抗氧劑在高分子領(lǐng)域的研究和應(yīng)用

王 超

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用化工系,吉林 吉林132013）

高分子材料是以有機高分子化合物為基礎(chǔ)制造出來的，其構(gòu)成化合物的相對分子質(zhì)量較高。早在上個世紀(jì)初就已經(jīng)有國外的科學(xué)家合成出了高分子材料，在近幾年中，由于科技的進步和發(fā)展，高分子材料得到了明顯的改善和提升，其涉及的材料也逐漸增多，主要包括橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料以及高分子基復(fù)合材料等。同時人們也將其應(yīng)用在了更加廣泛的領(lǐng)域，例如化工業(yè)、航天業(yè)、食品業(yè)、電子業(yè)、建筑業(yè)等，其為人類科技的進步提供了不可估量的作用。

1 高分子材料的氧化機理和抗氧劑作用機理

高分子材料在使用的過程中會難以避免的出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，經(jīng)過數(shù)十年的研究發(fā)現(xiàn)，這種氧化現(xiàn)象一般是與高分子中的自由基自身枝化鏈發(fā)生氧化反應(yīng)有關(guān)。同時，由于大氣中含氧量較為豐富，其溫度有時會升高，加之高分子材料中會混入一些金屬雜質(zhì)，也就加速了其氧化過程。而能夠?qū)@一氧化過程起到抑制或阻滯效果的物質(zhì)就被稱為抗氧化劑，經(jīng)過多年研究后，研發(fā)出五大類抗氧化劑。其中主要包括自由基俘獲和清除類、電子給予作用類、質(zhì)子給予作用類、氫過氧化物分解作用類以及降低金屬雜質(zhì)活性類抗氧化劑。

1.1 自由基俘獲和清除

自由基屬于高度不穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)，其是化合物發(fā)生氧化反應(yīng)的主要誘因，因此想要阻止氧化作用，就必須從自由基入手。一旦有某種化合物能夠與自由基產(chǎn)生反應(yīng)，進而阻斷自由基的氧化反應(yīng)過程，其就能夠防止高分子材料發(fā)生氧化，因此能夠俘獲和清除自由基的化合物就成為了首選。炭黑是一種本身性質(zhì)較為穩(wěn)定的物質(zhì)，其擁有著特殊的結(jié)構(gòu)，能夠較大程度的俘獲自由基，同時其還具有屏蔽紫外線以及激發(fā)態(tài)能量的功能，目前這種物質(zhì)已經(jīng)被應(yīng)用在各類高分子材料的抗氧化防護上。就汽車制造業(yè)而言，其輪胎大多為高分子材料橡膠制成，在使用過程中與地面和空氣接觸后會被附著很多金屬離子，并會由于摩擦而生熱，加速橡膠的老損過程，嚴(yán)重時則可引發(fā)爆胎，危及駕駛者生命。而在車胎橡膠中添加約2%的炭黑后，就可以有效防止氧化，使得輪胎的使用壽命被延長到10年至20年。根據(jù)最近的研究顯示，利用氮氧穩(wěn)定自由基的方法在100℃以下的效果出眾，能夠有效消除烷基自由基，使得高分子材料更加穩(wěn)定，但當(dāng)溫度超過100℃時這種效果就會被反轉(zhuǎn)，目前這種技術(shù)也被廣泛的應(yīng)用在各類不涉及高溫的高分子材料中。

1.2 電子給予作用

經(jīng)過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，一部分含有叔胺的受阻胺GW-608，GW-650具有非常好的抗氧化作用，能夠有效地破壞自由基自身的氧化反應(yīng)，而造成這種情況的原因主要是由于叔胺具有電子給予作用。其具體如下公式：

1.3 質(zhì)子給予作用

研究發(fā)現(xiàn)芬胺和受阻酚是最有效的抗氧化劑，其作用的主要機理就是能夠?qū)⒆陨淼馁|(zhì)子給予自由基，從而破壞自由基自身的氧化反應(yīng)。根據(jù)最新的研究表明，在受阻酚和芬胺和自由基進行反應(yīng)的過程中，其所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物（例如醌類等）對于高分子材料的氧化也具有一定的抑制作用，對于整個抗氧反應(yīng)具有著較大的影響。芬胺和受阻酚抗氧化反應(yīng)具體如下：

1.4 氫過氧化物的分解作用

在高分子材料氧化的過程中，氫過氧化物起到了一個“助推劑”的作用，其能夠加速自由基自身的氧化反應(yīng)，進一步加速高分子材料的降解速度。但需要注意的是，只有當(dāng)氫過氧化物達到一定濃度后才能夠促進高分子材料的降解，因此在組織高分子材料氧化時，就應(yīng)該對氫過氧化物進行有效的分解。經(jīng)過研究，將氫過氧化物的作用方式分為兩大類，一類是均解，一類是雜解。其中均解所需要的活化能較低，因此在常溫下即可促進自由基的氧化反應(yīng)。而能夠分解氫過氧化物的抗氧化劑就是一類能夠使氫過氧化物以離子為單位進行分解的物質(zhì).

1.5 降低金屬離子的活性

金屬離子是一類氧化能力較高的離子，在常溫下，純金屬離子的氧化速度非?？欤淇梢耘c空氣中的水分和氧氣進行充分的接觸和反應(yīng)，進而破壞其本身的分子結(jié)構(gòu)。而高分子材料在生產(chǎn)、運輸、貯存、包裝等過程中難以避免地會被摻入金屬離子，而這些金屬離子就會加速高分子材料的氧化作用。一般情況下，對于這類氧化反應(yīng)均采取金屬離子絡(luò)合物化，以此減少離子的氧化活性，使得高分子材料能夠降低氧化作用程度。此類抗氧化劑主要用于電纜、電線以及其它絕緣高分子材料之中，能夠有效保證材料的抗熱氧能力。

2 抗氧化劑的合成和發(fā)展

經(jīng)過近兩個世紀(jì)的研究，尤其是近幾十年的研究，多種新型的抗氧化劑已經(jīng)面試。目前，單一使用一種抗氧化劑的方法已經(jīng)被淘汰，科研人員發(fā)現(xiàn)了利用主、副兩類抗氧化劑協(xié)同作用的方法，這樣可以有效提升抗氧化劑的作用。其中芬胺和受阻酚是作為比較重要的主抗氧化劑被應(yīng)用，但由于芬胺具有較大的毒性，其可能導(dǎo)致癌癥或不孕癥，因此正在逐漸被受阻酚所取代。

3 結(jié)語

抗氧化劑能夠有效提高高分子材料的抗氧化能力，大大增加高分子材料的使用壽命，為各行各業(yè)的發(fā)展做出了巨大的貢獻。因此，在未來高分子材料發(fā)展過程中，抗氧化劑也必將隨之高速發(fā)展，并且逐漸向無毒、環(huán)保、綠色、健康等的方向進行發(fā)展，更好地為人類進行服務(wù)。

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