Wirkungsmechanismus und praktische Anwendung von Antioxidantien

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von eric420 am 29.11.2016 um 15:13 bearbeitet. Antioxidantien sind eine Art von Chemikalien, die bereits in geringen Mengen in Polymersystemen vorhanden sein können, um den Oxidationsprozess der Polymere zu verlangsamen oder zu hemmen. Dadurch wird das Altern der Polymere verhindert und ihre Lebensdauer verlängert. Sie werden auch als „Antioxidanzien“ bezeichnet. Bei der Verarbeitung von Engineering-Kunststoffen können Antioxidantien verhindern, dass bestimmte Polymere (wie ABS usw.) während des Verarbeitungsprozesses durch thermische Oxidation zerstört werden, wodurch eine reibungslose Formgebung ermöglicht wird. Die Menge an Antioxidantien beträgt in der Regel nur 0,1–0,5 Teile. Ideale Antioxidantien sollten folgende Eigenschaften aufweisen: ① Sie müssen eine hohe antioxidative Wirkung haben. ② Sie sollten gut mit dem Harz kompatibel sein und sich nicht absetzen. ③ Sie sollten eine gute Verarbeitbarkeit aufweisen – bei den Verarbeitungstemperaturen der Polymere sollten sie weder verdampfen noch zerfallen. ④ Sie sollten eine gute Beständigkeit gegen Auswaschung aufweisen und sich weder in Wasser noch in Öl lösen. ⑤ Am besten sind Antioxidantien farblos oder hell gefärbt, damit sie die Produkte nicht verfärben. ⑥ Sie sollten ungiftig oder nur schwach giftig sein. ⑦ Schließlich sollten sie günstig sein. Tatsächlich kann kein Antioxidans alle diese Anforderungen vollständig erfüllen. Deshalb wird in der Praxis oft je nach Art des Kunststoffs, seinem Verwendungszweck sowie der Verarbeitungsmethode auf die Vorteile verschiedener Zusatzstoffe zurückgegriffen, um synergetische Effekte zu erzielen. I. Wirkungsmechanismus
1. Stabilität von Polymeren, bei denen kettenunterbrechende Antioxidantien verwendet werden
Der Wirkmechanismus der Antioxidantien gegenüber den aktiven Spezies in Kettenreaktionen beruht auf dem sogenannten CB-D-Mechanismus sowie dem CB-A-Mechanismus. Beim CB-D-Mechanismus handelt es sich um Reaktionen zwischen Peroxidgruppen und Inhibitoren wie Phenolen – gefolgt von Reaktionen mit aromatischen Aminen. Von dem Inhibitor AH entsteht nur ein Gruppenteil, der in der Lage ist, ein Peroxidgruppenteil PO2 gemäß der Reaktionsgleichung (1-43) zu zerstören. 2. Stabilität von Hochpolymeren mit vorbeugenden Antioxidantien: Präventive oder unterstützende Antioxidantien können Hydroperoxide zersetzen, ohne dabei freie Radikale zu bilden. Dadurch können sie die durch die Zersetzung von Hydroperoxiden in freie Radikale verursachte Verzweigung der Ketten verhindern. 3. Synergistische Wirkung zwischen Antioxidantien: Ein sehr bekanntes Beispiel ist die Anwendung von Dibenzoylthiobispropanat (DLTDP) oder Distearoylthiobispropanat (DSTDP) in Kombination mit phenolischen Verbindungen, die eine räumliche Störung bewirken, bei der thermischen Stabilität bestimmter Polymere. Ein weiteres wichtiges Beispiel für Synergien ist die Kombination von phenolhaltigen Verbindungen mit Phosphiten bei der Steigerung der Schmelzstabilität von Polyolen, wobei räumliche Störfaktoren eine Rolle spielen. II. Praktische Anwendung 1. Der Forschungsschwerpunkt bei Antioxidantien hat sich auf die Entwicklung effizienter, vielseitig einsetzbarer Additivprodukte sowie reaktiver Antioxidantien verlagert. Auf dem chinesischen Festlandsmarkt gibt es Produkte, die im Inland hergestellt werden, sowie importierte Produkte. Die inländisch hergestellten Produkte haben einen stärkeren Geruch und sind nicht so gut lagerfähig. Die Herkunftsländer der Importe sind die Vereinigten Staaten, Belgien, Deutschland und Spanien. Am häufigsten werden dabei Produkte deutscher Herkunft verwendet, denn die Antioxidantien deutscher Herstellung sind in Bezug auf Verpackung und Qualität besonders gut für den praktischen Einsatz geeignet. Herkunft Deutschland, wird im Allgemeinen als Antioxidans BHT bezeichnet. Dabei wird das Antioxidans BHT, das von dem deutschen Unternehmen Bayer entwickelt wurde, in vielen industriellen Anwendungen eingesetzt. Im Folgenden sind die detaillierten Anwendungsbereiche aufgeführt. Es muss betont werden, dass Oxidationshemmer nicht empfohlen werden. Das Antioxidans BHT kann die oxidative Zersetzung von Kunststoffen oder Kautschuk hemmen oder verlangsamen und somit ihre Lebensdauer verlängern. 2. Das Antioxidans BHT kann einen Anstieg des Säurewerts oder der Viskosität von Schmierölen und Kraftstoffen verhindern. 3. Das Antioxidans BHT dient als Stabilisator für synthetische Gummisorten wie Butadien-Styrol-Gummi, Butyllacrylat, Polyurethan und Isobutylkautschuk sowie für Polyethylen und Polyvinylchlorid. Es handelt sich dabei um ein häufig verwendetes Phenol-basiertes Antioxidans in Gummimaterialien. BHT schützt natürlichen Kautschuk, Butadien-Styrol-Gummi, Butyllacrylat, Isopentylkautschuk, Butyllacrylat sowie Acrylat- und Latexprodukte vor thermischer Oxidation. Zudem kann BHT den Schaden durch Kupfer verhindern. In Kombination mit Ozon- und Wachsstabilisatoren kann es außerdem den Schaden durch verschiedene klimatische Faktoren am vulkanisierten Gummi verhindern. BHT lässt sich leicht im Gummi dispergieren – es kann direkt in den Gummi eingemischt werden oder als Dispergat in Latexprodukte gegeben werden. Es wird zur Herstellung von Reifenwänden sowie verschiedener Gummiprodukte in weißer, farbiger oder transparenter Ausführung verwendet. Ebenso findet es Anwendung in alltäglichen Produkten, im Gesundheitswesen, bei Klebebändern, Gummischuhen sowie in Lebensmittelverpackungen aus Gummi. Zudem kann BHT als Stabilisator beim Nachbehandeln und Lagern von synthetischen Gummis verwendet werden. 4. Die Löslichkeit des Antioxidans BHT beträgt: Ethanol 25% (20 °C), Sojaöl 30% (25 °C), Baumwollkernöl 20% (25 °C), Schweineschmalz 40% (40 °C). 5. Das Antioxidans BHT kann als Lebensmittelzusatzstoff die Verderblichkeit von Lebensmitteln verzögern. Das Antioxidans BHT wird in pflanzlichen und tierischen Fetten sowie in Lebensmitteln, die pflanzliche oder tierische Fette enthalten, verwendet. Außerdem kann das Antioxidans BHT auch in Druckfarben, Klebstoffen, Leder, der Gussindustrie, der Textilfärberei, Lacken sowie in der Elektronikindustrie eingesetzt werden. 6. Das Antioxidans BHT dient außerdem als Stabilisator in Kosmetika und Arzneimitteln. Zusatzmenge des Antioxidans BHT: 0,01 %–2 %. 7. Das Antioxidans BHT ist ein hervorragendes Antioxidationsmittel für verschiedene Erdölprodukte. Seine beste Wirkung zeigt das Antioxidans BHT bei einer Arbeitstemperatur von 100 Grad. Das Antioxidans BHT wird weit verbreitet in Turbinenölen, Transformatorenölen, Hydraulikölen, Wärmeleitölen, Bremsflüssigkeiten, Spindelölen sowie in Ölen für Präzisionsmaschinen sowie als Antioxidations- und Gummiverhinderungsmittel in Paraffinen eingesetzt. Das Antioxidans BHT kann direkt oder in Form einer Mutterlösung in die Produkte eingefügt werden. Um die Oxidationsbeständigkeit des Produkts zu verbessern und seine Lebensdauer zu verlängern. Die Kombination von Antioxidans BHT mit langkettigen, basischen ZDDP- und TCP-Metallinhibitoren zur Rostverhütung ermöglicht die Herstellung von schmierfähigen Hydraulikölen und ähnlichen Produkten. Die übliche Menge beträgt 0,1–1 %.