抗氧剂是一类化学物质,广义上来说,多数弱还原剂都是抗氧剂。例如:柠檬酸是有弱还原性的有机酸,我们可以将其运用于饮料配方中起着抗氧化剂的作用;食品摆放时间长了容易氧化变质,可以加入少量抗氧剂来延长它们的储存时间等等。而对于塑料、橡胶、合成纤维、涂料和胶黏剂等五大类高分子材料,抗氧剂则是指在这些聚合物体系中仅少量存在时,即可延缓或抑制其在聚合、储存、运输、加工、使用过程中受大气中氧、臭氧等作用而降解的过程,从而阻止材料老化并延长使用寿命的化学物质。抗氧剂是各类高分子材料制造过程中最为常用的化学助剂之一,加入抗氧剂可以保持高分子材料的优良性能,延长其服役和使用寿命。
2抗氧剂的分类
高分子材料的热氧化过程是一系列的自由基链式反应,在热、光或氧的作用下,高分子材料的化学键发生断裂,生成活泼的自由基和氢过氧化物。氢过氧化物发生分解反应,也生成烃氧自由基和羟基自由基。这些自由基可以引发一系列的自由基链式反应,导致高分子材料的结构和性质发生根本变化。因此,根据这一历程,抗氧化剂按其发挥的功能主要可分为主抗氧剂和辅助抗氧剂。主抗氧剂是指能消除自由基的芳香胺和受阻酚等化合物及其衍生物,而辅助抗氧剂是指能分解氢过氧化物的有含磷和含硫的有机化合物及其衍生物。主抗氧剂主要分为受阻酚类抗氧剂和芳香胺类抗氧剂。其中芳香胺类抗氧 剂主要应用于橡胶制品中,因此习惯被称为橡胶防老剂。而受阻酚类抗氧剂是一些具有空间阻碍作用的酚类化合物,抗氧化效果显著,且不会污染制品,除了可用于橡胶工业外,也可用于塑料、涂料、胶黏剂、合成纤维等,用途更为广泛,是主抗氧化剂目前发展的主流品种。
3抗氧剂行业的整体现状
我国抗氧剂的研究生产起步于20世纪70年代,经过近40年的努力,现已初具规模,但仍然存在企业经营规模较小、自主研发能力较差、合成技术相对落后、产品质量参差不齐、助剂应用研究水平和技术服务能力较差、产品经营未形成集约化规模、助剂合成生产造成的环境污染严重等问题,特别是一些高端防老化助剂由于没有自主知识产权及国外技术壁垒,多为国外品牌产品占据,导致企业缺少有竞争力的核心自主知识产权。
同时,在高分子材料防老化研究方面,我国的研究和实用化水平还比较落后,主要表现在老化机理研究不深入和高端抗老化助剂研发应用水平及投入不足。欧美和日本等国外公司诸如巴斯夫、科莱恩、氰特、日本住友等在高分子材料防老化技术水平方面处于领先地位,他们基于高端防老化助剂而开发的防老化技术成套解决方案形成垄断,而且价格昂贵。
但令人欣喜的是,最近几年来,我国抗氧剂行业呈现快速发展之势,出现了一些专业化、规模化、集约化和技术型的企业,并已在抗老化领域形成和国际企业同台竞争的态势,部分企业已经在全球具有很好的知名度。
4抗氧剂行业的发展趋势
纵观全球抗氧剂行业的发展历程,借鉴发达国家在抗氧剂行业的经验,今后我国抗氧剂行业将呈现高端化、高效化、复合化、定制化、系列化、环保化、母粒化、集约化的发展总趋势。
一、高 端 化
高端化是指高技术含量和高附加值抗氧剂的开发应用和推广。目前对于抗氧剂1010、抗氧剂168等一些通用抗氧剂品种,我国无论在合成技术水平还是在应用水平方面均已达到与国外产品比肩,国外类似产品已不再具有优势,但同时也造成其附加值降低。通过加大技术研发投入等途径,不断提高高技术含量和高附加值的抗氧剂新产品的产量和消费量。
二、高 效 化
高效化是指在不提高抗氧剂用量的情况下实现抗氧剂效能最大化。普通抗氧剂往往存在分子量较低、容易挥发迁移的缺陷,尽管这些所谓的缺陷在初期的抗老化方面可以起到良好的效果,但在后期或长期的抗老化效能则明显不足。另外,抗氧剂的耐热稳定性、抗水解能力以及与树脂基材的相容性也极大影响其抗老化性能的发挥,因此,可以通过抗氧剂的高分子量化、分子结构的优化等途径来提高抗老化效能并使其作用效能得到最大发挥。
三、复 合 化
复合化说白了就是抗氧剂的复配,即利用不同抗氧剂的各自特性和优势,通过两种及两种以上的抗氧剂混合复配,发挥几种抗氧剂的协同效应,实现1+1>2的效果。因此,抗氧剂之间的协同效应机理研究、抗氧剂协同组分的应用开发、组分间的最佳复配配比研究将是抗氧剂复合化应用技术的关键所在。
四、定 制 化
定制化是针对客户对高分子材料不同的抗老化需求而开发特殊定制的抗氧剂产品。由于高分子材料在不同使用条件、不同环境条件下的耐老化要求时不同的,一个既定的抗氧剂产品不能满足客户的所有要求,通过对客户产品的具体要求,针对性的开发特定的抗氧剂产品是趋势所向,从而实现差异化服务和为客户创造价值。
五、系 列 化
系列化也是为了满足客户的不同需求而定,但其更注重抗氧剂产品的市场通用性。抗氧剂行业从业人员通过及时的、长期的市场调研,总结大类高分子材料的抗老化需求,开发满足不同高分子材料的通用性抗老化需求,实现抗氧剂产品的系列化,可以为满足不同客户、不同高分子材料提供较为全面的抗老化解决方案。
六、环 保 化
今年国家对环保督查的力度显著加大,且随着环保法规的日益严格和社会经济的可持续发展需要,环保化将成为今后化工行业发展的重点,抗氧剂行业也不例外。实现抗氧剂行业的环保化发展,除了在抗氧剂生产过程的清洁化生产工艺关键技术开发,从而减轻对环境造成的污染,还可以通过限制或禁止使用对人体和自然环境有毒有害的抗氧剂,转而大力发展环境友好型的抗氧剂来实现,逐步替代有毒有害抗氧剂。
七、母 粒 化
母粒化是指通过将粉末状、溶剂型的抗氧剂以合适树脂载体而制备成高浓缩母粒的方法,实际上也是抗氧剂环保化的一种有效途径。母粒化的另一个优势在于:直接在树脂中添加粉末状的抗氧剂尽管操作简单方便,但也极易造成抗氧剂成分在树脂中的分散均匀性不够,进而造成产品的质量稳定性较差。将粉状抗氧剂进行母粒化,可以通过母粒制备的加工过程实现抗氧剂的预分散,然后在母粒使用过程中通过与其它树脂成分的再次加工,可以实现助剂的再次分散,从而实现抗氧剂有效成分在材料中的均匀分散,并实现其抗老化效能的充分发挥。
八、集 约 化
我国抗氧剂行业在多年的发展过程中呈现分散发展的状态,但多年的抗氧剂合成技术、应用技术积累、服务水平的提升以及多年的市场先期培育,为我国抗氧剂产业实现产业并购、集约化发展提供了坚实的基础和良好的资源,相信在不远的将来,国内就会出现几家产品过硬、技术实力雄厚、服务水平世界领先的优秀大型企业,从而在整体上实现我国抗氧剂行业在全球的领先地位。
5结语
随着国家《中国制造2025》的实施,今后一段时期将是国家经济发展调整产业结构、推动制造业转型升级的关键时期。新一代信息技术、航空航天装备、核电、海洋工程和高技术船舶、节能环保、新能源等领域的发展,为高分子新材料产业提供了广阔的市场空间,也对高分子新材料的质量性能、可靠性、保障能力等提出了更高要求。同时,全球环境保护意识的增强,对生态、环境及人类生存无害将是今后研发新材料时所要考虑的首要因素。高分子新材料覆盖军民融合两用技术、航天、航空、核电、船舶、轨道交通、石油化工和智能高端微电子等诸多高尖端行业领域,在制造强国战略中也担纲重任,这对其质量和可靠性(材料服役寿命)水平提出了更高的要求,也为今后抗氧剂行业的发展提供了契机和良好发展机遇。
目前,我国抗氧剂行业已处于加速发展阶段,相信通过各位相关行业同仁的共同努力,我国抗氧剂行业必将形成崭新的发展格局。