抗氧剂
基本介绍
对于工程塑料加工,抗氧化剂可以防止一些聚合物(如ABS等)加工过程中的热氧化降解使得成型过程顺利进行。抗氧剂的添加量—般只有0.1-5份。
理想的抗氧化剂应满足以下条件:
1应具有较高的抗氧化能力;
②与树脂相容性好,无沉淀;
3加工性能好,在聚合物加工温度下不挥发、不分解;
④耐提取性好,不溶于水和油;
⑤It 最好是无色或浅色的,以免污染产品;
⑥无毒或低毒;
⑦价格低廉。
事实上,任何一种抗氧化剂都不能完全满足这些条件,所以实际使用往往要根据工程塑料的种类而定、用途和加工方法,利用各种添加剂的优势,配合使用,产生协同效应。
名称简介
抗氧剂
广义来说,大多数弱还原剂都是抗氧化剂,只是根据不同的工业用途来选择。有较高化学、具有物理稳定性或低毒性的弱还原剂可以在配方中巧妙的用作抗氧化剂。例如:柠檬酸是一种具有弱还原性的有机酸,可在饮料配方中用作抗氧化剂;食物时间长了容易氧化变质,可以加入少量的抗氧化剂来延长它们的保存时间;塑料、合成纤维和橡胶等聚合物材料易于热氧化降解添加抗氧化剂可以保持高分子材料的优良性能,延长其使用寿命…
有机化合物的热氧化过程是一系列自由基链式反应、在光或氧的作用下,有机分子的化学键断裂,产生活性自由基和氢过氧化物。氢过氧化物经历分解反应,并且还产生烃氧自由基和羟基自由基。这些自由基可以引发一系列自由基链式反应,导致有机化合物的结构和性质发生根本性变化。抗氧化剂的作用是消除新生成的自由基,或促进氢过氧化物的分解,阻止链式反应。能清除自由基的抗氧化剂有芳香胺受阻酚及其衍生物,称为主抗氧化剂;能分解氢过氧化物的抗氧化剂包括含磷和硫的有机化合物,称为辅助抗氧化剂。
产品分类
根据作用机理,抗氧化剂可分为过氧化物分解抗氧化剂,如二烷基二硫代磷酸锌和二烷基二硫代氨基甲酸锌;自由基清除抗氧化剂,如n-苯基-α-萘胺和烷基吩噻嗪等;金属去活抗氧化剂,例如苯并三唑衍生物和巯基苯并噻唑衍生物。
这类抗氧化剂主要是各种金属(如铜、锌、钼和锑等)烷基硫代磷酸类化合物和氨基甲酸类化合物具有一定的抗氧化能力,多用于内燃机油,主要用于抗磨、减摩、抗氧和极压作用。尤其是二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)该产品具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能,以及一定的抗磨和极压性能。自问世以来,它一直是发动机油和工业用油不可或缺的组分能有效防止发动机轴承的腐蚀,抑制高温氧化引起的油品粘度增加,因此在润滑油添加剂中占有重要地位。
用旋转氧弹法(SH/T0193)调查不同的ZDDP(T202、T203、T204和T205)均以0.25%基础油掺入质量分数为。可以看出,ZDDP系列抗氧抗腐剂在125N基础油中具有良好的抗氧效果;在HVIWH150基础油中,T204具有较好的抗氧化效果;在合成油PAO6中,ZDDP系列抗氧化剂具有良好的抗氧化效果。有机铜盐抗氧化剂有很多种,主要是有机羧酸铜、硫代磷酸铜盐、硫代氨基甲酸铜、硫化烃硼酸铜等。例如,二烷基二硫代磷酸铜抗氧化剂具有良好的高温抗氧化性,这是低剂量、具有良好高温抗氧化性的润滑油抗氧化剂。能有效控制油品因氧化引起的粘度增加,与高温清净剂和无灰分散剂有良好的配伍性,是制备高级内燃机油的重要添加剂。有机铜盐能消除活性烷基自由基和过氧化物自由基,但铜离子也能在一定程度上催化过氧化氢的分解,因此这类抗氧化剂的应用仍有争议。
有机钼化合物是一种重要的过氧化物分解抗氧化剂,也能有效降低油品的摩擦系数。如二异辛基二硫代磷酸钼是一种油溶性好减摩抗磨效果显著的润滑油添加剂,是制备内燃机高效磨合油的主要成分;也可用于齿轮油、液压油、曲轴箱油和金属加工油可以减少摩擦、降低磨损的作用。近年来,燃油经济性已成为国际热点问题降低摩擦,提高抗氧化能力,在欧美新一代机油规格中体现的很明显。例如,氨基甲酸钼抗氧化剂具有优异的减摩性能,可以帮助内燃机油通过新的节能台架试验;钼氨络合物具有良好的抗氧化性和优异的减摩性能ShigekiMatsui等人使用长链烷基钼氨络合物0.02%以钼质量分数计)调制一种低摩擦系数、磨斑直径小、具有优异清净性的润滑油。本全配方含钼氨络合物的润滑油与1.5%在烟灰的情况下,去污力测量为10分(即满分)
一些研究人员还介绍了一种具有优异减摩性能的钼氨复合物它在油中的摩擦系数低于二烷基二硫代氨基甲酸钼有人将其添加到燃料油中,以提高其抗氧化性和储存稳定性。烷基硫代氨基甲酸酯主要是用作润滑油抗氧化剂的二烷基二硫代氨基甲酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸钼、二烷基二硫代氨基甲酸锑和二烷基二硫代氨基甲酸镉等。比如二烷基二硫代氨基甲酸锌就是一种多效添加剂,在高温下抗氧化效果尤为突出。二烷基二硫代氨基甲酸铜不仅具有良好的高温抗氧化性,还具有良好的减摩性和耐腐蚀性。此外,不含金属的二烷基二硫代氨基甲酸酯也是一种重要的无灰过氧化物分解抗氧剂,与酚自由基清除剂和胺类抗氧剂有很好的复配效果,能有效抑制高温氧化引起的油品粘度增加、也可以控制污泥的形成。二烷基二硫代氨基甲酸酯与多种添加剂一起使用时,具有很强的协同效应,能提高其他添加剂的效率,且在高温下不易失去活性;同时在高含量下具有良好的极压效果,可以部分替代ZDDP。用作抗氧化剂时,质量分数为0.1%~1.用作极压剂时,质量分数为2.~4.主要用于汽轮机油、液压油、齿轮油和内燃机油可以提高油品的抗氧化性、抗磨损性能;TimkenOK负荷可以在油脂中增加。
有机磷化合物是一类重要的润滑油添加剂,当粗糙的摩擦表面与缓慢滑动的金属表面接触时,磷添加剂具有优异的抗磨效果。例如,亚磷酸三丁酯和亚磷酸三苯酯是许多石油基润滑油的有效抗氧化剂酸性十二烷基亚磷酸酯具有良好的抗磨抗磨性能和良好的热稳定性、耐腐蚀性和耐磨性。亚磷酸酯能消除过氧自由基和烷氧基自由基,抑制光降解。亚磷酸酯不仅是一种重要的抗氧化剂,也是一种优秀的抗磨剂。磷酸胺是一种具有良好耐腐蚀性的聚合物、具有抗磨减摩性能的多功能添加剂广泛应用于工业油中、润滑脂和车辆齿轮油。由于磷酸胺极性强,容易与其他添加剂发生反应,使用时要特别注意。
有机硫抗氧化剂最重要的特点是可以作为酸催化分解剂消除过氧化物,可以与氢过氧化物反应生成砜或亚砜,相对稳定。一些芳香族和脂肪族硫化物也可用于抑制油品的氧化和腐蚀,其中含硫的芳香族化合物包括二苄基硫醚、二甲基苄基二硫化物或十六烷基硫化物;此外,烷基酚硫化物还具有良好的抗氧化性能烷基酚硫化物中的羟基可以用金属处理,形成油溶性金属酚盐,它起到清净剂和抗氧化剂的双重作用。β-衍生自硫代二烷醇的硫化合物是自动传动液的抗氧化剂。
自由基清除抗氧化剂
酚型抗氧剂
酚类抗氧剂是润滑油中使用的第一种抗氧剂。酚类抗氧剂和ZDP的组合具有很好的协同作用,因为酚类化合物是自由基清除剂,ZDP是过氧化物分解剂,酚类化合物可以延长ZDDP 的氧化诱导期,从而提高润滑油的抗氧化性能。酚类抗氧剂有很多,热稳定性好的酚类抗氧剂有不同烷基的受阻酚、具有硫醚结构的受阻酚酯、抗氧化剂,例如多环受阻酚和烷基硫代受阻酚。如屏蔽酚无灰抗氧化剂[3-3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烯酸异辛酯]它是一种无灰抗氧化剂,具有良好的油溶性和优异的高温抗氧化性它不仅具有良好的抗氧化性,而且具有优异的控制油泥形成的能力,与其他润滑油添加剂有良好的配伍性。含硫醚结构的受阻酚抗氧剂在APIⅲ基础油中具有良好的抗氧化效果。比如含有硫醚单酚的抗氧化剂,可以有效解决高级油品的高温抗氧化问题,使高级油品通过相关的发动机台架试验,这类产品具有较高的热分解温度。苯硫酚抗氧化剂(如2246-SbasfIrganoxL115)是一种多用途、无污染抗氧化剂,硫原子和屏蔽酚有协同作用,使其具有优异的抗氧化性能和溶解性其抗氧化效果优于普通单酚抗氧剂,在加氢基础油中表现出良好的抗氧化性能,并能明显抑制硝基氧化。表2是旋转氧弹的方法(SH/T0193)考察了不同酚类抗氧剂在基础油中的抗氧化效果(抗氧化剂的质量分数为0.25%
胺型抗氧剂
通常,酚类抗氧化剂的温度范围相对较低,它们大多用于内燃机油中、液压油和变压器油;但胺类抗氧剂的使用温度高于酚类抗氧剂,尤其是烷基化二苯胺抗氧剂具有良好的高温抗氧化性能,可用于合成酯类油作为喷气涡轮发动机润滑油的主要抗氧化组分。胺类抗氧化剂主要包括苯二胺抗氧化剂、二苯胺类抗氧剂、苯基-α-萘胺抗氧化剂和吩噻嗪抗氧化剂等。对苯二胺有一系列衍生物,如3,5-二乙基甲苯二胺的质量分数为1%氧化试验结果表明,可以降低油品粘度的增加,减少轴承的重量损失。N-苄胺苯二胺用于PAO或多元醇酯中,抗氧效果明显,更适合与金属盐或金属钝化剂配合使用,对金属腐蚀小,粘度增加小,淤渣生成少。
N′,N-二苯基对苯二胺,其苯基也可以是甲基、乙基或甲氧基取代也是一种有效的抗氧化剂。N,N-双(2,4-二氨基二苯醚)亚胺和N,N-双(2,4-二亚氨基二苯醚)亚胺可以降低金属的腐蚀性,油品的粘度和酸值增加很小。
芳香胺抗氧化剂主要包括二烷基二苯胺、二氨基甲苯衍生物、1,8-二氨基萘衍生物等。其中,二烷基二苯胺应用广泛;单烷基和二烷基二苯胺都可以使用。烷基化二苯胺的氮含量通常为2%~6%氮含量过低会削弱烷基化二苯胺的作用,而氮含量过高会对烷基化二苯胺在润滑油中的相容性和挥发性产生不利影响。二苯胺抗氧化剂适用于温升较快的润滑油,能防止合成酯油中油泥的形成。二苯胺抗氧化剂是重要的无灰抗氧化剂。随着油品规格的升级,对机油的高温抗氧化性提出了更高的要求,机油中胺类抗氧化剂的用量也空前增加。据报道,烷基二苯胺和钼化合物的组合能改善润滑油的氧化和摩擦性能,特别适用于曲轴箱润滑油或变速器油,包括无磷多级润滑油。美国专利报道含二苯胺衍生物的润滑油抗氧化能力不断提高,苯乙烯基二苯胺类化合物具有优异的抗氧化和抗腐蚀性能以及良好的抗结焦性能。在酯类油中,二苯胺低聚物的高温抗氧化性能优于二苯胺。
此外,烷基化二苯胺和氨基甲酸酯报道较多、钼盐是润滑油中常用的,可以通过相关的台架试验。国内研究者认为,钼酸盐与芳香胺化合物可以形成一些抗氧化性能更好的络合物,从而加强芳香胺抗氧化剂的稳定性。这种效应的结果是,芳香胺的反应能力降低,氧化诱导期从此增加。用汽车发动机油GF-随着5规范的实施,对机油中硫和磷含量的限制将更加严格,同时也会对油品产生抗氧作用、抗磨减摩性能将提出更高的要求。在此背景下,研究了无磷钼酸盐和硼酸盐添加剂的抗磨性能、减摩性能及其与胺类抗氧剂的抗氧化协同效应无疑将成为机油添加剂配方研究的亮点。N-苯基-α-萘胺化合物在高温下具有良好的抗氧化性,而苯基-α-萘胺的抗氧化效果比二苯胺好,但容易形成沉淀。将酚型抗氧剂、苯基-α-萘胺和二苯胺的组合不仅显著提高了诱导期,而且降低了残留量,因此苯基-α-萘胺通常与其他添加剂结合使用。航空润滑油中,n-苯基-α-萘胺是复合抗氧化剂的重要成分当它与二苯胺抗氧化剂配合使用时,能表现出优异的抗氧化性能,如美军的MIL-L-7808J航空润滑油中含有l%的对,对′二异辛基二苯胺和1.2%的N-苯基-α-萘胺、MIL-L-23699航空润滑油含0.6%的N-苯基-α-萘胺和1.1%的对,对′二异辛基二苯胺。安燕杰 的研究表明,苯基-α-萘胺是一种相容的抗氧化剂,苯基-α-萘胺和ZDDP的复合物具有优异的抗氧化性。吩噻嗪又名硫化物二苯胺,属于二苯胺抗氧化剂,其抗氧化效果优于二苯胺,因为它具有自由基清除剂和过氧化物分解剂的作用。
吩噻嗪自20世纪50年代以来一直用于航空发动机润滑油其特点是对抑制油品高温氧化后粘度增加非常有效,但缺点是油泥严重。认为可以通过在苯环或氮原子上连接长碳链烷基来增加吩噻嗪的油溶性,从而减少污泥的形成。从20世纪90年代初开始,吩噻嗪衍生物在内燃机油中的应用研究逐渐增多,这主要是由于发动机效率的进一步提高,使得内燃机油的工作温度上升,而环保的要求使得ZDDP的用量减少,需要更高效的高温抗氧化剂。近年来,吩噻嗪衍生物在内燃机油中的应用相继报道,在制冷机油中也出现了吩噻嗪衍生物的应用。随着节能需求的增加,机械设备的效率和热负荷增加,相应地,要求润滑油具有更好的高温抗氧化性能,而烷基吩噻嗪是近年来国外研究较多的一种高温抗氧化剂。烷基吩噻嗪主要有两种,一种是氮原子上的烷基取代吩噻嗪,另一种是苯环上的烷基取代吩噻嗪后者更广泛地用于润滑油中。
杂环类抗氧剂
杂环抗氧化剂主要用作金属钝化剂当润滑油中存在化合价可变的金属化合物时,(如铜、铁、铬和钴等)它们可以催化氢过氧化物分解成自由基,从而加速氧化过程。金属钝化剂与金属离子结合形成络合物,对氢过氧化物没有催化活性,可以减缓氧化速度。杂环化合物具有紧密和稳定的化学结构,并具有高的氮活性、硫等元素容易吸附到金属表面,引起了人们对其性质的广泛关注。
杂环化合物及其衍生物用作润滑油添加剂时具有良好的极压性、抗磨减摩性能好,热稳定性高,抗氧化性和耐腐蚀性好,因此具有广阔的应用前景。含硫氮杂环化合物,例如苯并三唑、烷基取代咪唑啉、2-巯基苯并噻唑、2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑及其衍生物是众所周知的润滑油防锈剂、抗氧化剂和缓蚀剂,一些衍生物还具有良好的极压性和耐磨性。近10年来,国内外学者相继合成了许多在同一分子中含有密集的含氮杂环官能团和含有极压抗磨活性元素的基团的杂环衍生物,并对其摩擦磨损性能和抗氧化性能进行了研究、对其抗腐蚀性进行了研究,并对一些杂环衍生物的极压减摩抗磨机理进行了探讨,取得了一些研究成果。苯并三唑和其他含氮杂环化合物具有防锈性能、抗氧和抗腐蚀的含氮化合物(如胺)杂环化合物的引入可以改善这些化合物的各种性能,是杂环衍生物添加剂的一个发展趋势(可以通过曼尼希反应制备)
苯并三唑的其它衍生物,如n-叔烷基苯并三唑、苯并三唑和烷基乙烯基酯或乙烯基羧酸酯(如乙烯基乙酸酯)还报道了氨基磷酸酯的加合物三唑加合物或有机二硫代磷酸酯和三唑加合物这些化合物也可以用作腐蚀抑制剂和金属钝化剂。噻二唑及其衍生物兼具抗氧化抗腐蚀和抗磨损的作用它们属于无灰多功能添加剂在润滑油中,一些含硫极压剂和硫磷抗氧抗磨剂在使用过程中会释放出活性硫,从而引起金属表面的硫腐蚀噻二唑及其衍生物具有捕捉活性硫的独特功能,因此巯基噻二唑衍生物被广泛用作润滑油抗氧化剂和金属减活剂。如国内生产的T561金属钝化剂是一种噻二唑多硫化物,能抑制金属的腐蚀,具有抗氧化和抗磨性能,广泛应用于油品中。此外,噻二唑或其衍生物是润滑剂的有效抗磨剂,可以帮助低磷机油通过发动机台架试验,满足现代机油对低磷化的要求,还表现出良好的抗氧化性能。
噻二唑及噻二唑衍生物也可用于润滑脂中,以提高抗磨性能。噻二唑聚合物具有优异的抗四球烧结性,可用作润滑油的抗磨极压剂,还具有抗氧性、抑制铜腐蚀等性能,克服了传统极压剂造成的油品抗氧化性降低、铜腐蚀严重的弊端。噻二唑衍生物无灰、它不含磷,是一种环保添加剂,有望在某种意义上取代ZDDP系列添加剂。巯基苯并噻唑类化合物是化学结构致密的杂环化合物,其衍生物可用作润滑油的极压抗磨剂、抗氧化防腐剂和金属钝化剂。如2-巯基苯并噻唑衍生物在润滑剂中也能以硫酮的形式吸附在铜表面,形成复合膜,表现出很强的铜缓蚀性能。杂环化合物油溶性差通过合理的分子设计,在其分子结构中引入油溶性基团,如烷基、巯基化合物、酯基化合物、含硼酸酯的化合物不仅可以提高油溶性,还可以得到具有良好抗氧化和抗腐蚀性能的苯并噻唑衍生物,如含二硫基团的苯并噻唑的极压性能优于相应的单硫化物苯并噻唑。这些化合物的耐磨性与它们所连接的烃基的化学结构有关例如,正烷基二硫化物的耐磨性随着其烷基链长度的增加而增加;支链较多的烷基二硫化物耐磨性不如相应的正烷基二硫化物。巯基苯并噻唑与酚类抗氧剂的曼尼希反应可生产油溶性好的抗氧剂和抗磨剂。其他杂环化合物,如苯并咪唑、磷嗪衍生物、三嗪衍生物具有良好的摩擦学性能,大部分处于实验室研究阶段,商业产品报道较少。含硫、氮杂环衍生物是一类具有良好摩擦学性能的化合物、具有热稳定性抗氧化和抗腐蚀性能的多功能润滑油添加剂能够满足现代机械设备和环境保护的要求,有望部分替代传统的润滑油添加剂。今后,对含硫、氮杂环化合物的研究应着眼于其摩擦机理和推广应用,以促进杂环润滑油添加剂的发展。
作用机理
1、使用断链抗氧化剂的聚合物的稳定性
抗氧化剂干预链式反应的活性种反应机理,即链段供体机理(CB-D)和链段受体机制(CB-A)
CB-D的典型机理是过氧化物只与酚类等抑制剂反应,其次是芳香胺。只有抑制剂AH产生的自由基才能遵循反应式(1-43)以这种方式消除过氧化物基团PO2。
2、使用预抗氧化剂的高聚物的稳定性
预防性或辅助性抗氧化剂可以分解氢过氧化物而不形成自由基中间体,因此它们可以防止由氢过氧化物分解成自由基引起的链支化。
3、抗氧化剂之间的协同作用
一个非常著名的例子是硫代二丙酸双肉桂酰酯(DLTDP)或硫代二丙酸二硬脂酰酯(DSTDP)以及它们在一些聚合物热稳定性中的应用。协同效应的另一个重要例子是当提高聚烯烃的熔体稳定性时,空间位阻酚和亚磷酸酯的复合效应。
实际应用
抗氧剂
1、抗氧化剂的研究方向已经转向开发高效多功能的辅助产品和反应型抗氧化剂。中国大陆市场上既有国产的,也有进口的,而且国产的味道比较浓,很难保存。进口产地有美国、比利时、德国、西班牙的。其中德国应用最为广泛,因为德国制造的抗氧化剂的包装和质量更适合实际生产。德国产,一般叫抗氧化剂BHT。其中,德国拜耳公司发明的抗氧化剂BHT在工业上得到广泛应用下面是它的详细用法。必须强调的是,不推荐使用抗氧化剂。
1、抗氧剂BHT能抑制或延缓塑料或橡胶的氧化降解,延长使用寿命。
2、抗氧化剂BHT可以防止润滑油、燃油酸值或粘度的增加。
3、抗氧化剂BHT是合成橡胶(丁苯、丁腈、聚氨酯、顺丁等)聚乙烯、聚氯乙烯的稳定剂,抗氧剂BHT是橡胶中常用的酚类抗氧剂防老剂BHT能保护天然橡胶顺丁橡胶丁苯橡胶丁基橡胶异戊二烯丁腈橡胶乙丙橡胶等合成橡胶丙烯酸酯和乳胶制品免受热氧化老化防老剂BHT能抑制铜的损伤,与臭氧和蜡配合使用能防止各种气候因素对硫化橡胶的损伤该产品易于分散在橡胶中防老剂BHT可直接混入橡胶中或作为分散体添加到胶乳中,可用于制造轮胎胎侧白色光亮透明的橡胶和乳制品,以及日用医疗保健胶带胶鞋和食品等橡胶制品防老剂BHT也可用作合成橡胶后处理和储存的稳定剂。
4、抗氧化剂BHT的溶解度为:乙醇25%20),豆油30%25),棉籽油20%25),猪油40%40)
抗氧剂
5、抗氧化剂BHT作为食品添加剂,可以延缓食品酸败。抗氧化剂BHT用于动植物油和含有动植物油的食品中。此外,抗氧化剂BHT也可以应用于油墨、粘合剂、皮革、铸造、印染、在涂料和电子工业中。
6、抗氧化剂BHT也是一种化妆品、医药等的稳定剂。抗氧化剂BHT的添加量:01%2%
7、抗氧剂BHT是多种石油产品的优良抗氧添加剂抗氧化剂BHT的工作温度为100度时,抗氧化效果最好。抗氧化剂BHT广泛用于汽轮机油、变压器油、液压油、导热油、刹车油锭子油和精密机械油、石蜡抗氧化防粘剂。抗氧化剂BHT可以直接添加到产品中,也可以混入母液中。从而提高产品的抗氧化性能,延长其使用寿命。抗氧剂BHT可与长链碱性ZDDP和TCP金属减活防锈剂配合使用,制备抗磨液压油等产品。用量一般为0.1-1%
使用事项
一)抗氧化剂的选用
不同的抗氧化剂在同一种油中的抗氧化效果不同,最好的抗氧化效果是发挥不同抗氧化剂的协同作用,使用增效剂。
此外,抗氧化剂在不同的油中也表现出不同的抗氧化效果。TBHQ在植物油中的效果明显优于其他抗氧化剂。
油炸食品,比如薯片、坚果或甜甜圈通常用植物油或氢化起酥油加工。BHA在油炸过程中表现出最好的耐加工性,而PG表现出最好的耐加工性、TBHQ和BHT在油炸过程中可能被蒸馏或被蒸汽分解,所以它们的耐加工性不如BHA。
二)使用事项
1)添加时机
从抗氧化剂的作用机理可以看出,抗氧化剂只能阻碍脂质氧化,
延迟食物开始变坏的时间,但可以 不能改变不良后果,所以抗氧化剂要尽早添加。有报道称,在食用油的加工过程中添加了抗氧化剂(BHA和BHT)更为有效。
植物油真空脱臭是油脂加工工艺的最后一步由于酚类抗氧化剂在油脂脱臭的条件下具有挥发性,所以必须在冷循环的条件下添加,或者必须在脱臭后的油脂被泵入储罐后添加抗氧化剂。
油炸食品通常可以吸收大量脂肪,因此必须不断向油炸锅中添加新鲜脂肪,同时引入新鲜抗氧化剂,以替代蒸汽蒸馏造成的损失。经常在煎炸油中加入10毫克/千克以下的甲基聚硅氧烷(甲基聚硅氧烷)虽然它不是抗氧化剂,对最终产品的稳定性没有直接影响,但它可以在油的表面形成一层不溶性的薄膜,防止油暴露在空气中,从而在煎炸过程中保护热油。
2)适当的使用量
与防腐剂不同,抗氧化剂的添加量并不总是与抗氧化效果成正相关当超过一定浓度时,不仅会增强抗氧化效果,还会促进氧化。例如,生育酚可以在低浓度下产生高功效,这相当于它在粗植物油中的浓度,但在某些条件下,生育酚可以帮助氧化,例如当α-生育酚(TH2)当浓度较高时,根据以下反应形成自由基,产生氧化促进作用:
roohth 2====ro·TH·H2O
3)抗氧化剂的协同效应
当两种或多种抗氧化剂混合使用时,其抗氧化效果往往大于单独使用的总和。这种现象被称为抗氧化剂的协同效应。一般认为这是因为不同的抗氧化剂可以在不同的阶段终止油品氧化的链式反应。另一个协同效应是主抗氧化剂与其他抗氧化剂和金属离子螯合剂结合使用例如,抗坏血酸可以用作主要的抗氧化剂再生剂(电于给予体)氧的清除剂、金属螯合剂、氧化褐变产物还具有抗氧化活性。上述两种协同作用已被实践证明,并广泛应用于油脂抗氧化。
4)溶解与分散
抗氧剂
抗氧化剂在油中的溶解度影响抗氧化效果例如,水溶性抗坏血酸可以棕榈酸盐的形式用于油脂的抗氧化。油溶性抗氧化剂通常使用溶剂载体将其掺入油或脂肪食品中这些溶剂是丙二醇或丙二醇和甘油单油酸酯的混合物。抗氧化剂加入到纯油中,可以在搅拌条件下以浓缩液的形式直接加入(60℃)并且必须在排除氧气的条件下搅拌一段时间,以保证抗氧化体系能够均匀分散
散至整个油脂中。
谷物、脱水土豆和蛋糕粉是低脂食品在这些食品原料中添加抗氧化剂是一个比较复杂的问题,因为抗氧化剂很难与脂肪充分接触。加工谷物时,通常会在包装的蜡衬里中加入高浓度的BHA或BHT。因为这些抗氧化剂即使在室温下仍有轻微的挥发性,它们会逐渐从蜡衬里扩散到产品中。谷物中的脂肪含量虽然普遍较低,但却是高度不饱和的,尤其是燕麦片中,所以要防止这类脂肪的氧化。有时,抗氧化剂直接添加到谷物或土豆泥中,然后油炸和烘烤,使足够的抗氧化剂迁移到脂肪相中,产生足够的稳定作用。将含有抗氧化剂的乳液直接喷洒在谷物表面,然后立即包装这种治疗方法也取得了一定的效果。将抗氧剂(通常是BHA柠檬酸)用盐分散,然后加入肉末(新鲜或干燥)有利于其在肉中的分散。
5)金属氧化剂和抗氧化剂的增效剂
过渡金属,尤其是那些具有合适氧化还原电位的三价或多价过渡金属(Co、Cu、Fe、Mn、Ni)它有很强的促进脂肪氧化的作用,被称为促氧化剂。因此,必须尽可能避免这些离子的混合但由于土壤的存在或加工容器的污染,食物中往往含有这些离子。
通常在植物油中添加抗氧化剂时,可以同时添加一些酸性物质,可以显著提高抗氧化效果这些酸性物质被称为抗氧化增效剂。如柠檬酸、磷酸、抗坏血酸等,一般认为这些酸性物质能与促进氧化的微量金属离子形成螯合物,从而起到钝化金属离子的作用。
6)避免光、热、氧的影响
在使用抗氧化剂的时候,也要注意一些促进脂肪氧化的因素,比如光线,尤其是紫外线,很容易引起脂肪氧化避光包装材料,如铝复合塑料包装袋,可用于保存脂肪类食品。
一方面,加工和储存中的高温促进了食物中脂肪的氧化。另一方面,抗氧化剂的挥发增加比如大豆油中的BHT,加热到170℃90分钟就完全分解或挥发了。
大量氧气的存在会加速氧化其实油只要暴露在空气中,就会自动氧化。避免与氧气接触极其重要,尤其是比表面积大的油性粉状食品。一般可采用充氮包装或真空密封包装等措施,也可使用吸氧剂或脱氧剂否则,即使食物与氧气直接接触,即使添加大量抗氧化剂也很难达到预期效果。
主要产品
1、抗氧剂1010。白色流动性粉末,熔点120~125℃,毒性低,是一种良好的抗氧化剂。广泛应用于热稳定性高的聚丙烯树脂中、该添加剂非常适合在高温下使用,可以延长产品的使用寿命此外,它还可以用于大多数其他树脂。一般添加量不大于0.5%
2、抗氧剂1076。白色或微黄色结晶粉末,熔点50~55℃,无毒,不溶于水,溶于苯、丙酮、乙烷和酯类等溶剂。可作为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、ABS和丙烯酸树脂的抗氧化剂。具有抗氧性好、挥发性小、耐洗涤等特性。一般用量不大于0.5%可用作食品包装材料成型的助剂。
3、抗氧剂CA。白色结晶粉末,熔点180~188℃,低毒性,溶于丙酮、乙醇、甲苯和醋酸乙酯。适合于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS和聚酰胺树脂中的抗氧化添加剂,并可用于与之接触的电线、电缆。一般用量不超过0.5%
4、抗氧剂164。白色或淡黄色结晶粉末或薄片。熔点为70℃,沸点约为260℃、无毒。用于各种树脂,用途广泛。更适用于食品包装成型材料(聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS、聚酯和聚苯乙烯)在树脂中,一般用量为0.01%~0.5%
5、抗氧剂DNP。浅灰色粉末,熔点约230℃,溶于苯胺和硝基苯,不溶于水。适合于聚乙烯、聚丙烯。抗冲聚苯乙烯和ABS树脂不仅具有抗氧化作用,还具有良好的热稳定性和铜抑制作用、檬金属的影响。一般用量不应超过2%
6、抗氧剂DLTP。白色结晶粉末,熔点40℃左右,低毒,不溶于水,溶于苯、四氯化碳、丙酮。用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和PVC树脂的辅助抗氧剂可以改变产品的耐热性和抗氧化性。一般用量为0.05%~1.5%
7、抗氧剂TNP。浅黄色粘稠液体,冰点低于-5℃沸点大于105℃,无味,无毒,不溶于水,溶于丙酮、乙醇,。苯和四氯化碳。适合于聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、抗冲聚苯乙烯和ABS、聚酯等树脂高温抗氧化能力强,用量不超过1.5%
8、抗氧剂TPP。淡黄色透明液体,冰点19~24℃,沸点220℃,溶于酒精、苯、丙酮。适合于聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS树脂的辅助抗氧化剂的用量应不超过3%
9、抗氧剂MB。淡黄色粉末,熔点大于285℃,溶于乙醇、丙酮、乙酸乙酯,不溶于水和苯,适用于聚乙烯、聚酰胺和聚丙烯树脂的抗氧化剂;本品不污染也不着色,可用于白色或亮色产品。用量不超过0.5%
10、抗氧剂264。外观为白色晶体。熔点69-71℃;相对密度1.048(20/4℃)折光率1.4859(75℃)室温下在下列溶剂中的溶解度;甲醇25%乙醇26%异丙醇30%丙酮40%石油醚50%苯40%不溶于水、甘油、丙二醇。无臭、无味,具有良好的热稳定性。作为一种通用的酚类抗氧化剂。广泛应用于高分子材料、在石油产品和食品加工工业中。
测试方法
评价塑料热氧化稳定性的方法有很多。人们喜欢使用各种热分析技术,如差热分析(DTA)差示扫描量热法(DSC)热重分析法(TG)及热机械分析法(TMA)这些方法有一个很大的优点,就是可以在短时间内获得数据。
在相对较高的温度下,但通常低于聚合物的熔点,在烘箱中加速老化(使用循环空气或有时纯氧)这是最广泛使用的测试方法之一(例如DIN53383,第一部分,ISO77-1983)测试标准包括光谱数据,如红外光谱基础(DIN53383第二部分)或碱浓度数据,腿部颜色和机械性能如冲击强度通过比色法测定、当拉和拉伸强度。一些聚合物如聚碳酸酯、通过测量溶液的粘度,可以容易地检测到由多胺老化引起的分子尺度的变化(DIN53727,ISO307-1977年,ASTMD2857-1987)在实践中,热重分析在测定聚缩醛重量损失方面受到限制。
研究抗氧化剂的比表面积是非常重要的抗氧化剂的比表面积检测数据只有用BET法检测结果才真实可靠国内有很多仪器只能用直接比较法检测,现在国内已经淘汰了。目前国内外多采用多点BET法测试比表面积,国内外测定比表面积的标准都是基于BET法请参考我们的国家标准(GB/T19587-2004)利用气体吸附BET原理测量固体物质比表面积的方法。比表面积检测实际上是一项耗时的工作由于样品的吸附能力不同,一些样品的测试可能需要一整天如果测试过程不是完全自动化的,测试人员可以 不要离开所有的时间,他们应该高度集中,观察仪表板和控制旋钮稍有不慎就会导致测试过程的失败,浪费测试人员大量宝贵的时间。F-Sorb2400比表面积测试仪是真正能实现BET检测功能的仪器(兼备直接对比法),更重要的F-Sorb2400比表面积测试仪是目前国内唯一的全自动智能化比表面积测试设备其测试结果与国际标准高度一致,具有良好的稳定性同时,减少了人为错误,提高了测试结果的准确性。
发展现状
随着全球合成材料尤其是通用塑料产量的快速增长,全球抗氧化剂产能得到了提升和刺激塑料抗氧剂的生产能力从1995年的13万t增加到2003年的24万t以上,年均增长8%大约,高于一些传统塑料添加剂的增长速度。
世界与中国美国主要的抗氧化剂生产公司有:
汽巴精化
公司是全球最早的受阻酚类抗氧剂研发公司之一,也是目前全球最大的抗氧剂生产企业在世界各大洲都有独资或合资的抗氧化剂生产工厂,各种抗氧化剂的生产能力约为9万t/a2002年产量约为8万t,占全球抗氧剂市场的50%左右。
美国大湖公司
美国五大湖公司最初主要生产阻燃剂,90年代开始大力发展抗氧剂业务1992年收购意大利埃尼公司抗氧化剂工厂,1996年进入亚洲,在韩国建立合资企业,2000年与沙特阿拉伯A公司合作.H.Al.Zamil公司是一家生产抗氧化剂以满足中东需求的合资企业。大湖公司挑战了汽巴精化在全球的垄断地位,产能和产量快速增长,产能约为3.8万t/2002年产量超过3万吨。
亚洲地区
亚洲是世界上塑料生产和消费增长最快的地区,年均增长率达两位数,天然抗氧化剂的生产发展和需求也在迅速增加。制造商主要集中在中国大陆、韩国、中国台湾与日本。中国台湾省的淼春公司有7000t/A单元连同其他小工厂的生产能力约为10,000 t/a;中国大陆的生产能力约为3.7万t/a;韩国 公司的生产能力约为1万吨/a;日本 的生产能力约为7000吨/a;亚洲的产能约为6.7万t/答2002年的产量约为4.3万t左右。
其他地区
北美、西欧和亚洲是世界上抗氧化剂的主要生产和消费地区
北美,2002年、西欧、日本三个地区抗氧化剂的消耗量约为12.3万t,其中主抗氧剂约占55%,辅助抗氧剂45%受阻酚是主要的抗氧剂,尤其是抗氧剂1010、1076等高效产品,值得注意的是高熔点抗氧化剂含氮杂环多酚的消费呈现快速增长势头。辅助抗氧化剂是亚磷酸酯、硫代酯类为主。
世界石化界
世界石化工业正在经历一个整合期很多世界级石化企业都想提高竞争力,让资源配置更有效率、更符合规模经济原则,进行大规模并购由于合并和收购,合成树脂集中在少数大型石化巨头手中对塑料抗氧剂行业的影响是,这些企业可能倾向于简化供货渠道,只与少数辅助公司打交道,以节省采购成本由于采购量巨大,采购价格可能会降低,从而进一步降低生产成本。由于上述因素,世界 美国塑料抗氧化剂制造商也采取了相应的措施,并正在逐步开发、生产和销售的实现,一种是通过并购、收购、转卖、产品结构调整等方式扩大规模,保持或扩大技术和市场优势或确立在某一领域的主导地位由于各种并购,许多企业采取海外扩张,将本地或区域供应转变为全球供应例如,汽巴,世界 美国最大的塑料抗氧化剂制造商,已相继在北美成立、印度、中国、日本建立新的生产设施;美国五大湖公司在沙特阿拉伯建造了一个抗氧化装置,以满足中东的需求;2003年,法国伊立欧化学公司在中国宁波建设了一系列抗氧化剂生产装置,并计划于2004年第三季度投产。
第二,为了提高竞争力,各大塑料抗氧化剂生产商都对市场信息感兴趣、技术动向、推广应用、我们非常重视售后服务,并通过各种渠道努力捕捉各种市场信息,与用户建立密切关系,了解用户和消费者对添加剂的需求,发现新课题,开发新产品由于激烈的市场竞争,从新产品开发到商业化产品开发的时间明显缩短例如,汽巴公司在1999年推出了6种新产品和产品系列,在2000年和2001年推出了8种新产品和产品系列;从2002年到2003年,汽巴推出了数十种塑料添加剂新品种,其中就使用了光稳定剂、阻燃剂、抗氧化剂为主。