塑料抗氧剂和光稳定剂的作用、主要功能及应用技术

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40
192
62
注：循环空气老化箱中的手动弯曲破坏
HALS 对于0.1mm厚LLDPE薄膜的热氧化稳定性
添
加
剂
无
0.03% 1076
0.03ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 1010
0.02% 1010 + 0.08% 168
0.01% 1076 + 0.04% 168 + 0.05%HALS622
0.01% 1076 + 0.04% 168 + 0.05%HALS944
塑料抗氧剂和光稳定剂的作用、 主要功能及应用技术
1 抗氧剂、光稳定剂的作用与功能
塑料材料因分子结构不同，或同分子结构因聚合 工艺不同、加工工艺不同、使用环境和条件不同， 自身的热氧化、光氧化反应速度和抗热氧化、光氧 化反应能力有很大不同。
抗氧剂和光稳定剂是添加于塑料材料中，有效地 抑制或降低塑料大分子的热氧化、光氧化反应速度， 显著地提高塑料材料的耐热、耐光性能，延缓塑料 材料的降解、老化过程，延长塑料制品使用寿命的 塑料助剂。
国内受阻胺光稳定剂的消费量占国内光稳定剂 消费总量的65％左右。
紫外线吸收型光稳定剂
紫外线吸收型光稳定剂通称为紫外线吸收剂， 这类光稳定剂是利用自身分子结构，将光能转 换成热能，避免塑料材料发生光氧化反应而起 到光稳定作用。紫外线吸收剂根据分子结构不 同分为二苯甲酮类和苯并三唑类等。
国内二苯甲酮类光稳定剂和苯并三唑类光稳定 剂消费量分别占国内光稳定剂消费总量的25％ 和 10％左右。
受阻酚抗氧剂
是塑料材料的主抗氧剂，其主要作用是与塑料 材料中因氧化产生的氧化自由基R·、ROO·反 应，中断活性链的增长。受阻酚抗氧剂按分子 结构分为单酚、双酚、多酚、氮杂环多酚等品 种。
多酚抗氧剂1010和1076是当今国外、国内塑料 抗氧剂的主导产品，1010则以分子量高、与塑 料材料相容性好、抗氧化效果优异、消费量最 大而成为塑料抗氧剂中最优秀的产品。
常用的塑料抗氧剂按分子结构和作用机理 一般分为四类：受阻酚类、亚磷酸酯类、硫代 类及复合类。
受阻胺(光)稳定剂HALS具有◎分解氢过氧化物、◎猝 灭激发态氧、◎能捕获自由基、◎本身循环再生 四种可 自我协同的功能，不仅是高效的光稳定剂，同时也是高 效的抗氧剂。高分子受阻胺(光)稳定剂可以列为第五类塑 料抗氧剂产品。
受阻胺(光)稳定剂的热氧稳定作用与功能
受阻胺光稳定剂（HALS）是一类具有空间 位阻效应的有机胺类化合物，绝大部分品种均以 2，2，6，6-四甲基- 4 -哌啶基为母体， 其代表结构式为：
R1
R
R
R
N
R
R2
其中： R=甲基CH3 R1=各种基团 R2= H, O·, CH3, OR等
HALS 对于1㎜厚PP注射成型片的热氧化稳定性
光稳定剂PDS，苯乙烯-甲基丙烯酸（2，2，6， 6-四甲基哌啶基）酯共聚物。
光稳定剂GW-544， 亚磷酸三（2，2，6，6甲基-4-哌啶氮氧自由基）酯。
光稳定剂GW-540，亚磷酸三（1，2，2，6， 6-五甲基哌啶基）酯。
受阻胺光稳定剂（HALS）
是一类具有空间位阻效应的有机胺类化合物， 因其具有分解氢过氧化物、猝灭基发态氧、捕 获自由基、且有效基团可循环再生功能，是国 内外用量最大的一类光稳定剂。
添加剂
达到破坏的天数 135℃ 149℃
0.05% HALS 770 62
23
0.10% HALS 770 64
22
0.20% HALS 770 67
25
无
61
25
添加剂
0.05% HALS 622
0.10% HALS 622
0.20% HALS 622
达到破坏的天数数 135℃ 149℃
105
29
猝灭 剂
猝灭剂与紫外线吸收剂都是通过转移光能而达 到光稳定目的。紫外线吸收剂是自身分子直接 吸收光能时转移能量，猝灭剂是与塑料材料中 因光照而产生的高能量、高化学反应活性的激 发态官能团发生作用，转移激发态官能团的能 量。正是因为猝灭剂与紫外线吸收剂转移能量 的机理完全不同，猝灭剂被列为光稳定剂四大 系列之一。
注：T50/d 伸长50%的天数
T50/d 21 225 400 290 635 600
1.1.2光 稳 定 剂
光稳定剂主要作用为：屏蔽光线、 吸收并转移光能量、猝灭或捕获自 由基。光稳定剂一般按作用机理分 为光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭 剂和受阻胺光稳定剂四类。
由我国自行研制分子结构和合成工艺， 并批量生产、应用的受阻胺产品
1.1.1 抗氧剂
抗氧剂是塑料中应用最广泛的助剂。 应用最广泛的内容之一，是指在塑料的 聚合合成、造粒、储存、加工、使用各个不 同阶段，均有抗氧剂的应用。 应用最广泛的内容之二，是指当今世界 上已出现的各种不同分子结构的塑料材料种 类，如聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯类聚合物、 工程塑料、改性塑料等材料中，应用抗氧剂 的塑料材料种类最多。
协同效应
协同效应是指两种或两种以上的助剂复 合使用时，其应用效应大于每种助剂单 独使用的效应加和，即1+1＞2。利用抗 氧剂复合、光稳定剂复合、抗氧剂与光 稳定剂复合的协同效应，可大幅度增强 抗氧剂、光稳定剂的防老化作用。
复合抗氧剂
不同类型主、辅抗氧剂，或同一类型不 同分子结构的抗氧剂，作用功能和应用 效果存在差异，各有所长又各有所短。 复合抗氧剂由二种或二种以上不同类型 或同类型不同品种的抗氧剂复配而成， 在塑料材料中可取长补短，显示出协同 效应，以最小加入量、最低成本而达到 最佳抗热氧老化效果。
亚磷酸酯抗氧剂和含硫抗氧剂
同为辅助抗氧剂。辅助抗氧剂的主要作用机理 是通过自身分子中的磷或硫原子化合价的变化， 把塑料中高活性的氢过氧化物分解成低活性分 子。
国内亚磷酸酯抗氧剂生产消费量约占国内抗氧 剂生产消费总量的30％。国内生产的含硫抗氧 剂按分子结构可分为硫代酯抗氧剂、硫代双酚 抗氧剂和硫醚型酚三类。
◎抗氧剂、光稳定剂提高改性POM耐候性
聚甲醛氧化或热氧化时，除生成自由基外，还同时脱 除甲醛，甲醛进一步氧化成甲酸，使制品力学性能显著下 降，一般使用受阻酚抗氧剂和协同稳定剂组成耐热氧稳定 体系。协同稳定剂包括两类物质，一类是高分子含氮化合 物，如蜜胺、共聚聚酰胺等，主要作用是防止甲醛脱除； 另一类是有机酸盐，如硬脂酸钙、柠檬酸钙等，在体系中 做为酸承受体。