محصولات پلیمری و پلاستیکی همواره در معرض خطر اکسیداسیون و تخریب عوامل محیطی هستند، به همین علت حفظ پایداری و بهبود عملکرد این نوع فرآورده‌ها در تمام مراحل تولید، ذخیره‌سازی و حتی مصرف از اهمیت زیادی برخوردار است. از این‌رو، تولیدکنندگان از افزودنی‌های آنتی اکسیدانی برای تقویت کیفی محصولات پلیمری استفاده می‌کنند. این افزودنی‌ها انواع گوناگونی دارند که هریک متناسب با ویژگی و کاربردهای منحصربه‌فردشان، در مراحل مختلف تولید به پلیمرها اضافه می‌شوند. آنتی اکسیدان‌های ۱۰۱۰ و ۱۶۸ جزو معروف‌ترین افزودنی‌های تثبیت‌کننده و بهبوددهنده عملکرد پلیمرها هستند، با این تفاوت که آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ از نوع فنولی و اولیه و آنتی اکسیدان ۱۶۸ از نوع فسفیتی و ثانویه است. برای آشنایی بیشتر با سایر تفاوت‌های این دو آنتی اکسیدان ارزشمند، مطالعه این مقاله از «پرسال» را از دست ندهید.
نقش آنتی اکسیدان ها در صنعت پلیمرسازی چیست؟
مواد پلیمری و پلاستیکی جزو لاینفک دنیای صنعتی امروز هستند. این محصولات چند منظوره و پرکاربرد از عناصری چون کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و غیره تشکیل می‌شوند، به همین علت عوامل محیطی، آلی و غیرآلی گوناگون می‌توانند ساختار مکانیکی و شیمیایی آن‌ها را تحت‌تأثیر قرار داده و منجر به اکسیدشدن این نوع محصولات شوند. اکسیداسیون فرآیندی آسیب‌زاست که نه تنها باعث تغییر رنگ پلاستیک (زرد یا قهوه‌ای شدن) و محصولات پلیمری می‌شود، بلکه عملکرد و عمر مفید آن‌ها را نیز کاهش می‌دهد. متأسفانه اکسیداسیون می‌تواند در هر مرحله از چرخه زندگی یک پلیمر رخ دهد. عمل تخریب اکسیداتیو عموما توسط سه عامل مهم: نور ماوراء بنفش، گرما و یا استرس مکانیکی و در حضور اکسیژن آغاز می‌شود که طی آن دو نوع مکانیسم؛ اکسیداسیون نوری و یا اکسیداسیون حرارتی اتفاق می‌افتد.
فتواکسیداسیون ناشی از اشعه ماوراء بنفش در مجاورت اکسیژن و به دلیل قابلیت نفوذ محدود، تنها در لایه‌های سطحی و زیر سطحی پلیمر قرار می‌گیرد اما اکسیداسیون حرارتی می‌تواند در سراسر ماده گسترش یابد. این فرآیند مخرب منجر به تشکیل گروه‌های هیدروکسیل، کربونیل، آلدهید، پراکسیدها و غیره در انتها یا در طول زنجیره پلیمری شده و خواص مکانیکی و کارآیی پلیمر را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. تخریب اکسیداتیو عملا باعث ایجاد خراش و ترک‌های ریز روی سطح مواد می‌شود. کاهش انعطاف‌پذیری، آسیب‌پذیری در برابر ضربه و فشار، تغییر رنگ، افت شفافیت و براقیت ماده تنها بخشی از اثرات سوء اکسیداسیون در محصولات پلیمری و پلاستیکی است.
در این میان حضور آنتی اکسیدان‌ها در طول چرخه تولید پلیمر هم‌چون پادزهر عمل کرده و مانع از شروع یا پیشرفت عملیات اکسیداتیو می‌شود زیرا عوامل آنتی اکسیدانی ترکیباتی هستند که از طریق واکنش با آغازگرهای اکسیداسیون و یا از بین بردن گونه‌های فعال اکسیژن، فرآیند اکسیداسیون را خنثی نموده و یا به تاخیر می‌اندازند. به عبارت دیگر، آنتی اکسیدان‌ها قادر هستند یک واکنش زنجیرهای را با حذف واسطه‌های رادیکال آزاد خاتمه دهند. بدین صورت، این افزودنی‌های قدرتمند مانع از تغییرات خواص فیزیکی، مکانیکی و نوری پلیمر شده و از آن‌ها در برابر اثرات تخریبی اکسیداتیو محافظت می‌کنند.
معرفی انواع آنتی اکسیدان ها در صنعت پلیمر
همانطور که گفتیم، تقریبا تمام مواد پلیمری تحت واکنش‌های اکسیداسیون قرار می‌گیرند، به همین علت از آنتی اکسیدان‌ها (بسته به ساختارشان) برای محافظت از پلیمرها در برابر فرآیندهای تخریب اکسیدی استفاده می‌کنند. آنتی اکسیدان‌ها دارای انواع اولیه و ثانویه هستند که هر یک خود به چندین آنتی اکسیدان دیگر تقسیم می‌شوند. آنتی اکسیدان‌های اولیه پایان‌دهنده زنجیرهای و آنتی اکسیدان‌های ثانویه تجزیه کننده هیدروپراکسید هستند. در واقع آنتی اکسیدان‌های اولیه برای محافظت و پایداری بیشتر محصول نهایی در مراحل انبارداری و مصرف طراحی شده‌اند. آمین‌هد و فنل‌ها جزو آنتی اکسیدان‌های اولیه هستند که آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ جزو شناخته شده‌ترین آن‌ها است.
برخلاف آنتی اکسیدان‌های اولیه، آنتی اکسیدان‌های ثانویه برای تثبیت پلاستیک و پلیمرها در طول مراحل پردازش و تولید استفاده می‌شوند. آن‌ها در ترکیب با آنتی‌اکسیدان‌های اولیه برای جلوگیری از تکثیر رادیکال‌های آلکوکسیل و هیدروکسیل با تجزیه هیدروپراکسیدها به محصولات غیر واکنشی، به کار برده می‌شوند. ارگانوفسفره‌ها، تیواسترها و غیرفعال کننده‌ها جزو آنتی اکسیدان‌های ثانویه هستند. فسفیت‌ها بیشترین تاثیر را در طول فرآوری دارند و از پلیمر و آنتی اکسیدان اولیه محافظت می‌کنند که آنتی اکسیدان ۱۶۸ جزو نمونه‌های معروف آن است.
آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ چیست و چه کاربردهایی دارد؟
آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ با نام علمی نام علمی «پنتا اریتریتول تتراکیس»، یک آنتی‌اکسیدان فنولی با وزن مولکولی بالا است که به عنوان یک آنتی‌اکسیدان اولیه عمل نموده و نقش مؤثری در جلوگیری از شروع واکنش‌های اکسیداسیون دارد. این آنتی اکسیدان به‌طور گسترده در پلیمرهایی مانند: پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، پلی استایرن، پلی استر، پلی کربنات و پلی آمید استفاده می‌شود. ظاهر آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ به شکل یک پودر کریستالی سفید رنگ با خواص شیمیایی پایدار است که در آب نامحلول و در حلال‌های آلی مانند: بنزن، تولوئن و دی کلرومتان محلول است. آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ دارای نقطه ذوب حدود ۱۱۰-۱۲۵ درجه سانتی‌گراد است.
این آنتی اکسیدان، یک تثبیت‌کننده بسیار موثر و بدون تغییر رنگ برای بسترهای آلی مانند: پلاستیک، الاستومر، الیاف مصنوعی، چسب و درزگیر، روغن‌ها، بسته‌بندی مواد غذایی و … است. این ماده از تخریب حرارتی اکسیداتیو محصولات نام‌برده جلوگیری می‌نماید. آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ را می‌توان در ترکیب با سایر افزودنی‌ها و ثتثبیت کننده‌ها مثل تیو اترها، فسفیت‌ها و … استفاده کرد. دوز عمومی این آنتی اکسیدان معمولا بین 0.1٪ تا 0.5٪ است. ساختار فنلی استریک آنتی اکسیدان 1010 و قدرت تطبیق‌پذیری بالای آن، امکان استفاده از این ماده را در طیف وسیعی از کاربردها فراهم نموده و باعث شده تا با انواع پلیمرها و سایر آنتی اکسیدان‌ها به راحتی هم‌افزایی کند. محصولات تولیدشده به کمک آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ در برابر تنش‌های گرمایی و مکانیکی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند و عمر طولانی‌تری دارند.
آنتی اکسیدان ۱۶۸ چیست و چه کاربردهایی دارد؟
آنتی اکسیدان ۱۶۸ با نام علمی «تریس فسفیت»، یک افزودنی فسفیتی است که به عنوان یک آنتی‌اکسیدان ثانویه یا کمکی در طول فرآیند تولید پلیمرها شناخته می‌شود. عملکرد اصلی این آنتی اکسیدان، خنثی کردن رادیکال‌های آزاد از طریق شکستن واکنش زنجیرهای توسط آنتی اکسیدان و جلوگیری از انتشار بیشتر رادیکال‌ها است. در واقع آنتی اکسیدان ۱۶۸ به عنوان قربانی عمل نموده و تحت اکسیداسیون قرار می‌گیرد تا از پلیمر یا ماده در برابر تخریب اکسیداتیو محافظت کند. این آنتی اکسیدان حضوری مؤثر در تثبیت حرارتی فرآیندهای مختلف دارد. آنتی اکسیدان ۱۶۸ از نظر ظاهری همانند آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ به صورت پودر بلوری سفید رنگ عرضه می‌شود
این ترکیب دارای فراریت کم است و خطر تبخیر در طول پروسه تولید یا استفاده را به حداقل می‌رساند. آنتی اکسیدان ۱۶۸ دارای نقطه ذوب حدود 182-185 درجه سانتی‌گراد است. آنتی اکسیدان 168 در حلال‌های آلی مانند: استون، بنزن، کلروفرم و اتیل استات محلول بوده اما حلالیت آن در آب محدود است. این آنتی اکسیدان ارزشمند با پلیمرهای مختلف از جمله: پلی اتن، پلی پروپیلن و پلی وینیل کلراید (PVC) سازگار است. این ماده به عنوان تثبیت‌کننده برای پلیمرها و پلاستیک‌ها عمل می‌کند و از تشکیل رادیکال‌های آزاد و متعاقب آن، بدتر شدن مواد به دلیل قرار گرفتن در معرض اکسیژن، گرما و نور جلوگیری می‌کند. از آنتی اکسیدان 168 معمولا برای تولید پلاستیک، لاستیک، الیاف مصنوعی و سایر مواد مبتنی بر پلیمر استفاده می‌کنند.
تفاوت آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ و آنتی اکسیدان ۱۶۸
همانطور که قبلا هم اشاره کردیم، مواد پلیمری و پلاستیکی در حالت طبیعی (بدون حضور مواد افزودنی) ذاتاً ناپایدار هستند و در صورت قرار گرفتن در معرض اکسیژن نه تنها تجزیه می‌شوند، بلکه رنگ آن‌ها نیز به زرد قهوه‌ای تغییر نموده و شروع به پوسته پوسته شدن می‌کنند، به همین علت تولیدکنندگان از انواع آنتی اکسیدان‌ها، مثل آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ و آنتی اکسیدان ۱۶۸ برای جلوگیری یا توقف فرآیند اکسیداسیون، افزایش طول عمر محصول و پایداری بیشتر آن استفاده می‌کنند. جلوگیری از تخریب ناشی از اکسیداسیون، منجر به ثبات بیشتر و بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی مواد مانند: انعطاف‌پذیری، استحکام کششی و مقاومت بیشتر در برابر ضربه می‌شود.
در بخش‌های قبل توضیح دادیم که هریک از این آنتی اکسیدان‌ها عملکرد خاص خود را دارند. به‌این‌ترتیب می‌توان گفت که مهم‌ترین تفاوت آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ با آنتی اکسیدان ۱۶۸ در این است که؛ آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ به عنوان یک افزودنی اولیه با پایه فنلی با هدف افزایش مقاومت محصول در برابر عوامل مخرب محیطی به ویژه اکسیدشدن در طول دوره مصرف به آن اضافه می‌شود اما آنتی اکسیدان ۱۶۸ به عنوان یک افزودنی کمکی و ثانویه با پایه فسفیتی، با هدف جلوگیری از واکنش‌های اکسیداسیون در طول دوره تولید (به خصوص زمانیکه پلیمر در معرض حرارت قرار می‌گیرد) و تثبیت خواص پلیمر به آن اضافه می‌شود.
تولیدکنندگان بسته به ترجیحات پروژه، ویژگی‌های محصول و کاربرد آن‌ها از این نوع آنتی اکسیدان‌ها به صورت جداگانه و یا ترکیبی استفاده می‌کنند. از آنجاییکه آنتی اکسیدان‌های مختلف مثل ۱۰۱۰، ۱۶۸ و … در ترکیب با سایر تثبیت کننده‌ها اثرات هم‌افزایی نشان می‌دهند و باعث افزایش عملکرد کلی آنتی اکسیدانی می‌شوند، توصیه می‌کنیم با توجه به فرآیند تولید، نوع مواد اولیه، حلال‌ها، پرکننده‌ها، مرحله زرد شدن و درجه زرد شدن، از آنتی اکسیدان‌های مختلف در طول فرآیند تولید استفاده نمایید.
توجه داشته‌باشید که اگرچه این دو آنتی اکسیدان سمیت کمی دارند اما FDA (سازمان غذا و دارو امریکا) و EFSA (سازمان ایمنی غذایی اروپا) دستورالعمل‌ها و غلظت‌های خاصی را برای استفاده ایمن از آنتی اکسیدان 1010 و آنتی اکسیدان ۱۶۸ تعیین کرده‌اند که رعایت این مقررات بسیار مهم است. ما در شرکت بازرگانی پرسال با علم به تمامی این موارد، آنتی اکسیدان ۱۶۸ و آنتی اکسیدان ۱۰۱۰ را با قیمت رقابتی و درجه کیفی ممتاز موجود داریم. این هلدینگ به عنوان برترین واردکننده فرآورده های شیمیایی و پلیمری در ایران، امکان تامین فوری کربنات پتاسیم، پلی اولفین الاستومر، آدیپیک اسید و … را برای کلیه خریداران عزیز فراهم نموده‌است.
