Реферат: Несимметричные сульфиды
Полимерные материалы в значительной мере подвержены воздействию условий окружающей среды (свет, тепло, действие озона, радиация, механические нагрузки).Под влиянием этих факторов снижается эластичность, ухудшается электроизоляционные свойства и др. Эти явления, называемые в совокупности старением, приводят к необратимым изменениям свойств полимерных материалов и сокращают срок службы изделий из них. При эксплуатации большинство полимеров находится в контакте с кислородом воздуха, т.е. в окислительной среде. Реакции окислительной деструкции являются наиболее распространенными из реакций, протекающих при старении в естественных условиях, и представляют собой радикально-цепной окислительный процесс. Этот процесс активируется различными внешними воздействиями – тепловым, радиационным, механическим, химическим. Характерная особенность радикально-цепных окислительных процессов – возможность их резкого замедления путем введения небольшого количества ингибитора (стабилизатора).
Выделяют следующие типы стабилизаторов:
· антиоксиданты или антиокислители (защищающие полимерные вещества от разрушающего действия кислорода);
· антиозонаты (защищающие полимерные вещества от разрушающего действия озона);
· светостабилизаторы (защищающие полимерные вещества от разрушающего действия ультрафиолетовых лучей);
· термостабилизаторы (защищающие полимерные вещества от разрушающего действия высокой температуры);
· антирады (защищающие полимерные вещества от разрушающего действия радиационного излучения).
Как известно, основу макромолекулы большинства полимеров общего назначения составляет углеродная цепь типа:
где: R = H, alk, ar.
В общем виде механизм ингибированного окисления углеводородов молекулярным кислородом может быть представлен следующей схемой:
Механизм ингибированного окисления углеводородов
(0) RH ® R•
(1) R• + O2 ® ROO•
(2) ROO• + RH ® ROOH + R•
(3) ROOH ® RO• + HO•
(4) R• + R• ® R-R
(5) ROO• + R• ® ROOR
(6) ROO• + ROO• ® ROH + R"COR + O2
(7) ROO• + InH ® ROOH + In•
(8) In• + RH ® InH + R•
(9) In• + In• ® In-In
(10) In• + ROO• ® InOOR
В целом процесс окисления зависит от величины константы скорости реакции продолжения цепи (k2) и концентрации перекисных радикалов. Соответствующие гидроперекиси являются первичными продуктами окисления, дальнейший распад которых приводит к различным кислородсодержащим веществам и часто сопровождается разрывом углерод-углеродной цепи.
Присутствующий в окисляющейся системе ингибитор (InH), как правило, реагирует c радикалами ROO• (реакция 7), либо прерывая цепь окисления, либо уменьшая концентрацию этих радикалов, что приводит к снижению скорости окисления. Естественно, что чем менее активен получающийся из ингибитора радикал, тем меньше вероятность протекания реакции 8. Следовательно, тормозящее действие любого ингибитора окисления зависит, с одной стороны, от скорости реакции перекисных радикалов с ингибитором, а с другой – от активности получающегося из ингибиторов радикала. Малоактивные радикалы In• обычно не способны продолжать цепь (реакция 8) и рекомбинируют друг с другом (реакция 9). Таким образом, относительная активность радикала In• непосредственно в процессе окисления должна определяться отношением констант скоростей реакций k2/k7, которое характеризует максимальную возможность торможения процесса окисления при использовании данного ингибитора (сила ингибитора). Чем меньше это отношение, тем больше возможное тормозящее действие ингибитора.
2. 2. Пространственно-затрудненные фенолы, как ингибиторы радикальных процессов в полимерах.
В качестве стабилизаторов могут быть использованы различные органические сульфиды, в том числе пространственно-затруднённые фенолы типа:
Пространственно-затрудненные фенолы (и получающиеся из них феноксильные радикалы) полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к сильным антиоксидантам, и являются эффективными ингибиторами процессов окисления различных органических материалов. Подобные фенолы, как правило, реагируют с радикалами ROO•, прерывая цепь окисления.
Эффективность пространственно-затрудненных фенолов как ингибиторов окисления существенно зависит от их структуры. Определяющим фактором в этом случае является строение о-алкильных групп и характер пара-заместителя. Ниже приведено соотношение k2/k7, характеризующее эффективность некоторых пространственно-затрудненных фенолов при ингибированном окислении тетралина при 50°С.
| k2/k7 | |
| Фенол | 83 |
| о-крезол | 522 |
| 2-трет.-бутилфенол | 787 |
| 2,6-ди-трет.-бутилфенол | 967 |
| 2,4,6-три-трет.-бутилфенол | 1413 |
| 4-метил-2,6-ди-трет.-бутилфенол | 1990 |
Введение в пара-положение молекулы пространственно-затрудненного фенола электрондонорных заместителей увеличивает его антиокислительную активность, а электронакцепторных - уменьшает:
| Пара-заместитель: | Относительная эффективность: |
| - CH3 | 100 |
| - C2H5 | 125 |
| н-C4 H9 | 140 |
| - CH(CH3 )C2 H5 | 80 |
| - C(CH3 )3 | 36 |
Эффективность большинства стабилизаторов класса пространственно-затрудненных фенолов значительно повышается в композиции с веществами, разрушающими гидроперекиси и предотвращающими возможность вырожденного разветвления цепи окисления сульфидами, фосфитами, аминами, тиолами.
При использовании антиоксидантов помимо рассмотренных выше закономерностей, определяющих эффективность ингибитора, необходимо дополнительно учитывать следующие факторы: совместимость стабилизатора с защищаемым материалом, степень окрашивания полимера и особенности продукта его окисления, летучесть.