چگونه از تغییر رنگ و تخریب پلیمرها جلوگیری کنیم؟

آنتی اکسیدان ها, چگونه از تغییر رنگ و تخریب پلیمرها جلوگیری کنیم؟

یکی از پرمصرفترین افزودنی ها که در صنعت پلاستیک استفاده می شود افزودنی آنتی اکسیدان است. البته این افزودنی هم برای پلاستیک ها و هم برای لاستیک ها استفاده می گردد.

اهمیت این ماده به اندازه ای است که به برخی از مواد اولیه پلیمری تولید شده توسط پتروشیمی ها نظیر پلی اتیلن های گرید فیلم نیز اضافه می گردد.

سوال اساسی این است که اگر به ماده اولیه آنتی اکسیدانت یا ضد اکسنده اضافه نگردد چه اتفاقی می افتد؟

اگر اندازه و نوع تمام مواد و اجزاء یک فرمولاسیون پلاستیک به درستی انتخاب شده باشد, در صورت عدم حضور آنتی اکسیدان پس از مدت کوتاهی شاهد تخریب زود هنگام و سریع پلاستیک خواهیم بود. برای مثال تغییرات منفی زیر در قطعه پلیمری در صورت عدم استفاده از آنتی اکسیدان ها اتفاق می افتد: کاهش استحکام کششی, کاهش انعطاف پذیری, تخریب و یا تغییر رنگ و یا خرد شدن قطعه و یا محصول تولیدی .

آنتی اکسیدان ها برای پلیمرهایی نظیر پلی اتیلن, پلی پروپیلن, پلی استایرن و ای بی اس استفاده می گردند.

بنابراین وظیفه آنتی اکسیدان ها:

جلوگیری از واکنش پلیمرها با اکسیژن و جلوگیری از تخریب اکسیداسیونی می باشد.
تخریب توسط واکنش رادیکال های به شدت فعال بوجود می آید.
این رادیکالها در طول پلیمریزاسیون پلیمرها, فرایند تولید و ساخت بوجود می آیند.

به طور کلی رادیکال های آزادی موردنظر در اثر واکنش های زیر بوجود می آیند:

-حرارت

- اشعه

- تنش مکانیکی

- ناخالصی های فلزی حاصل از کاتالیست

در ادامه, این واکنش رادیکال آزاد با یک مولکول اکسیژن منجر به تولید پروکسید می گردد.

رادیکال پروکسید سپس با یک اتم هیدروژن از پلیمر واکنش می دهد تا یک هیدروپروکسید ناپایدار و یک رادیکال آزاد دیگر تولید نماید.
در غیاب آنتی اکسیدان ها این واکنش ادامه پیدا می کند ومنجر به تخریب پلیمر می گردد.
تخریب در اثر ایجاد اتصال عرضی و کاهش طول زنجیرههای پلیمری است.

ایجاد اتصال عرضی موجب کاهش جرم مولکولی, شکستگی زنجیره ها, پدیده ژل شدن و کاهش طول زنجیره می شود.
وقتی جرم مولکولی کاهش می یابد, شاخص جریان مذاب یا MFI افزایش یافته و استحکام کششی کاهش می یابد.

بنابراین وظیفه آنتی اکسیدان, جلوگیری از گسترش یا پیشرفت مراحل اکسیداسیون است.

آنتی اکسیدان ها, به دو گروه اولیه و ثانویه تقسیم می شوند. این تقسیم بندی بر اساس روشی است که آنها از تخریب جلوگیری می کنند.

آنتی اکسیدان اولیه فنل های پوشش دار

وظیفه این آنتی اکسیدان ها بخشیدن اتم هیدروژن فعال به رادیکال آزاد پروکسی است که باعث می شود گسترش زنجیر آزاد انجام نشود.
رادیکال آزاد آنتی اکسیدان با تغییر موقعیت مکانی الکترونها آن ها را غیر فعال می کنند.

آنتی اکسیدان های ثانویه اکسیداسیون را متوقف می کنند.
این عملیات با جلوگیری از گسترش رادیکال های آلکوکسی و هیدورکسی و در نهایت تجزیه هیدروپروکسیدها انجام می گردد
که منجر به تولید محصولات غیرفعال می شود.
آنتی اکسیدانت های نوع اول و آنتی اکسیدان های نوع دوم تاثیر هم افزایی بر یکدیگر دارند بنابراین خاصیت آنتی اکسدانتی افزایش می یابد.

فنل ها

آنتی اکسیدانی که به مقدار زیاد استفاده می شوند و این ترکیبات در مقابل تغییر رنگ و زرد شدن مقاومت می کنند. آنتی اکسیدان های فنلی شامل فنلیک ها, بیس فنلیک ها , پلی فنلیک ها و تیو بیس فنلیک می باشند. معروف ترین آن ها هم با نام اختصاری BHT است. فرمول شیمیایی این ماده عبارتند از ۲-۶ –دی-ترسیو بوتیل -۴ – متیل فنل می باشد. این ماده تاییدیه FDA را دارد و یکی از آنتی اکسیدان های پر مصرف در سطح جهانی می باشد.

اشکال این ماده این است که در زمان مهاجرت به سطح بسیار فرار است و باعث رنگ پریدگی می شود.

پلی فنلیک های و بیس فنلیک ها ساده تر دیگر شامل (۲-۳- ترسیو بوتیل-۴- هیدروکسی آنیسول) نیز برای کاربردهای غذایی هم پیشنهاد می گردند.

پلی فنلیک ها و بیس فنلیک ها جرم مولکولی بالاتری نسبت به فنلیک ها دارند و از خصوصیت های بارز آن ها این است که بدون رنگ بوده و تاثیری بر رنگ پلیمر ندارند.

افزایش جرم مولکولی بالاتر موجب کاهش فراریت این مواد می گردد و اما اشکال این مواد این است که گرانتر هستند. بنابریان پلی فنلیک ها کمتر از فنلیک ها استفاده می گردند.

پرمصرفترین پلی فنلیک تتراکیس (متیلن-(۳-۵-دی-ترسیو بوتیل-۴هیدورکسی هیدروسینامیت) متان با نام تجاری ارگانوکس ۱۰۱۰ شرکت سیبا می باشد.

تیو بیس فنل ها که به عنوان آنتی اکسیدانت استفاده می شوند اثر کمتری از فنل های پوشش دار برای متوقف کردن رادیکال های آزاد دارند. آنها نیز مانند آنتی اکسیدانت های ثانویه پروکسیدها را در دمای بالای ۱۰۰ درجه سانتی گراد تجزیه می کنند. آنها معمولا برای کاربردهای دمای بالا استفاده می شوند.

فنلیک ها در مقایسه با تیو بیس فنل ها بیشتر در بازار مصرف می گردند.

ارگانوفسفیت ها:

جزء دسته آنتی اکسیدان های نوع دوم می باشد. آنتی اکسیدان های ثانویه نظیر ارگانوفسفیت ها هیدروپروکسیدها را به الکل و آن ها را به فسفوناتها تبدیل می کند.

ارگانوفسفیت ها باعث پایداری رنگ می شوند و مانع از تغییر رنگی می شوند که در اثر تشکیل ماده ای به نام کویینوید بدست می آید. این ماده در اثر فعالیت آنتی اکسیدانت های نوع اول حاصل می گردد.

تریس نان فنیل فسفات, ماده ارگانوفسفیت متداولی است که به عنوان آنتی اکسیدانت نوع دوم استفاده می شود. نام تجاری این ماده ایرگافوس ۱۶۸ می باشد.

بازار مصرف این ماده

امروزه در حدود ۷۰ شرکت در دنیا تولید کننده آنتی اکسیدان ت ها می باشند. بسیاری از این ها هم نوع اول و هم نوع دوم را پیشنهاد می کنند ولی تعداد کمی تولید کننده هر دو نوع می باشند.

طبق آمارهای جهانی هر ساله میزان مصرف این ماده ۵ درصد افزایش می یابد.

نتیجه:

یکی از مواد اساسی که از روند تخریب پلیمرها در طول پلیمریزاسیون و فرایند و حتی در زمان استفاده جلوگیری می کند افزودنی آنتی اکسیدانت می باشد. این ماده بصورت اولیه و ثانویه استفاده می شود و بسته به نوع کاربرد مواد آن متفاوت خواهد بود. این ماده با درصد بسیار پایین در فرمولاسیون استفاده می گردد و همین مقدار بسیار اندک تاثیرات اساسی در خواص پلاستیک دارد به گونه ای که عدم استفاد ه از آن تاثیرات مخربی بر پلیمرها دارد.

نوشته: فاطمه ارشادی