стабилизатора в полимере составляет в большинстве случаев 0,1—3,0%. При одновременном применении нескольких стабилизаторов полимерных материалов (обычно 2—3) часто наблюдается взаимное усиление их эффективности, т. н. синергизм.