Bu makale, dayanıklılıklarını ve performanslarını artırmak için polimerlerde katkı maddesi olarak antioksidanların kullanımını incelemektedir. Polimerler, çok amaçlı özelliklerinden dolayı çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak ısı, ışık ve oksijen gibi çevresel faktörlere maruz kaldıklarında bozunmaya eğilimlidirler. Antioksidanların polimer formüllerindeki kombinasyonu, oksidasyon reaksiyonlarını etkili bir şekilde önleyebilir ve zincir kesme sürecini önleyebilir ve böylece malzemelerin ömrünü uzatabilir.
Anahtar Kelimeler: antioksidan, katkı maddeleri, polimer.Polimerler, çeşitli özelliklerinden dolayı çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak ısı, ışık ve oksijen gibi çeşitli çevresel faktörlere maruz kalmak polimerlerin oksidatif bozunmasına neden olabilir ve bu sorun polimerlerin performansının düşmesine ve ömrünün kısalmasına neden olur (Şekil 1). Oksidasyon, birçok polimer ve plastiğin hem üretim sürecinde hem de nihai ürünün tüketim döngüsü sırasında yok olma faktörlerinden biridir. Sonuç olarak, günümüzde polimer ürün üreticileri, ürünlerinin kalitesini artırmak ve ayrıca nihai ürünlerin oksidasyonunu ve bozulmasını önlemek için antioksidan polimer katkı maddeleri kullanmalıdır. Sonuç olarak, antioksidanlar, polimerlerdeki bu tür bozunma süreçlerini engellemek veya geciktirmek için her yıl çeşitli endüstriler tarafından büyük miktarlarda kullanılan etkili katkı maddeleridir. Bu rapor, polimerlerde kullanılan antioksidanların tanımı, özellikleri, uygulamaları ve önemlerinin bir özetini sağlayacak sonuçları içeren bir genel bakış niteliğindedir.
Antioksidanlar, serbest radikallerin başlattığı zincirleme reaksiyonları kesintiye uğratarak oksidasyon reaksiyonlarını engelleyen veya geciktiren maddelerdir. Polimerlerde, antioksidanlar, serbest radikallerin varlığından kaynaklanan oksidatif hasarı önler, çünkü serbest radikallerin ve radikal reaksiyonların varlığı polimer zincirlerinin kırılmasına, renk değişimine, mekanik özelliklerin kaybına ve diğer zararlı etkilere yol açabilir. Bu malzeme sınıfının çalışma mekanizması Şekil 2’de gösterilmiştir.
Polimerlerde kullanılan antioksidanlar, etkinliklerine katkıda bulunan temel özelliklere sahiptir. Bu özellikler şunları içerir:
a) Yüksek termal kararlılık: Antioksidanlar, polimerlerin uzun süreli korunmasını sağlamak için işleme operasyonları sırasında yüksek sıcaklıklarda stabil kalmalıdır.
b) Düşük uçuculuk: Antioksidanlar, işleme ve kullanım sırasında buharlaşmamaları için minimum bir buhar basıncına sahip olmalıdır.
c) Uyumluluk: Düzgün dağılım ve verimli işlev sağlamak için polimer matrislerle uyumlu olmaları gerekir.
d) Sinerjik etkiler: Bazı antioksidanlar, stabilizatörler veya UV emiciler gibi diğer katkı maddeleri ile birlikte kullanıldıklarında daha iyi performans gösterirler.
Çeşitli polimer uygulamalarında farklı tipte antioksidanlar kullanılır, örneğin:
Bu antioksidanlar, hidrojen atomlarını serbest radikallere aktararak radikal soğurucu görevi görürler ve böylece oksidasyon zincir reaksiyonunu sonlandırırlar. Örneğin, yüksek sterik engele sahip fonksiyonel gruplara sahip bazı fenolik yapılardan (örneğin, moleküler yapısı Şekil 3’te gösterilen Irganox 1010) ve yüksek sterik engele sahip bazı amin ışık stabilizatörlerinden (Engellenmiş amin ışık stabilizatörleri, HALS) bahsedebiliriz. Elbette amino antioksidanların kullanımının nihai ürünün rengi üzerinde etkisi olduğunu ve birçok uygulamada kullanımlarının sınırlı olduğunu belirtmek gerekir.
Bu antioksidanlar, oksidasyon işlemi sırasında oluşan peroksitlerin ayrışmasına neden olur. Fosfit veya fosfonit gruplarına sahip yaygın ikincil antioksidanlar veya organik kükürt ve ditiyofosfonatlar içeren bileşikler bu alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Diğer bazı yaygın ikincil antioksidanlar, dilauril tiodipropiyonat (DLTDP), distearil tiyodipropiyonat (DSTDP) ve bazı fosfitler (örneğin, moleküler yapısı Şekil 4’te gösterilen Irgafos 168) gibi tiyoesterlerdir. Fosfitlerin birincil fenolik antioksidanlarla birlikte sinerjistik özellikler sergilediklerine dikkat edilmelidir. Fenolik antioksidanlar ve fenol fosfit bileşikleri, termo-oksidatif bozunmaya ve polimerlerin renk bozulmasına karşı mükemmel koruma sağlar.
Antioksidan seçimi, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır:
1) baz polimer tipi,
2) ekstrüzyon sıcaklığı,
3) Nihai ürünün uygulanması ve fonksiyonel amaçlara bağlıdır.
Örneğin, ürünlerin ambalajlanması için antioksidan 168 gibi ikincil antioksidanların kullanılması daha iyidir. Çünkü oksidasyonları esas olarak üretim sürecinde meydana gelir. Bu arada açık alanda kullanılan plastik ürünler için antioksidan 1010 ve antioksidan 168 kombinasyonu kullanılmalıdır çünkü bu tür ürünlerde hem üretim sürecinde hem de tüketim döngüsü sırasında oksidasyon Ayrıca tarımsal filmlere eklenen antioksidanlar termal stabiliteyi artırmak, renk değişimini önlemek ve şeffaflığı korumak için kullanılır. Borularda uygun antioksidanların kullanımı da önemlidir çünkü bu ürünler açık havada uzun süre dış çevre faktörlerine maruz kalır ve bu da oksidasyonlarına yol açar.meydana gelebilir.
Antioxidants find extensive applications in various polymer systems, Some of these applications are shown in Figure 5:
Aşağıda antioksidanların farklı polimerlerdeki kullanımları kısaca verilmiştir:a) Poliolefinler: Isı, ışık ve işlemenin neden olduğu bozulmayı önlemek için polietilen (PE) ve polipropilende (PP) antioksidanlar kullanılır.
b) Polistiren (PS) ve ABS: Antioksidanlar, bu polimerleri işleme ve uzun süreli kullanım sırasında renk bozulmasına, kırılganlığa ve mekanik özellik kaybına karşı korur.
c) Polivinil klorür (PVC): Antioksidanlar, ısıya, UV ışınlarına ve oksidatif ortamlara maruz kalan PVC ürünlerinin stabilitesini ve bütünlüğünü sağlar.
d) Kauçuk:Antioksidanlar, lastiklerde ve ayrıca sızdırmazlık amacıyla, ürünlerin eskimesini, çatlamasını ve bozulmasını önlemek amacıyla kullanılmaktadır.
Ayrıca tekstil endüstrisinde, lifleri ve kumaşları oksidatif hasardan korumak için antioksidan masterbatch’ler kullanılmaktadır. Bu sorun, ışık, ısı ve çevresel faktörlere bağlı olarak renk değişimi, mukavemet azalması ve bozulmaların önlenmesine yardımcı olur. Antioksidan masterbatch’ler genellikle sentetik elyaf, iplik ve tekstil üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.Ayrıca kozmetik ve kişisel bakım ürünlerinde oksidatif hasarı önlemek ve ürün stabilitesini korumak için antioksidan masterbatch’ler kullanılmaktadır. Bu sorun sıvı ve katı yağlar ve diğer hassas maddeleri içeren formüllerin oksidasyona karşı korunmasına yardımcı olur ve ürünlerin daha uzun raf ömrüne ve daha yüksek verimliliğe yol açar.
Antioksidanlar, oksidatif bozulmayı azaltarak polimerlerin bütünlüğünü ve performansını korumada hayati bir rol oynar. Bu sınıf malzemeler, oksidasyon zincir reaksiyonlarını durdurarak ve serbest radikalleri yok ederek, ürünün ömrünü uzatır ve polimerlerin özelliklerini korur. Yüksek termal kararlılık, düşük uçuculuk ve polimer matrislerle uyumluluk, onları birçok uygulamada temel katkı maddeleri haline getirir. İşleme koşullarını ve özel kullanımları dikkate alarak her bir polimer sistemi için doğru antioksidan tipini ve doğru konsantrasyonu seçmek, nihai ürünün optimum performansı ve uzun ömürlülüğü için çok önemlidir.
1. Albertsson, A. C. (1998). Degradation and stabilization of polymers. In Polymer degradationand stability (Vol. 59, No. 1-3, pp. 199-207). Elsevier.
2.Bikiaris, D., & Docoslis, A. (Eds.). (2018). Polymer degradation and performance. CRC Press.
3. Sbirrazzuoli, N., & Long, Y. (2019). Antioxidants in polymers: Mechanisms and applications. Polymers, 11(7), 1135.
4. Kamal, M. R., & Ismail, A. H. (2012). Handbook of polymer nanocomposites. Processing, performance and application: volume C: polymer nanocomposites of cellulose nanoparticles. World Scientific.
5. Rao, P. V. (2005). Polymer blends and composites: Chemistry and technology. Springer Science & Business Media.
6. Pospíšil, J. (2016). Radical scavengers for polymers. Polymer Degradation and Stability, 132, 79-85.
7. Gijsman, P. (2000). Polymer stabilisation and degradation. Springer Science & Business Media.
8. Pospíšil, J., & Chodák, I. (2019). Antioxidants in polymers: An overview of principles and applications. In: Antioxidants in Foods and Its Applications. IntechOpen.
9. Jacob, M. (2013). Antioxidants: A review. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 5(3), 271-278.
10. Sathyanarayana, D. N. (2019). Antioxidants in polymers. In Handbook of Antioxidants for Food Preservation (pp. 243-257). Elsevier