Cơ chế tác động của chất chống oxy hóa và ứng dụng thực tế

Thread Content

Bài viết này cuối cùng được chỉnh sửa bởi eric420 vào ngày 29-11-2016 lúc 15:13. Chất chống oxy hóa là một loại chất hóa học; khi có mặt với lượng nhỏ trong hệ polyme, chúng có thể làm chậm hoặc ngăn chặn quá trình oxy hóa của polyme. Nhờ đó, chúng giúp ngăn chặn sự lão hóa của polyme và kéo dài thời gian sử dụng của nó. Chúng còn được gọi là “chất chống lão hóa”. Trong quá trình chế tạo nhựa kỹ thuật, chất chống oxy hóa có thể ngăn chặn sự oxy hóa và phân hủy của một số loại polyme (như ABS) trong quá trình gia công, giúp việc tạo hình chúng diễn ra thuận lợi. Lượng chất chống oxy hóa thường chỉ từ 0,1 đến 0,5 phần. Chất chống oxi hóa lý tưởng cần đáp ứng các điều kiện sau: ① Có khả năng chống oxi hóa cao; ② Tương thích tốt với nhựa, không bị kết tủa; ③ Có tính chất xử lý tốt; không bay hơi hay phân hủy ở nhiệt độ gia công của polyme; ④ Có khả năng chống bị chiết xuất tốt, không hòa tan trong nước và dầu; ⑤ Màu sắc của chất chống oxi hóa nên là màu trong hoặc màu nhạt, để tránh làm ô nhiễm sản phẩm; ⑥ Không độc hoặc có độc tính thấp; ⑦ Giá thành rẻ. Thực tế, không có chất chống oxy hóa nào có thể đáp ứng hoàn toàn những yêu cầu này. Do đó, trong thực tế, người ta thường kết hợp sử dụng nhiều loại chất phụ trợ khác nhau, tùy thuộc vào loại nhựa kỹ thuật, mục đích sử dụng và phương pháp gia công, nhằm tạo ra hiệu ứng tổng hợp. I. Cơ chế tác động
1. Độ ổn định của các polyme sử dụng chất chống oxy hóa kiểu phá vỡ chuỗi
Cơ chế tác động của chất chống oxy hóa liên quan đến việc ức chế các gốc tự do trong phản ứng chuỗi; cụ thể là cơ chế CB-D và cơ chế CB-A. Ví dụ điển hình của cơ chế CB-D là phản ứng giữa các nhóm peroxyl với các chất ức chế như phenol, tiếp theo là các amin thơm. Từ chất ức chế AH, chỉ có nhóm “gốc” mới có thể loại bỏ một nhóm peroxit PO2 theo phương trình phản ứng (1-43). 2. Độ ổn định của các polyme chứa chất chống oxy hóa sẵn có: Các chất chống oxy hóa dạng phòng ngừa hoặc hỗ trợ có thể phân hủy các peroxit hydro, mà không tạo ra các gốc tự do. Do đó, chúng giúp ngăn chặn sự phân nhánh của chuỗi phân tử do việc phân hủy peroxit hydro thành các gốc tự do. 3. Tác động phối hợp giữa các chất chống oxy hóa: Một ví dụ nổi tiếng là sự kết hợp giữa DLTDP hoặc DSTDP với các chất phen có cấu trúc gây cản trở không gian, trong việc nâng cao độ ổn định nhiệt của một số loại polyme. Một ví dụ quan trọng khác về hiệu ứng phối hợp là việc sử dụng các chất phenol có tính cản trở không gian kết hợp với các chất phosphit để nâng cao độ ổn định của dung dịch nóng chảy của các polyme loại polyolefin. II. Ứng dụng thực tế 1. Hướng nghiên cứu về chất chống oxy hóa hiện đang chuyển sang việc phát triển các chất phụ trợ có hiệu quả cao và đa năng, cũng như các chất chống oxy hóa dạng phản ứng. Trên thị trường Trung Quốc đại lục, có cả sản phẩm được sản xuất trong nước lẫn hàng nhập khẩu. Sản phẩm sản xuất trong nước thường có mùi khá nồng và khó bảo quản. Nguồn xuất xứ nhập khẩu có Mỹ, Bỉ, Đức, Tây Ban Nha. Trong số đó, sản phẩm nhập khẩu từ Đức được sử dụng nhiều nhất, bởi vì các chất chống oxy hóa sản xuất tại Đức có bao bì và chất lượng phù hợp hơn cho việc sử dụng trong sản xuất thực tế. Sản xuất tại Đức, thường được gọi là chất chống oxy hóa BHT. Trong số đó, chất chống oxy hóa BHT do công ty Bayer của Đức phát minh ra được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp. Dưới đây là những ứng dụng cụ thể của nó. Cần nhấn mạnh rằng, các chất chống oxy hóa không được khuyến nghị sử dụng. Chất chống oxy hóa BHT có khả năng ức chế hoặc làm chậm quá trình oxy hóa, phân hủy của nhựa hoặc cao su, từ đó kéo dài thời gian sử dụng của chúng. 2. Chất chống oxy hóa BHT có thể ngăn chặn sự tăng cao của giá trị axit hoặc độ nhớt của dầu bôi trơn, dầu nhiên liệu. 3. Chất chống oxy hóa BHT còn là chất ổn định được sử dụng trong các loại cao su tổng hợp như butadien-styren, nitrile, polyurethane, cis-butadiene… cũng như trong polyethylene và polyvinyl clorua. Đây là chất chống lão hóa thuộc nhóm phenol, thường được sử dụng trong cao su. Chất BHT có tác dụng bảo vệ cao su tự nhiên, cis-butadiene, butadien-styren, butyl, isoprene, nitrile, ethylene-propylene… khỏi tác động của oxi và nhiệt. Ngoài ra, BHT còn giúp ngăn chặn tác hại của đồng; khi kết hợp với chất chống tia cực tím và sáp, BHT có thể bảo vệ cao su khỏi các tác động của thời tiết. Chất BHT dễ được phân tán trong cao su; có thể được trộn trực tiếp vào cao su hoặc được sử dụng dưới dạng chất phân tán trong keo cao su. Chất này có thể được dùng để sản xuất các loại cao su màu trắng, màu sáng hoặc trong suốt, cũng như các sản phẩm từ cao su dùng trong đời sống hàng ngày, y tế, băng dính, giày cao su và các sản phẩm cao su dùng trong thực phẩm. BHT còn có thể được sử dụng như chất ổn định trong quá trình xử lý và lưu trữ cao su tổng hợp. 4. Độ hòa tan của chất chống oxy hóa BHT như sau: trong ethanol là 25% (20), trong dầu đậu nành là 30% (25), trong dầu hạt bông là 20% (25), còn trong mỡ lợn thì là 40% (40). 5. Chất chống oxy hóa BHT, với vai trò là chất phụ gia thực phẩm, có thể làm chậm quá trình biến chất của thực phẩm do tác động của axit. Chất chống oxy hóa BHT được sử dụng trong các loại dầu thực vật và động vật, cũng như trong các sản phẩm thực phẩm chứa dầu thực vật và động vật. Ngoài ra, chất chống oxy hóa BHT còn có thể được sử dụng trong ngành mực in, keo dính, da thuộc, luyện kim, in ấu, sơn phủ và công nghiệp điện tử. 6. Chất chống oxy hóa BHT cũng là chất ổn định được sử dụng trong mỹ phẩm, dược phẩm và các sản phẩm tương tự. Lượng chất chống oxy hóa BHT cần thêm vào: 0,01% – 2%. 7. Chất chống oxy hóa BHT là chất phụ gia tuyệt vời dùng để bảo vệ các sản phẩm dầu mỏ khỏi quá trình oxy hóa. Hiệu quả chống oxy hóa của BHT đạt mức tốt nhất ở nhiệt độ 100 độ C. Chất chống oxy hóa BHT được sử dụng rộng rãi trong dầu tuabin, dầu biến áp, dầu thủy lực, dầu dẫn nhiệt, dầu phanh, dầu cho các bộ phận máy móc chính xác, cũng như là chất chống oxy hóa và ngăn chặn quá trình kết dính của sáp. Chất chống oxy hóa BHT có thể được sử dụng trực tiếp hoặc được pha thành dung dịch để thêm vào sản phẩm. Nhằm nâng cao khả năng chống oxy hóa của sản phẩm, từ đó kéo dài thời gian sử dụng của nó. Khi kết hợp chất chống oxy hóa BHT với các chất ức chế hoạt tính kim loại có cấu trúc chuỗi dài như ZDDP, TCP, có thể tạo ra các loại dầu thủy lực chống mài mòn. Liều dùng thường là 0,1–1%.