Việc sử dụng chất chống oxy hóa nhựa là một trong những cách hiệu quả để trì hoãn sự xuống cấp hoặc lão hóa do nhiệt độ oxy hóa của nhựa và các sản phẩm. Các chất chống oxy hóa đa năng hoặc các chất chống oxy hóa hiệu suất cao đôi khi khó đáp ứng các yêu cầu của quá trình chế biến và sử dụng ở nhiệt độ cao, và đôi khi chúng không hiệu quả về mặt chi phí. Việc lựa chọn chất chống oxy hóa tiết kiệm chi phí đòi hỏi phải xem xét toàn diện cấu trúc phân tử của hạt nhựa, quá trình trùng hợp, điều kiện xử lý và sử dụng sản phẩm.
Trong quá trình tổng hợp và sau xử lý hạt nhựa cũng như quá trình chế biến và sử dụng sản phẩm nhựa, do các tác nhân như nhiệt và oxy, các polyme nhựa sẽ bị phân huỷ ở các mức độ khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến các tính chất vật lý, cơ tính, và sự xuất hiện của nhựa và sản phẩm. Các tác động tiêu cực đến màu sắc, chức năng,… Việc sử dụng chất chống oxy hóa là một trong những cách hiệu quả để trì hoãn sự xuống cấp hoặc lão hóa do nhiệt oxy hóa của nhựa và sản phẩm. Sự đa dạng ứng dụng và lượng chất chống oxy hóa bổ sung chủ yếu được xác định bởi cấu trúc phân tử của nhựa dẻo, quá trình trùng hợp, điều kiện chế biến và sử dụng sản phẩm.
1. Chức năng và các loại chất chống oxy hóa
Do cấu trúc phân tử của hạt nhựa khác nhau, hoặc cấu trúc phân tử giống nhau do quá trình trùng hợp, kỹ thuật xử lý, môi trường và điều kiện sử dụng khác nhau nên tốc độ phản ứng oxi hóa nhiệt và độ bền oxi hóa nhiệt của hạt nhựa rất khác nhau.
Chất chống oxy hóa được thêm vào hạt nhựa để ức chế hoặc làm giảm hiệu quả tốc độ phản ứng oxy hóa nhiệt của các đại phân tử nhựa, làm chậm quá trình phân hủy nhiệt và oxy của hạt nhựa, cải thiện đáng kể khả năng chịu nhiệt của hạt nhựa, kéo dài tuổi thọ của sản phẩm nhựa và cải thiện việc sử dụng các sản phẩm nhựa. phụ gia nhựa có giá trị.
Chất chống oxy hóa là chất phụ gia được sử dụng rộng rãi nhất trong nhựa. Đầu tiên, chất chống oxy hóa được sử dụng trong các giai đoạn khác nhau của quá trình trùng hợp nhựa, tạo hạt, bảo quản, xử lý, sử dụng và tái chế. Thứ hai, trong số các loại vật liệu nhựa có cấu trúc phân tử khác nhau đã xuất hiện trên thế giới hiện nay như polyetylen, polypropylen, polyme styren, nhựa kỹ thuật, nhựa đặc biệt và các loại vật liệu khác, thì hầu hết các loại vật liệu nhựa sử dụng chất chống oxy hóa.
Chất chống oxy hóa nhựa được sử dụng phổ biến thường được chia thành năm loại theo cấu trúc phân tử và cơ chế hoạt động: phenol bị cản trở, photphua, thios, vật liệu tổng hợp và amin bị cản trở (HALS).
Chất chống oxy hóa phenol bị cản trở là chất chống oxy hóa chính của vật liệu nhựa và chức năng chính của chúng là phản ứng với các gốc oxy hóa R‧ và ROO‧ được tạo ra bởi quá trình oxy hóa trong vật liệu nhựa để làm gián đoạn sự phát triển của các chuỗi hoạt động. Các chất chống oxy hóa phenol bị cản trở được chia thành monophenol, bisphenol, polyphenol, polyphenol dị vòng nitơ và các loại khác theo cấu trúc phân tử.
Chất chống oxy hóa photpho và chất chống oxy hóa chứa lưu huỳnh đều là chất chống oxy hóa phụ trợ. Cơ chế hoạt động chính là phân hủy các hydroperoxit có hoạt tính cao trong nhựa thành các phân tử có hoạt tính thấp. Sản xuất và tiêu thụ chất chống oxy hóa phosphite trong nước chiếm khoảng 30% tổng sản lượng sản xuất và tiêu thụ chất chống oxy hóa trong nước. Chất chống oxy hóa chứa lưu huỳnh được sản xuất ở Trung Quốc có thể được chia thành ba loại theo cấu trúc phân tử: chất chống oxy hóa thioester, chất chống oxy hóa thiobisphenol và phenol thioether.
Các loại chất chống ôxy hóa chính và phụ khác nhau, hoặc cùng một loại chất chống ôxy hóa có cấu trúc phân tử khác nhau, có chức năng và tác dụng ứng dụng khác nhau, mỗi chất đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng.
Chất chống oxy hoá hỗn hợp bao gồm hai hoặc nhiều chất chống oxy hoá thuộc các loại khác nhau hoặc các loại khác nhau của cùng một loại. Nó có thể học hỏi lẫn nhau trong vật liệu nhựa và thể hiện tác dụng hiệp đồng. Tác dụng lão hóa oxy hóa nhiệt. Tác dụng hiệp đồng có nghĩa là khi hai hoặc nhiều phụ gia được sử dụng kết hợp, hiệu ứng ứng dụng lớn hơn tổng tác dụng của từng chất phụ gia được sử dụng riêng lẻ, nghĩa là 1 cộng với 1﹥2.
Chất ổn định amin bị cản trở là một loại hợp chất amin hữu cơ có tác dụng cản trở steric, có bốn chức năng ổn định hiệp đồng là phân hủy hydroperoxit, dập tắt oxy ở trạng thái kích thích, bắt giữ các gốc tự do và tự tái chế. Các amin cản trở có trọng lượng phân tử tương đối cao là chất chống oxy hóa hiệu quả cao và lâu dài, cũng như chất ổn định ánh sáng hiệu quả. Hầu hết các amin bị cản trở đều dựa trên nhóm 2,2,6, 6- tetrametyl -4- piperidinyl.
2. Lựa chọn chất chống oxy hóa nhựa
Phải cung cấp đủ nhiệt trong quá trình trùng hợp hạt nhựa, sau gia công hoặc chế biến sản phẩm nhựa. Nhiệt là một trong những lý do chính khiến nhựa bị thoái hóa. Việc sử dụng các chất chống oxy hóa trong quá trình trùng hợp hoặc sau xử lý nhựa đã dần được ngành công nghiệp công nhận.
Sự suy thoái của nhựa PVC đi kèm với toàn bộ quá trình trùng hợp nhựa. Nói chung, các chất chống oxy hóa phenol bị cản trở như 246, 1076, 245, chất chống oxy hóa phosphite như PKY -618 và kẽm axit béo, dầu đậu nành đã bị epoxy hóa, JC-ZH21, v.v. được sử dụng. tạo thành một hệ thống ổn định. Trong đó, JC-ZH21 là một loại hợp chất dị vòng nitơ mới với lượng bổ sung thấp, có thể bắt giữ các gốc tự do, có tác dụng ổn định tốt và tiết kiệm chi phí.
Quá trình trùng hợp của nhựa ABS, SBS, PS, POM và các loại nhựa khác đều sử dụng chất chống oxy hóa hoặc hệ thống ổn định nhiệt kết hợp, chẳng hạn như chất chống oxy hóa thioester DLTP, DSTP, chất chống oxy hóa phosphite ester PKY -136, v.v.
Methyl methacrylate PMMA (thường được gọi là plexiglass) có đặc tính ổn định hóa học, hiệu suất xử lý tốt và đặc tính quang học tuyệt vời. Trong giai đoạn sau của quá trình tổng hợp PMMA, xử lý ở nhiệt độ cao thường được thực hiện để loại bỏ các hợp chất dễ bay hơi trong nhựa. Khi nhiệt độ trong quá trình xử lý ở nhiệt độ cao đạt đến 220 độ hoặc cao hơn, các nhóm cuối của chuỗi phân tử PMMA không bão hòa được hình thành do sự mất cân đối của các gốc chuỗi bắt đầu phá vỡ liên kết, polyme PMMA bắt đầu phân hủy, tính chất cơ học và độ trong suốt giảm. , và màu của nhựa xấu đi.
Thêm chất chống oxy hóa vào quá trình sau điều trị PMMA có thể cải thiện hiệu quả tính ổn định oxy hóa nhiệt của PMMA. Vai trò của chất chống oxy hóa là làm tăng nhiệt độ phân hủy ban đầu và nhiệt độ tối đa của tốc độ phân hủy PMMA. Các chất chống oxy hóa phenolic bị cản trở có thể đồng thời tăng nhiệt độ phân hủy ban đầu và nhiệt độ tốc độ phân hủy tối đa của PMMA. Chất chống oxy hóa photpho chỉ có thể làm tăng nhiệt độ phân hủy ban đầu của PMMA chứ không thể làm tăng nhiệt độ tối đa của tốc độ phân hủy PMMA.
Sợi polyetylen trọng lượng phân tử siêu cao (còn được gọi là sợi polyetylen hiệu suất cao, UHMWPE) có các đặc tính của độ bền cao, mô đun cao, trọng lượng riêng thấp, khả năng chống ánh sáng mạnh và chống mài mòn cao, cũng như khả năng chống nước, chống ẩm, khả năng chống nước biển và chống nấm mốc. Khả năng chống mỏi và tuổi thọ uốn dài khiến nó trở thành sợi hiệu suất cao được thương mại hóa với độ bền cụ thể cao nhất trên thế giới.
Nhiệt độ sản xuất sợi polyethylene trọng lượng phân tử siêu cao là khoảng 190 độ, đây không được coi là nhiệt độ cao. Tuy nhiên, do độ nhớt nóng chảy cao, thời gian lưu lại trong máy đùn khoảng 10 phút và thời gian gia nhiệt lâu. Khi các doanh nghiệp trong nước sử dụng các hệ thống chống oxy hóa phổ biến để sản xuất, sự phân hủy nhiệt của nhựa rất nghiêm trọng, trọng lượng phân tử giảm từ 4 triệu xuống dưới 3 triệu và độ bền của tơ thấp hơn 15-20 phần trăm so với lụa nhập khẩu, và bề ngoài bị ố vàng. Sau khi sử dụng hệ thống JC -211 B chống oxy hóa đặc biệt, trọng lượng phân tử không giảm đáng kể, độ bền của tơ đạt mức lụa nhập khẩu, bề ngoài có màu trắng và sáng.
Quá trình xử lý polypropylene, đặc biệt là sản xuất các sợi polypropylene, đòi hỏi quy trình đùn cực kỳ nghiêm ngặt và nhiệt độ xử lý cao hơn 200 độ. Các loại bao xi măng, bao nhựa đường, nhựa polypropylen, ... cần sử dụng trong một thời gian ở nhiệt độ khoảng 60 độ; Nhiệt độ bề mặt của túi dệt bằng chất dẻo được sử dụng ngoài trời vào mùa hè có thể đạt tới 70 độ dưới ánh sáng mặt trời. Bột màu Hongrun: Bột màu đỏ tươi 3132, màu đỏ nhạt nhanh BBN, màu đỏ tươi sáng nhanh BBC, màu đỏ ánh vàng C, màu đỏ tươi sáng nhanh 2BP, màu đỏ tươi Lisol 4BP, Lisol Baohong BK, màu đỏ vĩnh cửu F3RK, màu đỏ vĩnh viễn F5RK, màu đỏ màu 122, Sắc tố Đỏ 254, Vàng trung bình hữu cơ, Tartrazine hữu cơ, Vàng nhạt G, Vàng vĩnh viễn 2G, Vàng vĩnh viễn HR, Sắc tố Vàng 81, Sắc tố Vàng 110, Sắc tố Vàng 139, Sắc tố Vàng 151, Sắc tố Vàng 180, Cam vĩnh viễn G, Sắc tố Da cam 64, Phthalocyanine Blue BGS, Phthalocyanine Green G, Pigment Violet 19, Permanent Violet RL và các chất màu hữu cơ khác. Đối với quá trình xử lý túi dệt bằng nhựa polypropylene và các yêu cầu sử dụng chịu nhiệt, chất chống oxy hóa tổng hợp đặc biệt và hiệu quả cao JC -1225 có thể mang lại sự ổn định trong quá trình xử lý và sử dụng tốt. Bảng 1 cho thấy sự thay đổi chỉ số nóng chảy của polypropylene với các chất chống oxy hóa khác nhau. Tác dụng của chất chống oxy hóa JC -1225 tốt hơn tác dụng của chất chống oxy hóa 225 nói chung.
Thêm masterbatch vào nhựa để sản xuất tất cả các loại sản phẩm nhựa đã là một phương pháp được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp chế biến nhựa. Đối với các sản phẩm được xử lý và sản xuất bằng cách thêm các hạt chính, hạt nhựa mang được sử dụng trong sản xuất các hạt chính sẽ trải qua quá trình phân hủy nhiệt và suy thoái cơ học một lần nữa khi hạt nhựa mang được làm nóng trở lại trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa, do đó kích hoạt và tăng tốc độ sử dụng sản phẩm. nhiệt, oxy và quang ảnh. Do đó, mặc dù tỷ lệ hạt nhựa mang trong hạt chủ trong các sản phẩm nhựa không lớn, nhưng vấn đề lão hóa nhanh gây ra bởi quá trình gia nhiệt thứ cấp trở lên và ảnh hưởng đến hiệu suất lão hóa của sản phẩm nhựa, sẽ gây ra hạt chính. sự quan tâm của các doanh nghiệp sản xuất, doanh nghiệp chế biến sản phẩm.
Trong các trường hợp thông thường, đối với các nhà sản xuất và doanh nghiệp sản xuất hàng loạt sử dụng một số nguyên liệu thứ cấp hoặc nguyên liệu tái chế để sản xuất các sản phẩm nhựa, phải sử dụng kết hợp các chất chống oxy hóa phenolic và phosphite để ổn định hệ thống trong quá trình xử lý.
