防老剂是能够延缓高分子化合物老化的一种物质。它们主要通过抑制氧化、热或光的作用来延长制品的使用寿命。防老剂可以按其作用分为抗氧剂、抗臭氧剂和铜抑制剂,或者分为变色和不变色、沾污和不沾污、耐热或耐曲挠老化以及防止龟裂等老化的防老剂。天然防老剂存在于天然橡胶中,而其他防老剂则广泛应用于各种橡胶制品中。
根据防老剂的主要作用,可以将其分为几类。其中,胺类防老剂的防护效果最为突出,也是发现最早、品种最多的一类。这类防老剂的主要作用是抗热氧老化、抗臭氧老化,并且对铜离子、光和屈挠等老化的防护也有显著的效果。然而,这类防老剂的污染性能较大,不适合用于白色和浅色制品。其中,酮胺类防老剂具有最好的防老剂效果。
防老剂的作用非常重要,它可以抑制高分子化合物的老化。根据防老剂的化学结构,可以将其分为几种类型,其中胺类防老剂的效果最为显著,也是最早发现且种类最多的一类。这类防老剂可以有效抵抗热氧老化、臭氧老化以及铜离子、光和屈挠等老化的影响。然而,这类防老剂的污染性较大,不适合用于白色和浅色制品。相比之下,酮胺类防老剂具有最佳的防老效果。
酮胺
酮胺也被称为防老剂AW,是一种褐色粘稠液体。纯品为浅褐色粘筒液体。这种防老剂无毒,比重为1.029~1.030(25℃),沸点为169℃。它能溶于多种有机溶剂,例如苯、丙酮、二氧乙烷、四氯化碳、溶剂汽油和乙醇,但不溶于水。酮胺是一种稳定的储存剂。它是一种非常有效的防臭氧防老剂,对屈挠龟裂和热氧老化也有防护作用。特别适用于在动态条件下使用的制品。尽管不喷霜,但有污染性,不适合用于浅色制品。当使用量为1-2份时,对硫化影响不大,但若增加至3份,则会显著促进硫化,因此在使用时需适当减少促进剂的用量。
N-苯基-α-苯胺
N-苯基-α-苯胺,也被称为防老剂A,是一种黄褐色至紫色结晶状物质。纯品为无色片状结晶,但由于含有少量甲萘胺和苯胺,因此有毒,不能与皮肤接触。它的比重为1.16~1.17,熔点不低于52.0℃。它能易溶于多种有机溶剂,如丙酮、乙酸乙酯、苯、乙醇、氯仿、四氯化碳,也能溶于汽油,但不溶于水。这种防老剂在阳光和空气中会逐渐变成紫色,且易燃。防老剂A对热、氧、屈挠及天候等老化作用均具有良好的防护效果,是天然橡胶、合成橡胶及再生胶的通用防老剂。在氯丁橡胶中,它兼具抗臭氧老化的性能;对变价金属离子的老化作用及再生胶亦有一定的抑制效果。它在干胶中易分散,也易分散于水中。在橡胶中的溶解度高达5%,比防老剂D大,用量在3~4份时不喷霜,故可增加用量以提高防护效能。防老剂A有污染性及迁移性。一般用量范围为1~2份,最高可达5份。
N-苯基-β-萘胺
N-苯基-β-萘胺,又称防老剂D,是一种浅灰色至浅棕色的粉末。纯品为白色粉末,比重为1.18,熔点不低于104℃。它易溶于丙酮、乙酸乙酯、二硫化碳、氯仿,可溶于乙醇、四氯化碳,不溶于汽油和水。在空气和日光下,它会逐渐变为灰黑色,但不影响防护效果。防老剂D是一种通用型防老剂,对热、氧、屈挠龟裂及一般老化因素均有良好的防护作用,其防护效果稍优于防老剂A。此外,它还能对有害金属离子提供防护,但较防老剂A稍差。若与防老剂4040或4010NA并用,其抗热、氧、屈挠龟裂以及抗臭氧老化的性能将显著增加。这种防老剂在干胶中易分散于水中,在橡胶中的溶解度约为1.5%。当用量超过2份时,可能会发生喷霜现象,但如果与防老剂A并用,则可避免这种情况。由于其原料易得、制造简单、价格低廉,这类防老剂在国内仍占有一定地位。
对苯二胺
对苯二胺类防老剂是最重要且具有发展前景的一类防老剂。其中主要包括以下几种:N-苯基-N`-环己基对苯二胺,商品名称为防老剂4010或防老剂CPPD。这种防老剂为灰白色粉末,纯品为白色粉末。它对皮肤有刺激性。比重为1.29,熔点低于110℃。在空气中或日光下稍变深色,但防护效力不减。
作为一种天然橡胶和合成橡胶的优良通用型防老剂,具有出色的防护效能,尤其适用于天然橡胶和丁苯橡胶。它对热、氧、臭氧、光等老化因素具有良好的防护效果,同时也是优良的持久机械应力形成之龟裂与屈挠龟裂的抑制剂。此外,它还能对高能辐射和铜离子的老化作用提供一定的防护。与防老剂AT和防老剂D相比,对苯二胺类防老剂的防护效果更佳。当单独使用时,已经具有相当好的防护效能。然而,与其他防老剂如AW、结晶性并用时,对臭氧龟裂和自然老化的防护效能更高。
O-苯基-N'-异丙基-对苯二胺
防老剂4010NA,又称防老剂IPPD,是一种紫色片状结晶。它具有微毒性,可能引起皮肤过敏反应。其熔点不低于70℃,可溶于多种有机溶剂,如油类、苯、乙酸乙酯、四氯化碳、二氯甲烷、氯仿、二硫化碳、丙酮和乙醇,但难溶于汽油,不溶于水。这种化合物在储存时性能稳定,但在日光下会变色,但不会影响其效能。防老剂4010NA是天然橡胶、合成橡胶胶乳胶的通用型防老剂,对臭氧龟裂和屈挠龟裂具有优良的防护性能,同时也是热、氧、光及一般老化的优良防护剂。此外,它还能抑制变价金属离子的老化作用,防护性能较4010更全面。该化合物可以单独使用,与防老剂AW或蜡并用时既能减少用量又能提高防护效能。尤其与蜡并用时能提高水平的防静态臭氧龟裂性能。由于其熔点较低,易分散,在橡胶中的溶解度比4010大,喷霜性较小,因此可提高用量。污染性大。常用于动态和静态应力较高的条件下使用的制品。一般用量范围为1~4份。
N-N'-二苯基-对苯二胺
N-N'-二苯基-对苯二胺,别名防老剂H或防老剂DPPD,是一种灰褐色粉末,纯品为银白色片状结晶。其比重为1.18至1.22,熔点不低于140℃。该化合物可溶于苯、甲苯、丙酮、乙醚、二氯乙烷、二硫化碳,微溶于乙醇和汽油,但不溶于水。它对贮藏稳定,但在空气中及日光下易变色,且易燃。
N-N'-二苯基-对苯二胺是天然橡胶、合成橡胶的通用型防老剂,具有优良的抗屈挠龟裂性能,对热、氧、臭氧、光,特别是铜、锰离子的老化防护作用甚佳。它尤其适用于天然橡胶与合成橡胶的并用体系,但会严重变色和污染。在橡胶中的溶解度较低,在丁苯橡胶中的最高溶解度为0.7%,在天然橡胶中为0.35%,在聚丁二烯橡胶中的溶解度更低。当用量超过其溶解度时,就会出现喷霜现象。当与其它防老剂如防老剂A并用时,既能减少其用量又能提高防护效果,一般单用时的用量范围为0.2至0.3份。