Ứng dụng phụ gia trong ngành nhựa

Tài liệu giúp các bạn nắm được những kiến thức về chất chống oxy hóa; cơ chế của chất chống oxy hóa; những yêu cầu về chất chống oxy hóa; các chất chống oxy hóa; chất ổn định; chất hóa dẻo; chất bôi trơn; chất trợ gia công trùng hợp cao cho PVC...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng phụ gia trong ngành nhựa Plastic and Rubber Technology CenterỨNG DỤNG PHỤ GIATRONG NGÀNH NHỰA Plastic and Rubber Technology Center Chương I. CHẤT CHỐNG OXY HÓAI. GIỚI THIỆU Trong thực tế, tất cả vật liệu polymer (thiên nhiên hay tổng hợp) đều có phản ứng với oxy. Vềmặt kỹ thuật, cần phải xác định các phản ứng oxy hóa xảy ra chỉ do quá trình nhiệt ở nhiệt độ cao haydo ánh sáng (chủ yếu là tử ngoại). Trong phần này sẽ bàn về sự oxy hóa do nhiệt của polymer. Sự oxy hóa có thể xảy ra ở mỗi giai đoạn trong chu kỳ làm việc của polymer, tức là trong quá trình sảnxuất, bảo quản vật liệu, hay quá trình gia công và sử dụng. Mỗi loại polymer có khả năng kháng oxy hóa khác nhau. Polymer có độ bất bão hòa càng cao thìcàng nhạy với phản ứng oxy hóa. Đối với một loại polymer, khả năng kháng oxy hóa khác nhau do quátrình sản xuất khác nhau (bản chất và lượng xúc tác còn lại) và hình thái học (kết tinh và sự định hướng). Những biểu hiện của sự oxy hóa còn được gọi là hiện tượng lão hóa. Những biểu hiện này phụ thuộc vào loạipolymer và ứng dụng của nó. Đó chính là những biểu hiện về ngoại quan của polymer: sự thay đổi màu (ngả vàng),mất độ bóng hay độ trong, sự phun sương và các vết nứt trên bề mặt. Mặt khác, có thể xảy ra việc mất đồng thời cáctính chất cơ học: độ bền va đập, độ dãn dài, độ bền kéo ...Khi xảy ra hiện tượng lão hóa, các tính chất của polymer bịbiến đổi, điều này sẽ làm mất khả năng ứng dụng của nó. Về cơ bản, có nhiều phương pháp làm chậm quá trình oxy hóa nhiệt: - Biến tính cấu trúc polymer, như đồng trùng hợp với nhóm vinyl có chất chống oxyhóa. - Khóa các nhóm cuối mạch, thường áp dụng đối với polyacetal. - Ổn định vật lý bằng cách định hướng (kéo căng). - Thêm các chất phụ gia ổn định: chất chống oxy hóa. Thêm chất chống oxy hóa là phương pháp thông dụng nhất. Chất chống oxy hóa là chấtlàm chậm sự oxy hóa, do đó làm chậm quá trình lão hóa của polymer. Chúng làm việc có hiệu quảở hàm lượng khoảng 1%. Cần đưa chất chống oxy vào polymer càng sớm càng tốt. Ngày nay, đi kèm với các ứng dụng rất đa dạng của nhựa thì tất yếu phải phát triển các phụgia thích hợp, đặc biệt là chất chống oxy hóa. Plastic and Rubber Technology CenterII. PHẢN ỨNG OXY HÓA CỦA POLYMER Phản ứng của các hợp chất hữu cơ với oxy được gọi là sự tự oxy hóa, vì các phản ứng này xảyra tự động khi vật liệu hữu cơ ở ngoài không khí. Sự tự oxy hóa có hai đặc điểm: tự xúc tác và sự ứcchế do phụ gia. Những phản ứng này thường là những phản ứng gốc (hầu hết là các phản ứng chuỗi). Phản ứng chuỗi bao gồm: phản ứng khơi mào tạo gốc tự do, phản ứng truyền mạch và phân nhánh mạchtạo các sản phẩm oxy hóa, và phản ứng ngắt mạch (loại bỏ các gốc tự do khỏi hệ). Dưới đây là phản chuỗi tổngquát của sự oxy hóa nhiệt: - Phản ứng khơi mào: được tạo thành do hoạt động của nhiệt hay do sự kết hợp của nhiệt vàứng suất cơ (thường xảy ra trong điều kiện gia công). PH P H O 2 HO2 PH P Xuc tac goc tu do - Phản ứng truyền mạch: Phản ứng (4) xảy ra rất nhanh nếu lượng oxy trong polymerđủ. Nó truyền gốc alkyl P vào gốc peroxy PO2 rất nhanh. Phản ứng (5) sẽ xác định tốc độ oxyhóa của polymer. P + O2 PO2 PO2 + PH POOH + P - Phản ứng phân nhánh: Sự phân hủy peroxide POOH PO + OH POOH + PH PO + P + H2O 2 POOH PO + PO2 + H2O P + PH POH + P OH + PH P + H2O - Phản ứng kết thúc mạch: từ (10) – (13) là các phản ứng hai phân tử của hai gốc tự do. Phản ứng (12) và (13)rất quan trọng trong việc giảm lượng oxy. Phản ứng (10a),(12) và (13) làm tăng liên kết ngang, có nghĩa là tăng khối lượng phân tử và có thể tạogel. Plastic and Rubber Technology Center PO2 + PO2 POOP + O2 PO2 + PO2 PO + PO + O2 PO2 + PO2 sản phẩm không hoạt tính + O2 P + PO2 POOP P + P P–PIII. CƠ CHẾ CỦA CHẤT CHỐNG OXY HÓA Sự tự oxy hóa theo diễn giải ở trên cho thấy rõ các phản ứng phá hủy polymer. Chúng là các phản ứngkhơi mào và truyền mạch. Đối với các phản ứng này có thể sử dụng các hợp chất hóa học gây cản trở, đó là cácphụ gia ổn định. Các chất chống oxy hóa quan trọng nhất, chống oxy hóa bậc nhất (phá vỡ mạch) gây cản trở giai đoạn truyềnmạch (phản ứng 5). Các chất chống oxy hóa bậc 2 hay ngăn chặn phá hủy các nhóm hydroperoxide gây ra sự khơi màovà phân nhánh mạch. 1. Sự ổn định của chất chống oxy hóa gây đứt mạch Sử dụng chất chống oxy hóa làm tác nhân cắt mạch, ngăn chặn phản ứng truyền mạch bằngcách cho chất này phản ứng với gốc tự do (nguyên nhân gây truyền mạch): gốc alkyl P và gốcperoxide PO2 . Các gốc alkoxy PO và gốc hydroxy OH được tạo thành trong phản ...