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根據(jù)產(chǎn)生協(xié)同作用的機理不同,可分為雜協(xié)同效應和均協(xié)同效應。如果同一防老劑分子上同時具有按不同機理起作用的基團時,則稱為自協(xié)同效應。
- 雜協(xié)同效應
將兩種或兩種以上按不同機理起作用的防老劑并用所產(chǎn)生的協(xié)同效應,稱雜協(xié)同效應。鏈斷裂型防老劑與破壞氫過氧化物型防老劑并用所產(chǎn)生的協(xié)同效應,屬雜協(xié)同效應。其他如鏈斷裂型防老劑與紫外線吸收劑、金屬離子鈍化劑及抑制臭氧老化的防老劑等之間的協(xié)同效應,也屬于雜協(xié)同效應。在NR中防老劑D及防老劑WSP均與防老劑MB產(chǎn)生協(xié)同效應。防老劑2246及防老劑4010與防老劑DLTDP(硫化二丙酸二月桂酯)在過氧化二異丙苯(DCP)硫化的天然橡膠中也可產(chǎn)生協(xié)同效應。協(xié)同效應的大小不僅與防老劑種類有關(guān),而且也與防老劑的配比有關(guān)。
鏈斷裂型防老劑與破壞氫過氧化物型防老劑并用能產(chǎn)生協(xié)同效應的原因:破壞氫過氧化物型防老劑氧化分解過程中所產(chǎn)生的氫過氧化物使其成為非自由基,減少了鏈斷裂型防老劑的消耗,使其能在更長的時期內(nèi)有效地發(fā)揮抑制作用。同樣,鏈斷裂型防老劑可以有效地終止產(chǎn)生鏈傳遞的自由基,使氧化的動力學鏈長(每個引發(fā)的自由基與氧反應的氧分子數(shù))縮短,僅生成少量的氫過氧化物,從而大大減慢了破壞氫過氧化物型防老劑的消耗速率,延長了其有效期。因此,在這樣的并用體系中,兩種防老劑相互依存,相互保護,共同起作用,從而有效地使聚合物的使用壽命延長,防護效果遠遠超過各成分的效果之和。
二、均協(xié)同效應
兩種或兩種上的以相同機理起作用的防老劑并用時所產(chǎn)生的協(xié)同效應稱為均協(xié)同效應。
兩種不同的鏈斷裂型防老劑并用時,其協(xié)同作用的產(chǎn)生是氫原子轉(zhuǎn)移的結(jié)果,即高活性防老劑與過氧自由基反應使活性鏈終止,同時產(chǎn)生一個防老劑自由基,此時低活性防老劑向新生的高活性防老劑自由基提供氫原子,使其再生為高活性防老劑。這些能提供氫原子的防老劑是一種特殊類型的防老劑,一般稱為抑制劑的再生劑。兩種鄰位取代基位阻程度不同的酚類防老劑并用,兩種結(jié)構(gòu)和活性不同的胺類防老劑并用,或者一種仲二芳胺與一種受阻酚并用,都可產(chǎn)生良好的協(xié)同效應。
鄰位取代基位阻程度不同的酚類防老劑并用時,能夠避免鄰位取代位阻較小的苯氧自由基引發(fā)聚合物氧化,這也是其產(chǎn)生協(xié)同效應的原因之一。
有些物質(zhì)單獨使用時沒有防護效果,但與某些防老劑并用時,可像前述的均協(xié)同效應機理一樣,作為再生劑產(chǎn)生協(xié)同效應。如二烷基亞磷酸酯可與某些酚類防老劑起作用。2,6-二叔丁基苯酚也可作為再生劑,與某些鏈斷裂型防老劑并用產(chǎn)生協(xié)同效應。
兩種防老劑除按這種再生機理產(chǎn)生協(xié)同效應外,如果某一種或兩種防老劑還具有過氧化物分解劑的功能,則可獲得更高的協(xié)同效應。例如苯環(huán)上連有取代基的苯酚與像β, β'-二苯基乙基單硫化物那樣的β活化的硫醚并用使用時,可在很長的時期內(nèi)顯示非常有效的鏈斷裂型防老劑的作用。這是由于β活化的硫醚提供氫原子使酚類防老劑不斷再生,同時這種硫醚還可以破壞氫過氧化物,生成亞砜后分解的衍生物也有助于酚類防老劑的再生。
三、自協(xié)同效應
當同一防老劑可以按兩種或兩種以上的機理起抑制作用時,可產(chǎn)生自協(xié)同效應。最常見的例子是既含有受阻酚的結(jié)構(gòu)又含有二芳基硫化物結(jié)構(gòu)的硫代雙酚類防老劑,例如4,4'-硫代雙(2-甲基-6-叔丁基苯酚)既可以像酚類防老劑那樣終止鏈傳遞自由基,又可以像硫化物那樣分解氫過氧化物。二硫代磷酸鹽、硫基苯并噻唑鹽、二硫代氨基甲酸鹽及硫基苯并咪唑鹽,除破壞氫過氧化物外,還可以清除過氧自由基。例如不同的鋅鹽在30℃時清除過氧自由基的順序為:黃原酸鋅>二硫代磷酸鋅≥二硫代氨基甲酸鋅。有機硫化物在抑制氧化的過程中,也有終止過氧自由基的能力。當然,這些金屬鹽及有機硫化物的鏈斷裂作用對整個抑制氧化過程的貢獻是比較小的,主要的作用還是分解氫過氧化物。
另外,某些胺類防老劑除起到鏈終止作用外,還可以絡合金屬離子,防止金屬離子引起的催化氧化,甚至具有抑制臭氧氧化的能力。二烷基二硫代氨基甲酸的衍生物既有金屬離子鈍化劑的功能,又有過氧化物分解劑的功能。二硫代氨基甲酸鎳不僅可以分解氫過氧化物,而且還是一種非常有效的紫外線穩(wěn)定劑。所有這些,都可以產(chǎn)生自協(xié)同效應。
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