实用塑料助剂手册 
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第二章 稳定剂

第一节 抗氧剂(防老剂)

一、简介

抗氧剂除了具有抑制高分子材料氧化这一主要功能之外,还兼具一系列辅助的但又是不可缺少的其他方面的性能(大致可分为化学、物理和毒性三个方面)。能否满足这些性能要求,往往是判断抗氧剂化合物是否具有实际应用价值的重要条件,但抗氧剂的这些辅助性能中究竟哪个更为重要,则取决于所要稳定的高聚物及其最终应用等具体情况。许多有特殊要求的塑料或添加剂(如用作食品的包装材料),其所用抗氧剂的毒性就成为其是否适用的至关重要的条件。不过,目前各国对毒性的评价和要求并不相同,而且对各种塑料毒性的评价标准往往也只是由各添加剂生产商提供。

(一)对化学性能的要求

1.污染性(变色性)

抗氧剂应该是无色的,且在长期使用后基质可能出现的色污现象应尽量地少。芳香胺类化合物由于具有较强的污染性,因此这类抗氧剂很少用于热塑性塑料。但采用受阻酚类抗氧剂时,往往也能观察到某些色污现象(一般出现泛黄现象)。从化学角度看,这是由抗氧剂的氧化产物造成的。因此,即使对某些基质如聚烯烃和聚缩醛等老化后不易变色的高聚物,在加用抗氧剂后也常见到变色现象。对于聚氨酯、聚碳酸酯和苯乙烯类高聚物等塑料制品,在采用可能具有污染性的添加剂之后,其基质的变色程度将会更加严重。然而,出现泛黄现象的起因是来自基质本身,还是添加剂,取决于实际的老化条件,如热、辐射、碱或可导致所谓“气体变色(gasfading)”的工业废气等。

在成型加工过程或老化试验中,抗氧剂所造成的色污一般并不主要,而对易变色的基质来说,则可因基质本身变色的内在因素而加重其污染性。在室外和耐候老化条件下,所观察到的变色效应是比较复杂的。取代酚与过氧化物自由基的反应产物的耐光性较低,通常在强光照(阳光直接照射或氙气灯照射试验)的条件下往往观察不到变色效应。然后,在非直接光照(如隔着玻璃的室内光线)的条件下,经过几周或几个月之后,就会出现一定程度的泛黄,但一旦处在强光短时间的照射之后,上述泛黄现象又会自行消失。由此可见,导致这种变色的原因是较为复杂的。不过,对于许多类型的变色均可通过添加某种亚磷酸酯或硫醚的办法予以克服。

2.热稳定性

抗氧剂应能适应塑料的合成和加工条件的要求。实际采用的各种抗氧剂在300~320℃的温度下,都具有令人满意的短时间热稳定性。

3.水解稳定性

某些工业抗氧剂属于有机羧酸酯类,这种抗氧剂中的酯基在一定的条件下不易水解。但是亚磷酸酯类抗氧剂的水解稳定性却差得多,因此,此类抗氧剂在储存和使用时对于其水解的可能性应予以足够的重视。为解决亚磷酸酯抗氧剂工业应用中可能出现的水解,一般可采取以下三种措施:尽量采用高纯度的芳香族亚磷酸酯抗氧剂,这是因为芳香族亚磷酸酯的水解稳定性优于脂肪族亚磷酸酯;通过掺合少量碱的办法改善其储存稳定性;设法掺合一定量的防水蜡或其他适当的憎水化合物。

(二)对物理性能要求

1.加工性能

工业用的抗氧剂形态,通常是温度达250℃时可自由流动的固体粉末或低粘度的液体。为确保储存和运输的稳定性,抗氧剂的熔点或软化点不应低于50℃。考虑到工业卫生的更高要求,最好采用无尘的配制工艺。

2.溶解性和乳化性

抗氧剂若在高聚物合成阶段投加,应采用适当的物理形态。例如以溶解于单体或聚合溶剂的形式进行添加。如果希望以液体形式投加抗氧剂,那么可用辅助抗氧剂(如亚磷酸酯或硫醚)作为其溶剂。对于ABS乳液聚合工艺,抗氧剂的投加方式最好是配制成乳剂。但对于高熔点的抗氧剂,上述施用方式就不大适用。

3.挥发性

抗氧剂若投加于高聚物生产的最后工序(如干燥和单体的脱除阶段),则要求抗氧剂不能因闪蒸挥发而损失。很多抗氧剂(如长效热稳定剂)多是在高聚物的成型加工阶段投加的,在这种情况下,要求抗氧剂不能因受热挥发或散发令人厌恶的臭味。大多数工业用的抗氧剂可完全满足这些要求。

4.抽出稳定性

抽出稳定性是一个很重要的指标。要求添加剂具备抽出稳定性的塑料制品,主要是一些室外用品和日用品(如洗衣机的零部件等)。此外,抽出稳定性也是毒性评价的一个因素。

近来有不少关于进一步改善添加剂抽出稳定性的报道,如合成分子量在3000及3000以上的齐聚物抗氧剂,就是通过接枝的办法,把抗氧剂键合在高聚物的分子链上;使抗氧剂与相应的单体经共聚反应连接在离分子的骨架上。然而,以上种种努力远未达到实用的要求。

5.相容性与迁移性

某些高聚物,在其表面有时可观察到添加剂析出的喷霜现象。对于低密度聚乙烯和聚氨酯来说,这种现象尤为明显。添加剂在高聚物中如果是呈过饱和的溶液并以很高的扩散速率向表面进行迁移,那么这时就可观察到上述的喷霜现象。其扩散系数取决于玻璃化温度等高聚物的性质和结晶度、取向度等大分子形态以及添加剂本身的固有特性。聚丙烯、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯对喷霜敏感度的比例关系,大致是1∶10∶100。

总之,理想的抗氧剂应符合以下要求:

1)抗氧化降解效能高。

2)与基体的相容性好。

3)对制品的物理、力学性能无不良影响。

4)热稳定性高,耐热性好。

5)挥发性小,扩散迁移适度,耐溶剂抽出性好。

6)不与其他助剂发生不良反应。

7)无毒,对人体无刺激,无异味,污染性小。

8)价廉易得。

二、主要品种与性能

(一)受阻酚类

1.2,6-二叔丁基对甲酚

性质 白色或淡黄色结晶粉末,遇光颜色变黄并逐渐加深。相对分子质量220.36,挥发性较大,相对密度1.048,熔点68~70℃,沸点257~265℃,闪点126.7℃,蒸气压0.27kPa(100℃)、4.0kPa(160℃),溶于芳香烃(简称芳烃)、甲醇、乙醇、丙酮、四氯化碳、乙酸乙酯、汽油等,不溶于水或稀碱液,无污染性。

用法及应用特点 本品是传统受阻酚类抗氧剂的一个重要品种,因生产简便、价格低廉、不污染制品而应用广泛。本品对热、氧具有一定的防护使用,也能抑制铜害,适用于PVC、PE、PP、PS、ABS、聚酯等,用量为0.01%~0.5%。缺点是防护效能不太高,在较高温度下加工时,易泛黄和挥发损失。

2.2,4,6—三叔丁基苯酚

性质 白色或淡黄色结晶粉末。相对分子质量262.43,熔点131~135℃,沸点277~278℃,水分<0.5%,灰分<0.5%,溶于烃类、甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、芳烃,不溶于水。

用法及应用特点 本品的防护作用与抗氧剂264相当,在塑料中可用于聚苯乙烯和聚烯烃,无污染,不变色,价格低廉,一般用量0.1%左右。

3.2,6-二(十八烷基)-4-甲基苯酚

性质 黄色黏稠液体,相对分子质量613.23,可溶于非极性溶剂中。

用法及应用特点 本品作为抗氧剂,可用于聚烯烃类树脂,在聚丙烯中抗热氧老化颇为有效,不污染制品,加工挥发性小。

4.苯乙烯化苯酚

性质 浅黄或浅琥珀色黏稠液体。沸点>250℃,相对密度1.07~1.09,折射率1.5985~1.6020(25℃),溶于芳烃、甲醇、乙醇、丙酮、三氯乙烷等,难溶于汽油,不溶于水。

用法及应用特点 本品的抗氧化效能中等,在聚烯烃、聚苯乙烯、聚氯乙烯等塑料中有抗热氧老化作用,不污染制品,容易分散,在水中易形成乳化液。

5.5-甲基-4,6-二壬基酚

性质 浅灰色粉末。相对分子质量360.69,溶于烃类溶剂,不溶于水。

用法及应用特点 本品可用于塑料、橡胶和乳胶制品,在户外暴露下,有良好的不变色特性,抗热氧老化性优良。

6.4-羟甲基-2,6-二叔丁基苯酚

性质 白色结晶粉末。相对分子质量236.39,熔点140~141℃,沸点162℃(346.6Pa),在溶剂中的溶解度(20℃):乙醇23.4%、甲乙酮34.2%、异戊烷0.5%、丙酮37.1%、苯7.2%、水<0.0035%。

用法及应用特点 本品可以作为天然橡胶、合成橡胶以及塑料的抗氧剂,适用于制造浅色制品。

7.2,6-二叔丁基-α-二甲氨基对甲酚

性质 白色或浅黄色结晶粉末。相对分子质量263.46,熔点94℃,沸点179℃(5332.8Pa),相对密度0.970,在溶剂中的溶解度(20℃):甲苯22%、乙醇28%、氢氧化钠(1%)<0.002%、水<0.0007%。

用法及应用特点 本品可以作为天然胶乳和合成胶乳的防老剂及聚烯烃的抗氧剂,无污染,不变色,分散性好,热稳定性优良。

8.叔丁基羟基茴香醚

性质 化学组成为2-叔丁基-4-羟基苯甲醚+3-叔丁基-4-羟基苯甲醚,白色或略显黄色的粉末,有特殊气味,市售产品是(Ⅰ)、(Ⅱ)两种异构体的混合物。相对分子质量180.27,熔点:异构体(Ⅰ)纯品的熔点为64℃,随着两种异构体含量的变化,熔点也随着改变,当异构体(Ⅰ)的含量为95%、90%、80%时,其混合物BHA的熔点分别为62℃、57℃、54℃。沸点264~267℃(9.77×104Pa),溶于丙二醇、乙醇,不溶于水。

用法及应用特点 本品可用于聚烯烃、聚苯乙烯、聚氯乙烯、纤维素等方面。

9.1-羟基-3-甲基-4-异丙基苯

性质 白色针状结晶。相对分子质量150.24,熔点111~112℃,沸点244℃,易溶于醇,难溶于水。

用法及应用特点 本品可用作橡胶和塑料的抗氧剂,与金属皂类热稳定剂并用于聚氯乙烯,有协同效应。

10.2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚

性质 灰白色结晶粉末。相对分子质量234.39,熔点44~45℃,相对密度0.927,溶于苯、甲苯、己烷、丁醇等,不溶于水。

用法及应用特点 本品热稳定性甚好,可用作聚丙烯、聚乙烯的抗氧剂。

11.2,6-二叔丁基-4-正丁基苯酚

性质 淡黄色液体。相对分子质量262.48,凝固点-26℃,相对密度0.918,溶于苯、甲苯、乙醇、丁醇、己烷,不溶于水。

用法及应用特点 本品热稳定性好,可作为聚乙烯、聚丙烯的抗氧剂。

12.2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚

性质 淡黄色液体。相对分子质量178.27,沸点250℃,相对密度0.96~0.97,溶于芳烃、甲醇、乙醇、己烷等有机溶剂,不溶于水或稀碱液。

用法及应用特点 本品作为液状聚合物(三聚丙烯、二聚异丁烯、四聚丙烯等)的抗氧剂,能防止凝胶的生成。

13.3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯

性质 白色或微黄色结晶粉末。相对分子质量372.4,熔点159~161℃,溶解度:甲醇62g/100g溶剂、氯仿50g/100g溶剂、苯33g/100g溶剂、丙酮27g/100g溶剂、正己烷0.6g/100g溶剂、水0.01g/100g溶剂。

用法及应用特点 本品为含磷受阻酚抗氧剂,适用于聚酰胺、聚酯等多种塑料,抗热氧老化效能显著,并可防止催化剂残余物所引起的着色。

14.3,5-二叔丁基-4-羟基-苯丙酸C7~C9支链烷基酯

性质 无色或微黄色液体。相对分子质量390.61,密度0.95~1.00g/cm3,熔点<10℃,沸点>200℃,溶于有机溶剂,不溶于水。

用法及应用特点 本品为酚类抗氧剂。适用于液体、乳液、悬浮液、溶液及熔体的场合,特别适用于多元醇和聚氨酯,在聚氨酯软质泡沫塑料中防烧芯效果优良。

15.β-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯基)丙酸正十八酯

性质 白色或微黄色结晶粉末。相对分子质量530.87,熔点49~52℃,23℃时的溶解度:甲醇0.6g/100g溶剂、苯65.7g/100g溶剂、环己烷52.2g/100g溶剂、丙酮14.9g/100g溶剂、棉籽油0.3g/100g溶剂、矿物油0.6g/100g溶剂,不溶于水。

常见质量指标如下:含量≥99.0%,透光率(10g/100mL甲苯)≥97%(425nm)、≥98%(500nm),挥发分≤0.2%,灰分≤0.1%,色度(APHA)(10g/100mL甲苯)≤50。

用法及应用特点 本品作为抗氧剂和热稳定剂,无污染,不着色,挥发性小,是耐水抽提的优良酚类抗氧剂之一,用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚氯乙烯、尼龙、聚酯、聚氨酯、纤维素塑料,相容性好,抗氧效能高,一般用量为0.1%~0.5%,与紫外线吸收剂并用有协同效应,也常与硫代二丙酸二月桂酯并用以进一步提高抗氧效能。

16.环己基-β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯

性质 白色粉末,相对分子质量360.54,熔点75~76℃,易溶于苯、甲苯、甲醇和乙醇。

用法及应用特点 本品是高分子材料的热、光和氧老化的防止剂,与抗氧剂DLTD-PH、三烷基亚磷酸酯或三烷基硫代亚磷酸酯并用有协同效应,也可与其他抗氧剂、稳定剂或紫外线吸收剂并用,用量一般为0.05%~2%。

17.2,5-二叔戊基-氢醌

性质 粉末。相对分子质量250,熔点177~179℃,溶解度:水<0.1g/100g溶剂、正己烷0.1g/100g溶剂、甲醇0.4g/100g溶剂、丙酮22g/100g溶剂。

用法及应用特点 适用于PVC、弹性体。

18.4,6-二(辛基巯基甲基)邻甲酚

性质 低粘度的淡黄色液体。相对分子质量424.7,熔点约14℃,闪点>200℃,密度0.98g/cm3(20℃),蒸气压<2×10-5Pa(25℃),动力学粘度85~90mPa·s(20℃)。

用法及应用特点 本品对聚烯烃具有加工过程中和长期热老化过程中的耐热、氧降解性能,适用于塑料、弹性体、粘合剂、密封胶、油脂和润滑剂等,尤其是在以溶液聚合和乳液聚合的聚合物和热塑性弹性体如BR、SBR、NBR、IR、SBS、SIS等中效果较好,推荐用量为0.05%~0.3%。

19.4,4′-双(2,6-二叔丁基苯酚)

性质 浅黄色结晶粉末,无臭。相对分子质量410.68,相对密度1.029,熔点186℃,溶于异戊烷、甲苯、乙醇中,不溶于水、碱类溶液中。

用法及应用特点 本品无污染,不着色,用作聚乙烯、聚丙烯的热稳定剂,用量为0.5~1份。

20.2,2′—亚乙基-双(4,6-二叔丁基苯酚)

性质 粉末或粉粒。相对分子质量439,熔点162~166℃,溶解度:水0.03g/100g溶剂、正己烷18g/100g溶剂、乙醇6g/100g溶剂、丙酮>100g/100g溶剂、甲苯44g/100g溶剂。

用法及应用特点 适用于PE、PP、PS、PVC、弹性体。

(二)胺类

1.N-环己基-N′-苯基对苯二胺

性质 灰白色或灰紫色粉末。熔点>112℃,相对密度1.29,易溶于丙酮、苯、乙酸乙酯、二氯甲烷,溶于四氯化碳和乙醇,微溶于庚烷和汽油,不溶于水和酸,暴露于空气中及受日光照射后颜色加深,但效力不减。

用法及应用特点 本品为污染性抗氧剂,适用于聚丙烯、聚酰胺和聚乙烯等,不适用于浅色或艳色制品。

2.N,N′-二-β-萘基-对苯二胺

性质 浅灰白色粉末。相对分子质量360.46,熔点约230℃,相对密度1.26~1.28,灰分<0.5%,溶于苯、氯仿、丙酮和二硫化碳,微溶于汽油、乙醇,不溶于水。

用法及应用特点 本品作为通用型胺类抗氧剂,除具有优良的抗氧效能外,还有良好的热稳定作用和抑制铜、锰等有害金属的功能,适用于聚乙烯、聚丙烯、抗冲击聚苯乙烯、ABS树脂、聚甲醛和聚酰胺等,一般用量为0.3%~1%。

3.N-苯基丙胺与2,2,4-三甲基戊烯的反应产物

性质 淡黄色液体。相对分子质量393,熔点0~5℃,沸点>300℃,溶于常用有机溶剂,不溶于水。

用法及应用特点 本品为液体芳香胺抗氧剂,适用于多元醇的生产、储存和加工的抗氧化处理,特别是与酚类抗氧剂和亚磷酸酯抗氧剂合用可有效防止聚氨酯软质泡沫塑料的烧芯问题。

4.N-苯基-α-萘胺

性质 淡黄色或紫色块状物或粒状物。相对分子质量219.3,熔点>50℃,相对密度1.16~1.22,闪点188℃,易溶于丙酮、苯、乙酸乙酯、乙醇、四氯化碳和氯仿,微溶于汽油,不溶于水。

用法及应用特点 本品为污染性抗氧剂,对氧、热和屈挠引起的老化有防护效能,对有害金属亦有一定的抑制作用,适用于聚乙烯,做电线和电缆料,与N,N′-二苯基对苯二胺并用有协同效应,一般用量为0.1%~0.5%。

5.N,N′-二苯基对苯二胺

性质 浅灰色片状结晶。相对分子质量260.34,熔点>136℃,沸点282℃(1.066kPa),相对密度1.22~1.31,溶于丙酮、苯、甲苯、二氯乙烷、二硫化碳和氯仿,微溶于乙醇和汽油,不溶于水。

用法及应用特点 本品为污染性抗氧剂,可用于聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚甲醛和ABS树脂等。

6.N-异丙基-N′-苯基对苯二胺

性质 灰紫色或紫褐色片状物。相对分子质量226.31,熔点72~75℃,相对密度1.01~1.07(25℃),灰分<0.5%,溶于苯、丙酮、乙醇、四氯化碳、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、二硫化碳和吡啶,微溶于二甲苯、环己烷、乙二醇、异丙醇和汽油,不溶于水和碱水溶液中。

用法及应用特点 本品具有抗氧、抗臭氧、抗屈挠龟裂、抗日晒龟裂和抑制铜、锰等有害金属离子的作用,适用于聚乙烯和聚丙烯等。本品因有污染性,不适用于浅色制品。

7.N,N′-双(1,4-二甲基戊基)对苯二胺

性质 红褐色液体,微具特殊气味。相对分子质量304.52,相对密度0.90~0.91,流动点-28.9℃,闪点(开杯法)203.3℃,折射率1.5102(25℃),加热损失<0.5%(10℃,2h),溶于苯、乙醇和乙醚,不溶于水和10%NaOH溶液。

用法及应用特点 本品污染性较大,适用于聚乙烯和聚丙烯等,不适用于浅色或艳色制品。

8.N-(1,3-二甲基丁基)-N-苯基对苯二胺

性质 灰黑色结晶固体或鳞片状物。相对分子质量268.41,熔点44~50℃,相对密度0.986~1.000(60℃),灰分<0.1%,加热损失<1%(70℃,3h),溶于苯、丙酮、乙酸乙酯、甲苯、乙醇和二氯乙烷,不溶于水和环己烷。

用法及应用特点 本品有抗臭氧、抗屈挠龟裂和抑制铜、锰等有害金属的作用,适用于聚乙烯和聚丙烯等。本品的污染性比较严重,不适用于浅色制品。

9.2-巯基苯并咪唑

性质 白色或淡黄色粉末。相对分子质量150.2,熔点290℃,相对密度1.42,灰分≤0.5%,加热失重≤0.5%。

用法及应用特点 本品作为辅助抗氧剂,主要适用于合成橡胶及天然橡胶,以增加其耐热性。

10.4,4′-双[4-(1-苯基-异丙基)-苯基]胺

性质 熔点98~100℃。

用法及应用特点 本品为高效不变色的非污染性芳香胺类抗氧剂,特别适用于聚合物高温加工并具有长效热稳定性,与酚类产品有显著的协同作用。

11.2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体

性质 熔点120~125℃。

用法及应用特点 本品为非常优秀的加工和长效型热稳定剂,特别适用于用炭黑填充的黑色体系,如电线和电缆、农膜等乙丙聚合物。

12.二苯胺和丙酮的反应物

性质 熔点85~95℃

用法及应用特点 本品为经济型、具有协同效应作用的抗氧剂,可用于尼龙和其他炭黑填充的聚烯烃。

13.Genox EP

性质 熔点90℃。

用法及应用特点 本品为特别高效的熔融型加工稳定剂,可提供极佳的熔体指数稳定性和颜色稳定性。

14.二芳基胺酮反应物和N,N′-二苯基对苯二胺的混合物

性质 熔点87℃。

用法及应用特点 本品为高性能热稳定剂,尤其是作为长效热稳定剂用于尼龙和炭黑。

(三)亚磷酸酯类

1.亚磷酸三苯酯

性质 无色微带臭味透明液体。相对分子质量310.29,相对密度1.183~1.188(20~25℃),凝固点20~24℃,折射率1.588~1.590(25℃),含氯化物<0.1%,溶于醇、苯、丙酮、不溶于水。

用法及应用特点 本品用作聚烯烃、聚有机硅氧烷、环氧树脂的辅助热稳定剂,在各种聚氯乙烯制品中作螯合剂,可使制品保持其透明度,并抑制颜色的变化。

2.二苯基异辛基亚磷酸酯

性质 常温下为无色或微黄色透明的油状液体,有特殊的酯香味。相对分子质量346.4,熔点-5℃,沸点148~156℃(26.66Pa),相对密度1.050(20℃),折射率1.5207~1.5288(27.4℃),酸值<0.5mgKOH/g,溶于苯和乙醇,不溶于水。

用法及应用特点 本品作为辅助抗氧剂,在聚丙烯中与受阻酚类抗氧剂并用,还可用作聚氯乙烯和其他共聚物的辅助抗氧剂。本品和金属盐或皂并用(用量一般为0.5%2%)可以显著地改进聚氯乙烯制品的颜色,增加透明度,提高其耐光性和耐候性。本品在ABS树脂中可作为热稳定剂。

3.亚磷酸三(壬基苯基)

性质 琥珀色黏调液体。相对分子质量689.01,相对密度0.97~0.99,折射率1.520~1.526,可溶于丙酮、乙醇、苯、四氯化碳,不溶于水,但可水解,特别是在酸性介质中。储藏稳定。

用法及应用特点 本品是不着色的稳定剂,适用于聚氯乙烯、抗冲聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS树脂、聚酯和环氧树脂等,热稳定效能高,高温加工和使用过程中不变色,与酚类抗氧剂并用有协同效应,一般用量为0.1%~0.3%。

4.亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯

性质 白色可流动粉末。相对分子质量647,熔点182~187℃,色度(APHA)50,闪点225℃,相对密度1.03(20℃),磷含量4.9%,挥发分<0.5%,水解稳定性好,在溶剂中的溶解度(20℃):二氯甲烷36g/mL溶剂、丙酮1g/mL溶剂、正己烷11g/mL溶剂、乙酸乙酯4g/mL溶剂、苯34g/mL溶剂、氯仿36g/mL溶剂、甲醇<0.01g/mL溶剂、水<0.01g/mL溶剂。

常见质量指标如下:熔点183.0~186.0℃,透光率(10g/100mL甲苯)≥97%(425nm)、≥98%(500nm),挥发分≤0.3%,固含量≥99.0%。

用法及应用特点 本品为辅助抗氧剂,常和Irganox 1010、Irganox 1076以及Cyanox1790等并用。本品作为复合抗氧剂用于聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺和聚酯等。本品用于聚丙烯,作为加工稳定剂,可防止加工温度下的热降解,一般用量为0.05%~0.25%,常和主抗氧剂并用,使聚丙烯在加工后具有长效热稳定性,在耐候配方中,也是常用的一个组分。本品用于高密度聚乙烯,作为加工稳定剂,一般用量为0.03%~0.15%,也和主抗氧剂并用于长效稳定和耐候配方中。本品用于低密度聚乙烯,为防止喷霜现象,用量不超过0.1%。本品用于苯乙烯-丙烯腈共聚物,和抗氧剂1076并用,可有效地防止加工时的泛黄现象。本品用于尼龙6和尼龙66,用量为0.2%~0.4%,加工后黄度指数明显下降。本品用于聚碳酸酯,用量为0.05%~0.15,可防止加工后的泛黄。本品还可用于线型聚酯、均聚甲醛和共聚甲醛等。

5.2,2′,2″-次氮基三乙基-三(3,3′,5,5′-四叔丁基-1,1′-二苯基-2,2′-二基)亚磷酸酯

性质 白色粉末。相对分子质量1465,熔点205℃,溶于己烷、甲苯,具有优良的水解稳定性。

用法及应用特点 本品为新型亚磷酸酯类抗氧剂,具有优良的水解稳定性,优良的颜色稳定性和熔体流动速率稳定性,特别适用于作为高性能塑料的加工稳定剂。本品与酚类抗氧剂合用,可用于聚烯烃、聚酯、苯乙烯类聚合物、弹性体、粘合剂等领域。

6.双[2-甲基-4,6-二(1,1-二甲基乙基)苯酚]亚磷酸乙基酯

性质 白色粉末。相对分子质量514,熔点89~92℃,溶于环己烷和己烷、甲苯、丙酮等有机溶剂。

用法及应用特点 本品为新型亚磷酸酯类抗氧剂,具有优良的水解稳定性、低熔点、优良的颜色稳定性和熔体流动速率稳定性,特别适用于局部施加抗氧剂的方法。本品与酚类抗氧剂合用,可用于聚烯烃、聚酯、苯乙烯类聚合物、弹性体、粘合剂等领域。

7.亚磷酸双酚A酯

性质 松香状透明块状固体。相对分子质量712,熔点63~74℃,磷含量3.8%~4.1%,酸值<2.0mgKOH/g,溶于乙醇、乙醚和酮类等有机溶剂,不溶于水。

用法及应用特点 本品耐高温,耐水解,适用于聚烯烃、聚酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯以及合成纤维等。

8.亚磷酸-苯二异辛酯

性质 无色透明液体。相对分子质量370,相对密度0.942(25℃),折射率1.4791(20℃),沸程148~156℃(8Pa)。

用法及应用特点 本品作为辅助抗氧剂,适用于聚氯乙烯等,也是聚氯乙烯螯合剂,可用于塑料医疗器械。

9.亚磷酸三(2-氯乙酯)

性质 透明液体。相对分子质量269.5,相对密度1.358(20℃),闪点240℃,折射率1.4737,酸值<1.0mgKOH/g。

用法及应用特点 本品作为抗氧剂,无污染,透明性好,有阻燃性,适用于聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯和聚酰胺等。

10.亚磷酸三丁酯

性质 透明液体。相对分子质量250.3,相对密度0.924,沸点125℃。

用法及应用特点 本品作为抗氧剂,适用于聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯和聚酰胺等。

11.亚磷酸三异癸酯

性质 无色透明液体。相对分子质量517.5,色度(APHA)<30,酸值<0.05mgKOH/g,磷含量6.2%,相对密度0.884~0.904(25℃/15.5℃),粘度11.6mPa·s(38℃)、7.8mPa·s(99℃),沸点180℃(13Pa),闪点(开杯法)235℃,着火点252℃,折射率1.4530~1.4610(25℃),溶于大多数普通有机溶剂,不溶于水。

用法及应用特点 本品作为辅助抗氧剂,适用于聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等。

12.四(2,4-二叔丁基苯基-4,4′-联苯基)双磷酸酯

性质 白色粉末。相对分子质量1034,熔点85~110℃,溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯以及苯乙烯,不溶于水。

用法及应用特点 本品为塑料用高温抗氧剂,稳定性好,高达350℃不分解,挥发性低,不污染,不变色,不易水解,适用于聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚碳酸酯、聚酯、尼龙等多种塑料,用量0.1%~0.3%。本品常与主抗氧剂并用,可提高抗热氧老化效能。

13.季戊四醇双亚磷酸酯二(十八醇)酯[约含1.0%(质量分数)]的三异丙醇胺

性质 白色薄片或磨碎的粉末。相对分子质量732,磷含量7.2%~7.8%,相对密度0.920~0.935(60℃/15.5℃),表观密度0.397g/mL(片状),熔点40~70℃,最大酸值1.0gKOH/g,折射率1.4560~1.4590(60℃),闪点(PM)188℃。

用法及应用特点 本品可改进聚丙烯加工的稳定性。它可保持熔体流动,改善染色性能,提高热稳定性。本品与光稳定剂如二苯酮、苯并三唑和受阻胺一起并用时,有协同效应。本品加入三异丙醇胺主要用于改善水解稳定性。

14.亚磷酸4,4′-二亚异丙基双酚C10~C16烷基酯

性质 浅黄色黏稠液体。相对密度(d2205)0.960~0.980,磷含量5.2%~5.9%,溶于甲苯、石油醚、三氯甲烷、乙酸乙酯,微溶于热乙醇、丙酮。

用法及应用特点 本品可作为各种高聚物的抗氧剂、热稳定剂和加工稳定剂,广泛用于PVC、PET、ABS、尼龙、PPO、PBT合金以及聚烯烃、聚苯乙烯和其他塑料制品中,能使制品保持透明度,抑制颜色的变化,增加抗氧化性能和光稳定性。

15.多烷基双酚A亚磷酸酯双聚体和三聚体的复合物

性质 浅黄色黏稠液体。相对密度(d2205)0.970~0.995,粘度2100~2800mPa·s,磷含量5.3%~5.8%,溶于甲苯、石油醚、三氯甲烷、二氧六环、正庚烷、乙酸乙酯,微溶于热乙醇、丙酮。

用法及应用特点 本品是具有优良性能的亚磷酸酯类抗氧剂,可作为高聚物的辅助抗氧剂和热稳定剂,广泛用于PVC、PET、ABS、PPO、PBT合金以及聚烯烃、尼龙、聚苯乙烯和其他聚合物中,可有效改善制品的光稳定性、加工稳定性、强度以及颜色稳定性和透明性,延长制品的寿命。本品具有稳定高聚物熔融粘度的特殊功效。

(四)其他抗氧剂

1.硫代二丙酸二月桂酯

性质 白色粉末或鳞片状结晶固体。相对分子质量514.84,熔点38~40℃,溶于苯、甲苯、丙酮、汽油,不溶于水。

常见质量指标如下:含量≥99.0%,酸值≤0.05mgKOH/g,色度(Pt-Co)≤60,挥发分≤0.05%,灰分≤0.01%,铁含量≤3×10-6

用法及应用特点 本品为优良的辅助抗氧剂,不着色,无污染,与主抗氧剂并用广泛用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS树脂等。本品单用时效能较低,与酚类抗氧剂和紫外线吸收剂并用有协同效应。本品一般用量为0.01%~2%,储运时不宜曝晒或高温储存,应放置在阴凉干燥、通风的地方。

2.硫代二丙酸二(十三)酯

性质 无色或淡黄色透明液体。相对密度0.936(25℃),熔点<-24℃,沸点265℃,溶于甲苯、正庚烷、甲乙酮、乙酸乙酯,不溶于水。

用法及应用特点 本品作为液体辅助抗氧剂,使用方便,溶解性好,适用于聚烯烃、ABS树脂和聚氯乙烯,与酚类抗氧剂并用有协同效应。

3.硫代二丙酸二(十四)酯

性质 白色结晶粉末或鳞片状物。相对分子质量570.97,熔点49~54℃,酸值<0.5mgKOH/g,相对密度0.914(4℃),溶解度见表2-1。

表2-1 硫代二丙酸二(十四)酯的溶解度

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用法及应用特点 本品为辅助抗氧剂,适用于聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃和ABS树脂、聚氯乙烯、纤维素塑料等。本品抗氧效能和相容性较好,与DLTDP类似。

4.硫代二丙酸二(十八)酯

性质 白色结晶絮状体。相对分子质量683.18,熔点63~69℃,易溶于醇类、丙酮、乙醚,不溶于冷水。

常见质量指标如下:含量≥99.0%,酸值≤0.05mgKOH/g,色度(Pt-Co)≤60,挥发分≤0.05%,灰分≤0.01%,铁含量≤3×10-6,皂化值160~170mgKOH/g。

用法及应用特点 本品为辅助抗氧剂,使用效果比DLTDP好,但与树脂相容性较DLTDP差些,可用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS树脂、合成橡胶和油脂,一般用量为0.1%~1%。本品不着色,无污染,与主抗氧剂1010、1076、CA和紫外线吸收剂等并用,有协同效应。

5.硫代二丙酸酯聚酯

性质 膏状固体。色度(加德纳)2号,酸值2.5mgKOH/g,闪点249℃。

用法及应用特点 本品用作抗氧剂,可用于聚丙烯和其他聚α-烯烃中。本品作为辅助抗氧剂组分与酚类主抗氧剂配合使用,能够与多数酚类抗氧剂和紫外线吸收剂配合而有效地发挥功能。因本品为低分子量的聚合物,故呈现出非常好的耐高温特性和抗水抽提性能,特别适用于易受水浸渍或在严格气候条件下使用的聚烯烃产品。

6.硫代二丙酸月桂酯-硬脂酸混合酯

性质 流散性白色结晶性片状和粉末。相对密度1.02(25℃),色度(APHA)≤50,酸值≤0.6mgKOH/g,溶解度:95%乙醇0.05g/100g溶剂、乙酸乙酯1.7g/100g溶剂、正庚烷4.4g/100g溶剂、甲乙酮1.8g/100g溶剂、甲苯42.9g/100g溶剂。

用法及应用特点 建议本品用于HIPS。

7.四(十二烷基巯基丙酸)季戊四醇酯

性质 熔点47℃。

用法及应用特点 本品挥发性极低,为超高分子量的有机硫代酯类抗氧剂,与主抗氧剂协同使用时,有极好的长效热稳定作用。

8.布他散

性质 熔点107℃。

用法及应用特点 本品为含有二硫代氨基甲酸盐基团的非变色和非发雾型通用型辅助抗氧剂。

9.2-叔丁基-6-(3-叔丁基-2-羟基-5-甲基苯基)甲基-4-甲基苯基丙烯酸酯

性质 白色至灰白色流散性颗粒。相对分子质量394,熔点128~132℃,闪点200℃,蒸气压<1.1×10-6Pa(20℃),挥发性(TGA,空气中,20℃/min,质量损失)1%(190℃)、10%(245℃)。

用法及应用特点 常用的受阻酚类抗氧剂,抗氧效能主要表现在捕获聚合物过氧自由基,但对无氧条件下热解产生的聚合物自由基、烷基自由基捕获能力低。本品分子中同时具有酚羟基和丙烯酸酯基两个活性基团,且所处位置有利于形成分子内氢键,可通过共轭加成捕获聚合物自由基、烷基自由基,最后生成稳定的苯氧自由基,从而有效地防止聚合物的热老化,热老化性能明显优于1076。本品在高温加工条件下和厌氧状态下的效果极为突出,可用作链终止剂、凝胶抑制剂、高剪切条件下的热稳定剂。本品适用于所有的热塑性塑料、弹性体、粘合剂和聚合物混合物,对于含有烯基、丁烯基或苯乙烯基的聚合物、弹性体、粘合剂、改性HIPS、ABS、BR、HR、乳化SBR、溶剂化SBR、SBR橡胶、SBS、SEBS、EPDM、EPM、MBS、MABS、SMA、丙烯酸酯、萜烯树脂、松香树脂等具有特殊的效果,推荐用量为0.05%~0.5%。

10.2,4-二叔戊基-6-[1-(3,5-二叔戊基-2-羟基苯基)乙基]苯基丙烯酸酯

性质 相对分子质量548,熔点119~121℃。

用法及应用特点 本品利用分子中同时存在的酚羟基和丙烯酸酯基形成分子内氢键,在无氧加工条件下产生的聚合物自由基首先加成到双键上,通过分子异构化形成稳定的苯氧自由基,防止聚合物的热老化。本品除可用于丁二烯类橡胶外,还可望在聚烯烃中广泛使用,抗热老化性能优于抗氧剂GM,且耐氧化着色性能得到了明显改善。

11.1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)均三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)三酮

性质 白色结晶粉末。相对分子质量784.1,熔点218~225.5℃,相对密度1.03(25℃),透光率≥95%(425nm)、≥97%(500nm),溶解度见表2-2。

常见质量指标如下:熔点218~223℃,固含量≥98.0%,透光率(10g/100mL甲苯)≥93%(425nm)、≥95%(500nm),挥发分≤0.2%,灰分≤0.05%。

用法及应用特点 本品为具有三官能团的大分子型受阻酚抗氧剂,无污染,不着色,挥发性极小,迁移性小,耐水抽提性好,可给予塑料优良的耐热氧老化性能,使用时与光稳定剂、辅助抗氧剂并用有协同效应,适用于聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚酯、尼龙、聚氯乙烯、聚氨酯、纤维素塑料和合成橡胶,在聚烯烃中效果更为显著,一般用量为0.1%~0.25%。

表2-2 1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)均三嗪-2,4,6-

(1H,3H,5H)三酮的溶解度

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12.1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮

性质 灰白色粉末。相对分子质量699,密度1.1g/cm3,体积密度0.6g/cm3,熔点159~162℃,闪点276℃,挥发性(TGA)10%(354℃),溶解度(25℃):苯乙烯>10g/100g溶剂、甲苯>10g/100g溶剂、甲乙酮>10g/100g溶剂、正庚烷1.2g/100g溶剂、乙二醇1.9g/100g溶剂、乙醇4.6g/100g溶剂、甲醇1.1g/100g溶剂,不溶于水。

用法及应用特点 本品是一高效自由基捕捉剂,无污染,不着色,挥发性极低,最低的水分携带作用,具有优异的抗气熏褪色性质,为弹力纤维、聚酰胺和聚烯烃提供特别的加工性能和长期稳定性。本品适用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚酯、纤维素树脂等,对聚丙烯的防护效果尤佳,仅用0.02%~0.1%即可有效地抑制其在高温下加工及使用过程中的热氧化降解,与硫代二丙酸酯类抗氧剂并用有协同效应。本品耐水性好,耐洗涤液抽出性高,可用于洗衣机配件、PE膜、扁丝、注塑和滚塑、片材、茂金属PP膜、扁丝、纤维、TPO。

13.六氢-1,3,5-三[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]-均三嗪

性质 白色固体粉末。相对分子质量861,熔点224~226℃,分解温度>318℃,易溶于丙酮、乙醚、氯仿、芳烃等有机溶剂,微溶于脂肪烃和醇类,不溶于水。

用法及应用特点 本品为高效抗氧剂,具有挥发性低,无污染,多官能团等特点,适用于聚烯烃、聚甲醛、尼龙、聚酯等塑料,尤其对纤维和薄制品更为有效。

14.2-正辛基硫代-4,6-双(4′-羟基-3,5-二叔丁基苯氧基)-1,3,5-三嗪

性质 白色结晶粉末。相对分子质量665.97,熔点135~140℃,溶于丙酮、苯,微溶于甲醇,不溶于水。

用法及应用特点 本品用作抗氧剂和光、热稳定剂,是聚丙烯、ABS树脂的优良稳定剂,与硫代二丙酸二月桂酯并用有协同效应,用量为0.1%~0.5%。本品也可用于聚乙烯、聚氯乙烯、改性聚苯乙烯、聚氨酯和尼龙,用量为0.1%~1%。

15.2,4,6-三[2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-4-甲基-6-叔丁基酚基]-氰尿酸酯

性质 固体粉末。相对分子质量1096.5,熔点228.5~230.8℃。

用法及应用特点 本品耐热性能高,耐抽出,可用作塑料和橡胶抗热氧化和抗光氧化的稳定剂。

16.2-(4-羟基-3,5-二叔丁基苯氨基)-4,6-双(正辛基硫代)-1,3,5-三嗪

性质 白色结晶粉末。相对分子质量589,熔点93~98℃,溶于多种有机溶剂和油类,不溶于水,溶解度(23℃):甲醇1.4g/100h溶剂、苯43.4g/100g溶剂、棉籽油1.1g/100g溶剂、丙酮20.2g/100g溶剂、己烷9.1g/100g溶剂、矿物油0.6g/100g溶剂。

三、抗氧剂在塑料稳定化中的应用

(一)在聚乙烯中的应用

1.高密度聚乙烯(HDPE)

与聚丙烯相比,高密度聚乙烯对氧化作用的敏感性要差些,所以需要添加稳定剂的量通常也比较少。但抗氧剂的施用时间,与聚丙烯一样均可投加于树脂的合成直至造粒各个工序。关于对抗氧剂的着色性、相容性、挥发性、稳定性等方面的性能要求则完全与聚丙烯的情况一样。

(1)在成型加工时,高密度聚乙烯的稳定处理 高密度聚乙烯制品的成型加工温度通常为180~280℃。以齐格勒-纳塔工艺生产的高密度聚乙烯,在成型加工期间其熔体指数总要增大(类似于聚丙烯,在热加工时可导致高聚物分子链产生断裂)。但是,采用菲利浦工艺生产的高密度聚乙烯,热加工主要是导致分子链发生交联作用,因而出现熔体指数降低的现象。关于抗氧剂应用技术与聚丙烯是一样的。中、高分子量酚类抗氧剂也可作为长效热稳定剂应用,其用量通常为0.03~0.15%。表2-3列出了用于高密度聚乙烯的各种热稳定剂的用量范围。与聚丙烯的情况相类似,采用齐格勒-纳塔催化体系聚合所得到的高密度聚乙烯,经过多次挤出(φ25mm单螺杆挤出机,L/D=20,最高温度240℃),熔体指数增高。对于菲利浦工艺生产的高密度聚乙烯,在熔体指数测定仪中进行(230℃,负荷325g)熔体停留时间的试验,结果表明:随着停留时间的延长,熔体指数相应下降。

(2)高密度聚乙烯的长效热稳定剂 高密度聚乙烯热氧化稳定性的测试方法与聚丙烯基本上相同,即老化试验都是在老化箱中进行的,试验的终点(老化寿命)可通过简单的人工弯曲试验,观察其开始出现脆裂的时间予以判断。可采用的稳定剂也跟聚丙烯的情况类似或完全一样。但用量要少得多,一般均低于0.1%。同时,习惯上也用硫醚、亚磷酸酯等辅助稳定剂。

(3)高分子量高密度聚乙烯的加工稳定剂 近年来,令人注目的是市场上出现了相对分子质量在100万和100万以上的高密度聚乙烯产品。这种高分子量的高密度聚乙烯具有良好的力学性能,适合于生产大型容器和高强度薄膜。这种树脂的加工温度应高达220~260℃,而且在该温度下需较长的加工停留时间。显然,在如此苛刻的加工条件下,要求树脂具有极良好的加工稳定性。否则,一旦出现轻度的交联或大分子链降解现象,就不可能生产出完全符合性能指标要求的制品。

表2-3 用于高密度聚乙烯热稳定剂的用量范围

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酚类抗氧剂与亚磷酸酯或膦酸酯并用的办法在聚丙烯的加工稳定处理中是极为重要的。对于高分子量的高密度聚乙烯的加工稳定处理,这种并用的办法更是目前唯一实用的稳定处理措施。

用布拉本德塑性计测定树脂在塑化期间,转矩与时间、温度、转速等参数之间的关系,这种试验方法是很有用的。这种测试方法,对于聚丙烯和高密度聚乙烯虽然采用得不多,但却非常适合于研究高分子量的高密度聚乙烯(菲利浦工艺)。采用这种方法可以测定高聚物出现交联的诱导期。大分子链一旦产生交联,塑性计中所指示的转矩就会出现跃升。因此,通过这种试验方法可以考察各种外加稳定剂的作用效果。

四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯要是与含磷化合物并用,就可观察到明显的协同效应。如果仅单独应用四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯,那么其作用效果只大致相当于其他受阻酚类抗氧剂。与此相类似,如果以受阻酚替代四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯与含磷化合物并用,其作用效果与上述相比基本上是在同一数量级范围内。

2.低密度聚乙烯(LDPE)

低密度聚乙烯主要用于吹制薄膜,其吹制加工的温度约为200℃。在加工期间,受到氧化后可导致发生交联作用,进而生成凝胶。这种凝胶颗粒在薄膜制品中可形成肉眼可见的聚集体。加工厂家常称这种现象为“鱼眼”(fish eyes)或“矢斑”(arrow heads)。此外,添加剂的相容性也是至关重要的问题。由于低密度聚乙烯与各种添加剂的相容性远低于其他聚烯烃,因此为避免出现“喷霜”现象,添加剂的实际用量应予适当控制。通常,添加剂的用量都不超过0.1%。

3.线型低密度聚乙烯(LLDPE)

线型低密度聚乙烯获得了极大地发展。线型低密度聚乙烯常与低密度聚乙烯掺混而用于生产薄膜制品。聚丙烯所采用的亚磷酸酯、长效热稳定剂并用稳定体系,也可以用作线型低密度聚乙烯的加工稳定剂体系,其总用量可高达0.1%。抗氧剂的作用效果,一般是通过多次挤出后熔体指数变化情况的测定来进行评价的。关于长效热稳定剂作用效果的评价试验,通常是在温度不高于120℃的老化箱中进行。试验终点(老化寿命)的测定是用简单的人工弯曲试验观察至试样出现脆裂。对于1mm厚的试片,其120℃下的老化寿命通常为40~50天。这种试片预先要用抗氧剂进行稳定处理。抗氧剂的用量为0.03%。抗氧剂可采用四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯或3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯。

4.交联聚乙烯

用于生产电缆被覆层或管材的中、高分子量低密度聚乙烯,往往要求加工成为交联的产品。低密度聚乙烯的交联方法主要有以下三种:①过氧化物交联。②采用β或γ射线进行辐射交联。③以乙烯基硅氧烷与高聚物接枝,进而水解形成Si—O—Si链节。

在产品的实际应用中,还需要采取长效热稳定处理的措施,这是因为产品的服务年限要求长达50年,而且电缆的运行温度较高(短期峰值温度可达100℃)。所采用的抗氧剂应该具有极好的相容性和抗抽出性。此外,在施用抗氧剂的同时,使用金属钝化剂是很必要的。在通信电缆中,当采用各种颜料作为色标时,这些添加剂应具备不致于搅乱通信电缆标志颜色的着色性能。现将用作绝缘材料的抗氧剂分别介绍如下:

1)通信电缆绝缘被覆层用的抗氧剂:4,4′-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2′-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2、2′-二(4-甲基-6-α-甲基环己基苯酚)甲烷、1,1,3-三(5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯基)丁烷、双3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸2,2′-硫代二乙酯、四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂基酯。

2)动力电缆绝缘被覆层用的抗氧剂:四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、2,2,4-三甲基-1,2-二羟基喹啉聚合物、4,4′-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、双3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸2,2′-硫代二乙酯、硫代二丙酸二(十八烷基)酯。

(二)在聚丙烯稳定化中的应用

在隔绝氧气的条件下,聚丙烯具有相当好的热稳定性。但是,聚丙烯对氧化作用是非常敏感的。为此,在送到制品加工厂之前,聚丙烯树脂通常都要经过一定的稳定处理,至少在聚合阶段就要施用部分抗氧剂;在最后的造粒工序再进一步投加抗氧剂。用于聚丙烯的抗氧剂应具备以下主要的辅助性能,即不应对聚丙烯基质造成色污,应具有较好的相容性、抗抽出性和较低的挥发性。

1.聚丙烯的加工稳定剂

一般,聚丙烯的成型加工温度为220~280℃。若未经有效的稳定处理,那么在加工温度下聚丙烯就可能发生热降解作用(熔体指数的增大可直接反映出聚丙烯出现了降解)。

工业上采用的抗氧剂体系,主要构成是加工稳定剂、长效热稳定剂、硬脂酸钙或硬脂酸锌及其必要的协同剂。其中,典型的加工稳定剂有2,6-二叔丁基对甲酚(简称为BHT)、亚磷酸酯及膦酸酯类。亚磷酸酯和磷酸酯类稳定剂主要有4,4′-联苯基二膦酸四(2,4-二叔丁基苯基)酯、二亚磷酸二硬脂醇季戊四醇酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、二亚磷酸二(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇酯。上述各种稳定剂的用量,一般为0.05%~0.25%。在评价各种稳定剂体系的作用效果时,最好采用多次挤出加工的办法。

值得注意的是,工业上采用的聚丙烯稳定体系中,含磷化合物的稳定剂常要与受阻酚并用。熔体指数的变化程度与高聚物的固有特性密切相关,但每个稳定剂配方的有效性并不随高聚物类型的不同而产生显著的改变。

如果对加工稳定性要求不太高,这时只要单独使用高分子量的酚类稳定剂即可。与2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)的情况不同,含磷化合物具有良好的抽出稳定性,同时,还具有抑制偶然出现轻度色污的功能。

2.聚丙烯的长效热稳定剂

高温下,聚丙烯一旦接触空气,即可被氧化降解并成为粉状产物。这一氧化过程的诱导期具有很好的重复性,即通常所谓的热烘老化寿命(oven life times)。其氧化的终点,目测即可很容易地判定。氧化结果所造成的粉化现象,多是从试样的边角开始。试样热烘老化寿命的单位,常以天计。影响热烘老化寿命的因素,主要是所采用的稳定剂种类及其稳定剂配方体系、稳定剂的用量、试样厚度和试验温度以及Forsman所提出的一些更具体的试验参数。

聚丙烯的长效热稳定剂,主要有中(M=300~600,M为相对分子质量)、高(M=600~1200)分子量的酚类化合物,并常与硫醚类化合物并用。硫醚与酚并用常可产生协同效应。可作为硫醚化合物应用的有:硫代丙酸二月桂醇酯(DLTDP)、硫代二丙酸二硬脂醇酯(DSTDP)和二(十八烷基)联硫醚。常用的长效热稳定剂有:3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯、四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸酯、1,1,3-三(5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯基)丁烷、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、二[3,3-二(3′-叔丁基-4′-羟苯基)丁酸]乙二醇酯。

(三)在苯乙烯类塑料稳定化中的应用

1.抗冲击聚苯乙烯(IPS)

与未改性聚苯乙烯相比,苯乙烯-丁二烯共聚物对氧化作用的敏感性要大得多,这是由于共聚物中聚丁二烯链段的不饱和双键较容易被氧化而造成的。该共聚物一旦被氧化就会出现泛黄现象,力学性能随之也会下降。

用于抗冲击聚苯乙烯的抗氧剂,主要有2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯、1,1,3-三(5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯基)丁烷、硫代二丙酸二月桂基酯和磷酸三(正)戊酯(TNPP,偶尔使用)等。用于抗冲击聚苯乙烯抗氧剂的用量,一般为0.1%~0.25%。

(1)关于抗氧剂的使用问题 早先,抗氧剂用于高聚物生产最后的造粒工序,且通常又与润滑剂、颜料及其他必要的添加剂一起掺合施用。近年来,在聚合反应初期就开始投加抗氧剂的办法愈加普遍推广。后者实际上是把抗氧剂投加在聚丁二烯的苯乙烯溶液中,而后进行共聚反应。这种施用抗氧剂方法的主要优点是便于精确计量,并可确保均匀的分散,同时又可防止不稳定的橡胶相在合成阶段可能出现的氧化反应和过度的交联作用,从而改善了高聚物在成型加工期间和最终制品应用阶段的抗氧化性能。采用这种抗氧剂施用方式的先决条件是不能影响正常的聚合反应,也不能对所生成高聚物的相对分子质量、支化度等性能参数造成不利的影响。同时,为了降低在单体回收阶段出现的损失和避免影响回收单体的质量,应考虑选用高分子量的抗氧剂。因此,挥发性较大且容易生成带色氧化产物的BHT(2,6-二叔丁基对甲酚)就不适合作为抗冲击聚苯乙烯的抗氧剂。

(2)抗冲击聚苯乙烯的热氧化性能 抗冲击聚苯乙烯,一般是在220~260℃的温度条件下成型加工的。受到热氧化破坏的结果主要表现在出现泛黄和冲击强度、伸长率等力学性能的降低。在边角废料回收再加工时,高聚物性能受影响的程度更为突出。

抗冲击聚苯乙烯老化试验所采用的温度,通常为80℃或150~160℃。凡抗泛黄能力强的稳定处理体系,其试样同时也能保持较高的冲击强度和伸长率等力学性能。在理论研究中,常可通过羰基的红外吸收峰来判断和评价高聚物的氧化稳定性和抗氧剂的作用效果。

2.结晶聚苯乙烯(PS)

聚苯乙烯在惰性环境中受热可产生降解。降解结果表现为高聚物溶液粘度降低,并生成苯乙烯单体和齐聚物等降解产物。在氧化条件下,未改性的聚苯乙烯属于比较稳定的高聚物,因此在许多应用领域并不需要添加抗氧剂进行稳定处理。然而,重复加工(如真空成型的泡沫制品在生产过程中产生的大量边角料就要进行回收和再加工)却会使高聚物氧化变质,经此氧化降解后,结果就会出现高聚物熔体指数的增大和制品脆化现象。这时,采用3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯进行稳定处理是有效的,其用量最多为0.15%。必要时,可并用亚磷酸酯或膦酸酯以改善其色调。

聚苯乙烯对光氧化作用较为敏感。经光氧化作用后,可出现泛黄和脆化现象,其中,苯乙烯单体是造成泛黄的肯定因素。3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯稳定剂可在一定程度上提高聚苯乙烯的光稳定性。如果并用紫外线吸收剂则可获得协同增效的作用。

3.苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN树脂)

SAN树脂与未改性的聚苯乙烯情况不同,SAN树脂在惰性条件下,早在热加工期间就可出现色污。经再次加工,可观察到树脂的熔体指数明显上升。这个结果表明高聚物已出现降解并导致相对分子质量降低。这种现象起因于非氧化的化学反应,所以外加抗氧剂的效果就要受到限制。但是,如果采用亚磷酸酯[如亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯]与酚类抗氧剂[如3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯]并用,就有可能使树脂在注塑加工(加工温度为230~250℃)时出现的泛黄现象降低到一定程度。与未进行稳定处理的空白试样相比,采用抗氧剂(总用量为0.1%~0.2%)稳定处理的试样,经热加工后,其黄度指数(按美国ASTM D1925—70标准测定)可降低2~5。

4.苯乙烯类热塑性弹性体

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)等热塑性弹性体,因分子链中都含有不饱和的柔性链段,所以对氧化作用的敏感性与苯乙烯-聚丁二烯接枝共聚物是一样的。这些高聚物的应用领域主要是鞋底、滑雪鞋和衬垫。为满足这些制品的性能要求,可通过掺混聚苯乙烯、环烷油和碳酸钙、二氧化硅等填充剂进行适当的调整配合。

(1)苯乙烯类热塑性弹性体在合成期间的稳定处理 苯乙烯类热塑性弹性体通常是在脂肪烃中进行溶液聚合而制得。这类高聚物在合成的后期工序(如汽提、干燥等)中,可出现自身的自动氧化作用,并导致高聚物产生色污和熔体指数的增大。因此,在这些工序之前就应对高聚物溶液施用抗氧剂,同时,要求抗氧剂溶于聚合的溶剂。实际采用的抗氧剂多是一些受阻酚类化合物,且常并用磷酸三戊酯(TNPP),总用量约为0.5%。其中,作为主抗氧剂应用的有2,6-二叔丁基对甲酚、1,1,3-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯。作为增效剂的有亚磷酸三(壬基苯基)酯。其中,2,6-二叔丁基对甲酚在高聚物的干燥和合成的后期工序中会有部分的挥发损失。为此,常采用低挥发度的较高分子量的酚类抗氧剂以减少这种挥发损失。这种高分子量抗氧剂因挥发度低,故在制品的成型加工期间及其最终应用过程中仍然可以起到一定的保护作用。评价这类抗氧剂的作用效果,常采用布拉本德塑性仪在150~200℃条件下进行试验,也可在60~80℃条件下进行老化试验。

(2)苯乙烯类热塑性弹性体的长效稳定处理 苯乙烯类热塑性弹性体及其配合物的长期老化性能,可采用70~80℃温度下进行的老化试验予以评定。常用的评价指标主要是拉伸强度、伸长率和色污程度等。用于此类热塑性弹性体及其配合物的长效热稳定剂,主要有高分子量的酚类抗氧剂,同时也可并用硫代二丙酸二月桂基酯(DLT-DP)、总用量可达0.8%。可选用的主抗氧剂有1,1,3-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲苯基)双环戊二烯、2,4-二辛巯基-6-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯胺基)对称三嗪、四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯、2,2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2′-亚甲基-双(4-甲基-6-壬基苯酚)、2,2,4-三甲基-1,2-二羟基喹啉聚合物等。作为辅抗氧剂的有硫代二丙酸二月桂基酯和二丁基二硫代氨基甲酸锌(butyl zi-mate)等。其中,二丁基二硫代氨基甲酸锌辅抗氧剂主要是用于作为粘合剂的热塑性弹性体。亚甲基双酚和芳香胺类化合物也是很有效的抗氧剂,但这些抗氧剂可导致基质出现色污,所以不能用于浅色的制品。

(四)在ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)稳定化中的应用

从抗氧剂应用消费比例来看,ABS树脂与聚丙烯几乎相当。

与抗冲击聚苯乙烯类似,ABS树脂因含有不饱和的弹性体链段,所以对氧化作用是敏感的。同时,因为ABS树脂所含容易受氧化的不饱和组分高于抗冲击聚苯乙烯(不饱和组分的重量含量,在ABS树脂中可高达30%,而在抗冲击聚苯乙烯中只占到10%),且ABS制品的价值高,使用寿命也要求较长些,所以抗氧剂在ABS树脂中的用量一般要比抗冲击聚苯乙烯高。

1.合成期间ABS树脂的稳定处理

ABS树脂主要有以下两种生产工艺:

1)在聚丁二烯胶乳中通入苯乙烯和丙烯腈进行接枝共聚之后,与另外合成得到的苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)胶乳进行掺混,最后经凝析和干燥而得到ABS树脂。

2)把经分别合成、干燥得到的接枝高聚物和SAN树脂两种高聚物进行共混造粒。

在上述两种生产工艺中,高聚物粉料都要求在100~150℃的条件下进行干燥处理。在这样高的温度下,粉状高聚物对氧化作用是极为敏感的。因此,要是稳定处理不当,或是加入的抗氧剂未能获得很好的分散而起不到对氧的攻击进行有效的防护,结果就会影响产品的性能,甚至在干燥阶段就会出现高聚物的性能降低。为此,抗氧剂的投加时间应在ABS胶乳凝析之前。在这个时期投加,抗氧剂常配成乳液的形式(有时也采用溶液的形式)与高聚物胶乳进行均匀的掺混。此外,作为ABS树脂的主抗氧剂,在实际应用时经常还要并用一定的协同增效剂。用于ABS树脂的主抗氧剂主要有:2,6-二叔丁基对甲酚(BHT)、2、2′-亚甲基-双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、2,2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2′-亚甲基-双(4-甲基-6-环己基苯酚)、2,2′-亚甲基-双(4-甲基-6-壬基苯酚)、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯、1,1,3-三(5-叔丁基-4-羟基-2-甲基苯基)丁烷。常用的协同增效剂有亚磷酸三(壬基苯基)酯和硫代二丙酸二月桂基酯。上述抗氧剂在常温时多是液体或是较低熔点的固体。为便于能配制成稳定乳液进行应用,抗氧剂这一特性是个重要的前提条件。顺便提一下,磷酸三戊酯(TNPP)常用作主抗氧剂的溶剂。与此同时,抗氧剂还应具备低挥发度和低汽提挥发性的特点。

2.在加工期间和制品应用条件下ABS的稳定处理

ABS树脂主要用于生产注塑制品。只要在合成阶段能合理地施用抗氧剂,一般均可满足成型加工期间及制品使用条件对热氧化稳定性的要求。但是,对于采用挤出工艺生产的管材、板材等制品,因加工工艺的改变,一般要求更有效的稳定处理。通常,抗氧剂可以乳液的形式投加于合成工序的胶乳中及之后的造粒工序。除了抑制色污外,辅抗氧剂的主要作用就是阻止制品冲击强度的降低。为此,常使用一些相对分子质量适中的抗氧剂,例如硫代双酚、亚甲基双酚和羟基苯基丙酸酯类化合物。其中,某些抗氧剂还可并用硫代二丙酸二月桂基酯(DLTDP)。

抗氧剂的作用效果可通过老化试验予以评定,老化试验的温度一般为180~200℃老化前试样的黄度指数均为7。实际上,用不同抗氧剂稳定的试样经挤出加工后,通常有2~5左右的黄度指数差值。此外,亚甲基双酚类抗氧剂具有色污,而3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯则几乎无此现象。

用180~200℃下的老化试验研究冲击强度受影响的程度,只适用于ABS的压模试样。对于注塑试样,由于在该温度下试样的收缩率过大,因而难以采用这种评价试验方法。

对于ABS树脂氧化作用的定量测定,可以采用红外反射光谱法(衰减全反射,ATR)。采用红外光谱法时可动态地观察到,双键(顺式978-7-111-38732-9-Chapter02-4.jpg)吸收峰随羰基978-7-111-38732-9-Chapter02-5.jpg吸收峰的出现而同时消失。CIBA—GEIGY公司实验室的研究工作表明,羰基的形成与色污之间存在着直接的关系。

(五)在聚酰胺稳定化中的应用

1.聚酰胺6和66

亚磷酸酯类抗氧剂可在一定程度上改善聚酰胺在加工期间产生的色污。例如,采用亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯,用量为0.2%~0.4%,经加工后聚酰胺的黄度指数可降低5~10。

聚酰胺的稳定处理主要是解决其长期稳定问题。目前,可用作聚酰胺的稳定剂有以下三大类。

(1)铜盐类 这类抗氧剂基本上是由铜盐与含有卤素、磷或同时含有卤素和磷两种元素的化合物所组成的稳定体系,例如醋酸铜加碘化钾/磷酸体系。这类抗氧剂的特点是有效用量低[一般铜只要(10~50)×10-6,卤素约为1000×10-6],缺点是容易产生色污和被水抽出。

(2)芳香胺类N,N′-二萘基对苯二胺、N-苯基-N′-环己基对苯二胺等均属于这类抗氧剂。除铜盐-卤化物抗氧剂体系外,芳香胺类化合物也是聚酰胺中最有效的一类抗氧剂。其用量稍高些,一般为0.5%~2%。这类抗氧剂色污严重,因此只能用于一些色调要求不高的工业制品。

(3)受阻酚类 这类抗氧剂没有上述两种抗氧剂所存在的色污,因此特别适用于要求同时具备较高色调和氧化稳定性的制品,以及可能接触食物的制品。受阻酚类抗氧剂主要有N,N′-六次甲基-二3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺、1,1,3-三(5-叔丁基-4-羟基-2-甲苯基)丁烷、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2,6-二叔丁基对甲酚等。受阻酚类抗氧剂可在聚酰胺的缩聚阶段加入,一般用量为0.3%~0.7%。

聚酰胺的老化寿命同样也取决于老化试验温度这一因素。当采用酚类抗氧剂时,老化试验温度每降低10℃,老化寿命就按不同的试验规范延长2.1~2.3倍。以此推算,如果老化试验温度降低60℃,那么聚酰胺的老化寿命大约可延长100倍。但是,铜盐抗氧剂的作用效果受试验温度的影响程度有些不同,即老化试验温度每降低10℃,老化寿命的延长一般不超过2倍。因此,采用100~120℃的老化试验温度,铜盐体系和酚类抗氧剂二者的作用效果才有可比性。

评价抗氧剂作用效果的试验项目,除了上述物理力学性能和色污等测试项目外,还经常采用与老化寿命密切相关的高聚物溶液粘度这一性能指标进行评价。

聚酰胺在老化过程中,力学性能下降的反应要比出现色污来得迟缓。在较短时间的老化后就可以观察到泛黄现象,然而在这样短的时间内却不可能观察到试样的拉伸强度、伸长率等力学性能有多大变化。

2.聚酰胺11和聚酰胺12

此类聚酰胺所采用的稳定处理措施及其评价测试项目,基本上与聚酰胺6和聚酰胺66一样。铜盐-卤化物体系和芳香胺类抗氧剂也都具有较好的作用效果,同时也存在同样的缺陷。若采用酚类抗氧剂,用量通常要高些,可达1%左右。可作为抗氧剂使用的酚类化合物主要有4-羟基-对月桂基苯胺、4-羟基-对硬脂基苯胺、N,N′-六次甲基二3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺、四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯。

(六)在聚碳酸酯(PC)稳定化中的应用

聚碳酸酯热氧化结果的主要表现是泛黄。聚碳酸酯制品是透明的,稍有泛黄即可觉察。显然,聚碳酸酯的抗色污稳定处理极为重要。稳定剂通常是在造粒阶段投加的。因为聚碳酸酯的加工温度极高(约320℃),所以对于添加剂的挥发性和热稳定性的要求也很苛刻。

1.聚碳酸酯在加工期间的稳定处理

亚磷酸酯和膦酸酯类抗氧剂可防止聚碳酸酯的泛黄,用量一般为0.05%~0.15%。必要时,也可并用作为酸吸收体的环氧化物。经一定用量抗氧剂的稳定处理后,黄度指数可明显地(肉眼即可分辨)降低5~8,而且还可有效地抑制熔体指数的增大和冲击强度的降低。亚磷酸酯作用效果的评价,可采用热重分析法和差热分析法。

2.聚碳酸酯的长期热稳定处理

在老化箱进行长时间热老化模拟试验,要克服聚碳酸酯的泛黄,上述的加工稳定剂是不适用的。这时,有效的抗氧剂是受阻酚类化合物。

(七)在聚甲醛POM稳定化中的应用

聚甲醛(polyoxymethylenes,POM)具有明显的受热解聚而失去甲醛的倾向。为了防止热解聚,最好的办法是设法改选聚甲醛的结构。常用的改性方法有通过乙酰化作用来封闭聚甲醛的端基活性,或采用环氧乙烷等环烷基醚进行共聚改性。

聚甲醛还具有容易产生自动氧化反应的倾向。氧化结果可导致分子链断裂而解聚。解聚反应释放出来的甲醛又容易被氧化成甲酸。经此反应生成的甲酸,进而可成为解聚反应的催化剂以促进聚甲醛的进一步氧化解聚。聚甲醛典型的氧化破坏的主要表现是失重。

聚缩醛的稳定体系一般是由受阻酚类抗氧剂和必要的辅抗氧剂组成。可用作聚缩醛的受阻酚类抗氧剂主要有2,2′-亚甲基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、1,6-六次甲基-二3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯、四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯。此外,双氰胺、三聚氰胺、三聚酰胺以及脲和肼的衍生物等许多含氮有机化合物都可以作为聚缩醛的辅抗氧剂。这些含氮化合物的作用在于它可与甲醛反应,并能中和其氧化所生成的酸(如甲酸)。除了含氮化合物之外,可用作酸吸收剂的还有硬脂酸钙、蓖麻酸钙或柠檬酸钙等长链脂肪酸的盐类。

通常,用于聚缩醛的酚类抗氧剂的实际用量为0.1%~0.5%,辅抗氧剂的用量为0.1%~1.0%。

(八)在热塑性聚酯稳定化中的应用

1.聚对苯二甲酸乙二醇酯和丁二醇酯(PET和PBT)

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等聚对苯二甲酸酯具有较强的抗自动氧化作用的能力。为改善其长期热稳定性,有时也采用酚类抗氧剂,其作用在于改善经热加工处理后而产生的色污和冲击强度下降等。老化试验的温度通常为150~180℃。较为有效的抗氧剂是四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯。

2.热塑性聚酯弹性体

热塑性聚酯弹性体中所含有的柔软的聚醚链段易受到氧化,为此对使用寿命要求较长的制品就有必要进行一定的稳定处理。常用的抗氧剂主要有4,4′-二(α,α-二甲基苄基)联苯胺和N,N′-六次甲基-二3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺两种,用量可高至1%。抗氧剂的投加时期,可以在合成的最后工序造粒阶段,但最好还是在缩聚阶段。在缩聚阶段若投加的抗氧剂是N,N′-六次四基二3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺,那么其中的酰胺基团就很有可能被缩合到高聚物的大分子链中。显然,这种抗氧剂具有极高的抽出稳定性,并能在一定程度上改善加工过程可能出现的色污问题。

关于抗氧剂的作用效果,可通过测定特性粘数(以间里酚为溶剂)与老化(老化试验温度140~180℃)时间的关系进行评价,也可以采用人工弯曲试验进行判断。后者是在一定的老化温度下(如80℃)进行老化,并采用简单的人工弯曲试验以观测试样出现脆裂的时间,从而判断老化试验的终点。人工弯曲试验的数据应具有一定的重复性。

(九)热塑性聚氨酯弹性体

此类高聚物的性能和氧化稳定性取决于其分子链中所含线性聚醚或聚酯柔软锻段的长度、结构及其异氰酸酯链节等因素。一般聚氨酯可分为聚醚型和聚酯型两种。聚醚型聚氨酯的氧化稳定性明显低于聚酯型聚氨酯,但聚酯型聚氨酯的抗水解稳定性却比较差。

为适应聚氨酯制品的不同性能要求,应采用不同的抗氧剂进行稳定处理。例如,聚氨酯注塑制品进行稳定处理的目的在于防止力学性能的下降和可能出现的色污问题,聚氨酯弹性纤维偶尔采用抗氧剂是为了防止经气熏而褪色。为了改善光稳定性,用于聚氨酯的抗氧剂常与光稳定剂并用。一般这种并用都具有协同增效的作用。

聚氨酯施用抗氧剂的另一种方式是把抗氧剂预先投加在多元醇单体中一同送去缩聚。聚醚多元醇主要是用于制备聚氨酯泡沫体。采取这种施用抗氧剂的方式,实际上可起到以下两种作用:第一,防止多元醇在储存期间可能出现的氧化变质;第二,防止在缩聚发泡期间,物料内部因过热而可能产生的色污。聚氨酯的缩聚发泡过程伴随强烈的放热反应,加上导热性极差的泡沫体阻隔,物料的中心部位就很可能出现“焦烧”现象,并产生色污。对此,可采用的抗氧剂稳定体系有受阻酚、芳香胺类化合物及其并用体系。其中,可采用的受阻酚类抗氧剂有2,6-二叔丁基对甲酚、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基酯、四3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸季戊四醇酯;芳香胺类的有4,4′-二叔辛基联苯胺。由于芳香胺类抗氧剂存在色污,因此在应用时应严格控制用量。一般用量为(250~500)×10-6,至多不能超过500×10-6