Bütün polimerik malzemeler, ömürlerinin herhangi bir aşamasında (üretim, depolama, işleme ve kullanım süresi) oksidasyon reaksiyonuna girer. Polimerlerin ve boyaların oksidatif bozunumlarının tipik etkileri sararma, solma ve mekanik özellik kaybı olarak sayılabilir (yani esneklik ve yapışkanlık).
Oksijen difüzyonunu ve oksidasyon reaksiyonlarını güçlendiren yüksek yüzey/hacim oranlarına bağlı olarak, oksidasyon reaksiyonları yüzey kaplamaları gibi ince tabaka uygulamalarında güçlüdür.
Bu tür kaplamalar fırınlama sırasında ve/veya ömürleri boyunca aşırı yüksek sıcaklıklara maruz kaldıklarında antioksidan kullanımı bir gereksinim haline gelir.
Özellikle beyaz ve pastel tonlardaki bobin ve toz boyalarda görülen fırınlanmadan kaynaklı renk kaybının azalması, seçilen antioksidanlar termal olarak oluşan oksidasyon/ sararma reaksiyonlarına karşı nasıl etkili bir koruma sağlayabileceğinin doğrudan bir göstergesidir.
Oksidasyon sırasında polimerler, zincir bölünmesi, oksijen alımı, peroksit radikal ve hidroperoksit oluşumu gibi işlemlerden geçerek sonuç olarak renkli yan ürünler ortaya çıkarırlar.
Antioksidanlar; polimerlerde ısıya maruz kalma, işleme tabi tutulma, yüksek sıcaklıklarda fırınlanma veya kürlenmeleri sırasında, ayrıca servis hayatları süresince kaplamalarda termal nedenlerle oluşan oksidasyonu önler. Irganox® ve Irgafos® ürünleri sırası ile farklı primer sterik engelli fenolik antioksidanlar ve sekonder tioether veya fosfit antioksidanlardır.
Stabilizasyon Neden Önemlidir?
Stabilizasyon,
• Bir polimer ürününü işleyebilmek için,
• Bazıları aşağıda belirtilmiş olan son malzeme şartlarını yerine getirebilmek için önemlidir.
• Ömürleri boyunca sahip olunan mekanik özellikler
• İşlem sonrası ve yaşam süreleri boyunca sahip olunan son ürün rengi
• İşlem sonrası ve yaşam süresi boyunca sahip olunan estetik özellikler
Antioksidanlar, HALS’tan farklı olarak, rejeneratif olmayan bir reaksiyon mekanizmasına sahiptirler. Bu da hem primer hem de sekonder antioksidanların temelde tüketildiği ve reaksiyon sonrasında etkisiz hale getirildiği anlamına gelir.
HALS termal bozunmayı önlemede genellikle etkili olmamasına rağmen rejeneratif doğası sayesinde antioksidanların daha uzun süreli işlev görmelerini sağlama avantajına sahiptir.
Bazı oligofonksiyonel HALS’ların uzun süreli orta derece düşük sıcaklıklarda da etkili ısı stabilizatörü olmalarına rağmen, HALS’lar, anlatılan özellikleri nedeniyle hafif stabilizör olarak kullanılmak için oldukça uygundur.
Sterik olarak engellenmiş fenollerin de içinde bulunduğu primer antioksidanlar, termal oksidasyon sırasında oluşan serbest radikalleri (RO•) etkisiz hale getirir ve kinetik bir mekanizma ile bozulma reaksiyonlarını engeller.
Primer antioksidanlar tercihen oksijen merkezli radikallere (RO•,ROO”) hidrojen atomları bağlayarak çalışır ve böylelikle otooksidasyon sürecini engellemiş olurlar.
Fenolik antioksidanlar geniş bir sıcaklık aralığı için kullanılabilen çok amaçlı ürünler olup çoğunlukla çeşitli kaplama ve plastiklerin uzun süreli ısıl kararlılığını artırmak için kullanılırlar.
Sekonder fosfit antioksidanlar, otooksidasyon işlemi sırasında oluşan peroksitleri (ROOH) parçalarına ayırır ve primer antioksidanların performansını sinerjik etkiler yoluyla artırır. Bugün, hidrolitik olarak kararlı fosfitler ve çift değerlikli kükürt bileşikleri en yaygın olarak kullanılan ikincil antioksidanlardır.
Uygulamalar arasında, nispeten yüksek sıcaklıklarda fırınlanan veya kürlenen kaplamaların sentezi, işlenmesi, karıştırılması, ekstrüzyonu ve kürlenmesi sırasındaki ısı dengelemesi bulunur
(örneğin, bobin ve toz kaplamalar).
Engellenmiş Fenolik Antioksidanlar
• Geniş sıcaklık aralığında aktivite gösterirler (oda sıcaklığından erimeye).
• Uzun süreli termal stabiliteyi arttırırlar.
• Rejeneratif olmayan mekanizma, reaksiyon sırasında tüketilirler.
Fosfit Antioksidanlar
• Proses stabilizatörleridir.
• Hidrolize karşı stabildirler.
• Renkli reaksiyon ürünü oluşturmazlar.
Tiyoeter Antioksidanlar
• Tiyosinerjikler “sıcak sever”.
• ROOH ayrışma hızı sıcaklık değişimiyle artar.
• Yükselen sıcaklık yaşlanmasına karşı koruma sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
Oligomerik HALS
• Antioksidan özellikli HALS.
• 120°C’ye kadar çalışırlar.
• Işık, migrasyon ve ekstraksiyona karşı kararlıdırlar.
• Antioksidanların aksine rejeneratif mekanizma.
Berna Noyan
Boya Reçine ve Katkıları Satış Müdürü
BASF
Referanslar:
1) BASF Resins&Additives Brochure
2) Documents by Dr. André C. Kastler (BASF)
