[ОБНОВЛЕНИЕ] Объяснение трех типов антиоксидантов

Обновлено в июне 2026 г. · Проверено технической командой компании Nanjing Wellt Chemicals.

Антиоксиданты для пластмасс — это добавки, которые предотвращают окисление, благодаря чему полимеры не становятся хрупкими, желтыми или слабыми. Понимание того, какие антиоксиданты подходят для пластмасс, не сводится к запоминанию каталога торговых наименований — речь идет о знании трех их функций. Каждая добавка в этой категории полимерных добавок относится к одной из трех категорий: нейтрализация свободных радикалов, разложение гидропероксидов или их комбинация в синергетической системе. Освоив это, вы сможете выбрать правильный вариант ( стерически затрудненный фенол , фосфит или готовую смесь) без догадок.

Окисление пластика и роль антиоксидантов

Полиолефины, такие как полипропилен (ПП) и полиэтилен (ПЭ), обладают множеством преимуществ: они относительно недороги, имеют низкую плотность и достаточно прочны. Однако их главный недостаток заключается в наличии основной цепи, состоящей только из атомов углерода и водорода, которые легко вступают в реакцию с окружающей средой, особенно с кислородом. Например, нагрев и механическое воздействие при температурах, характерных для экструзии, вызывают диссоциацию водорода, генерируя свободные радикалы. Эти свободные радикалы, связываясь с соседними молекулами кислорода, образуют пероксильные радикалы, которые затем вытягивают атомы водорода из соседних полимерных цепей. Пероксильные радикалы в конечном итоге образуют гидропероксиды, которые затем повторяют процесс, диссоциируя и образуя еще больше свободных радикалов и молекул кислорода. Этот самоподкрепляющийся цепной цикл известен как автоокисление. Поскольку автоокисление экспоненциально более активно при более высоких температурах, оно расщепляет полимерные цепи, снижая молекулярную массу, увеличивая текучесть расплава и в конечном итоге приводя к изменению цвета, потере прочности на разрыв и удлинения, а также к хрупкости.

Антиоксиданты останавливают эти реакции автоокисления. В самом общем смысле, антиоксиданты — это добавки к пластику, или стабилизаторы, добавляемые в следовых количествах для предотвращения деградации полимеров и потери ими функциональности при воздействии кислорода. Антиоксиданты защищают пластик от окисления полимеров, которое продолжается даже после синтеза и после плавления, когда полимерные детали используются в каком-либо применении. Эти эффекты — потеря физических свойств материала — происходят задолго до того, как появляются какие-либо наблюдаемые физические изменения в самой детали. Деградация материала происходит посредством термического окисления; согласно ScienceDirect , широко цитируемому исследованию, в котором редакторы журнала представили сводку функциональных свойств добавок к различным пластикам, стабилизаторы необходимы, потому что деградация происходит с момента плавления исходной смолы. Таким образом, крайне важно, чтобы антиоксидантная добавка к пластику выдерживала суровые условия, которым пластик подвергается всего несколько минут на этапе обработки расплава, а также в течение многих лет при его конечном применении. Ни одна молекула антиоксиданта не может одинаково хорошо справляться с обоими этапами — именно здесь вступают в игру различные типы антиоксидантов. В компании Wellt мы придерживаемся одного правила: антиоксиданты для полимеров — это стабилизаторы, защищающие полимеры. Их добавляют потому, что окисление полимеров — свободнорадикальная цепная реакция, которая начинается при полимеризации и протекает быстрее при высоких температурах — незаметно ухудшает механические свойства и конечную ценность задолго до того, как деталь начнет выглядеть поврежденной.

Тип 1: Первичные антиоксиданты (стерически затрудненные фенолы)

Первичными антиоксидантами являются поглотители свободных радикалов, также называемые антиоксидантами, прерывающими цепную реакцию. В данном случае доминирующим является стерически затрудненный фенол, молекула, громоздкие трет-бутильные заместители которого экранируют очень реакционноспособную гидроксильную группу. Эта гидроксильная группа отдает атом водорода пероксильному радикалу, превращая агрессивный свободный радикал в стабильную молекулу и прерывая одну стадию распространения реакции. Именно эта стерическая громоздкость и определяет разницу: она замедляет собственное окисление фенола, поэтому молекула сохраняется достаточно долго, чтобы продолжать отдавать атомы водорода в течение многих лет. Вот почему стерически затрудненные фенолы лежат в основе долговременной термической стабильности. Неправильный выбор первичного антиоксиданта может привести к преждевременному выходу детали из строя, поскольку после расходования фенола цепная реакция протекает бесконтрольно — это предотвращается поддержанием остаточного содержания фенола выше примерно 0.05%.

Что такое стерически затрудненный фенольный антиоксидант?

Антиоксидант на основе стерически затрудненного фенола — это антиоксидант, содержащий одну или несколько фенольных групп, но с замещением в орто-положениях относительно гидроксильных групп, благодаря чему антиоксидант является очень эффективным и стойким донором атомов водорода. На практике двумя основными примерами являются Ирганокс 1010, высокомолекулярный стерически затрудненный фенол , и Ирганокс 1076 с более низкой молекулярной массой.

Компромисс прост: высокая молекулярная масса Irganox 1010 обеспечивает ему низкую летучесть и устойчивость к потерям при обработке при высоких температурах, но он хуже мигрирует в тонкие пленки, тогда как Irganox 1076 легче диспергируется и мигрирует.

Один из мифов, от которого стоит избавиться, заключается в том, что высокая молекулярная масса означает, что добавка никогда не покинет деталь. В рецензируемом исследовании 20 антиоксидантов в пластиковых материалах, контактирующих с пищевыми продуктами (PMC, 2024), было установлено, что Irganox 1010 является антиоксидантом с наибольшим количеством миграции в тестах с имитаторами жиров (0.29 мг/кг, за ним следуют Irganox 1076 и Irgafos 168). Высокая молекулярная масса действительно минимизирует испарение и, следовательно, уменьшает, но не исключает миграцию в жировые имитаторы пищевых продуктов – и существует нормативный порог для этой миграции, который покупателям необходимо учитывать. Более мелкие фенолы, такие как бутилированный гидрокситолуол (BHT), подходят для менее экстремальных применений, но слишком быстро испаряются в материалах с более длительным сроком службы. Еще один недостаток фенолов: они используются для борьбы с термическим/окислительным разложением, а не с УФ-излучением, для борьбы с которым необходимы светостабилизаторы. Амины (еще одно семейство основных антиоксидантов) также борются с нагреванием/окислением, но вызывают пожелтение/пятна и в основном используются для сложных задач и для обработки резины.

«На производстве фенол — это ваша страховка на следующие десять лет, а не на следующие десять минут. Те, кто списывает пожелтение на «недостаток фенола», обычно испытывают нехватку фосфита во время обработки».

Тип 2: Вторичные антиоксиданты (фосфиты и тиоэфиры)

[ОБНОВИТЬ] Иргафос 168: Применение, преимущества и технические характеристикиАвтор: Адрия
23 сентября, 2025

Вторичные антиоксиданты работают в обратном направлении: вместо того, чтобы захватывать радикалы, они удаляют гидропероксиды, которые эти радикалы оставляют после себя, разлагая их на стабильные продукты, прежде чем те смогут расщепляться на два совершенно новых радикала. Как описывает химию BASF, этот класс, фосфиты и тиоэфиры, реагирует с гидропероксидами, образуя нерадикальные продукты. Существует два подсемейства, и их путаница является распространенной ошибкой при выборе. Неправильный выбор вторичного антиоксиданта может привести к пожелтению детали во время высокотемпературной экструзии — дорогостоящая проблема, с которой Wellt чаще всего сталкивается в автомобильных и упаковочных компаундах, работающих при температуре выше 250°C.

Какова роль фосфитного антиоксиданта в процессе экструзии?

В процессе экструзии фосфитный антиоксидант Иргафос 168 выполняет большую часть «борьбы на передовой» — он разлагает гидропероксиды, образующиеся под воздействием тепла и сдвига, — процесс, который обеспечивает стабильность потока расплава и предотвращает пожелтение, которое может испортить яркие и белые детали.

Разумеется, следует учитывать особенности хранения фосфита. Поскольку он может гидролизоваться во влажных условиях ( исследования Манчестерского столичного университета по гидролизу фосфита показывают, что синергетические смеси и устойчивые к гидролизу марки существуют именно потому, что сырой фосфит может разрушаться при хранении), его следует хранить в герметичной и сухой упаковке или выбирать гидролизостабилизированную марку. Для обеспечения долговечности при повышенных температурах, антиоксиданты на основе серных эфиров (тиоэфиров), такие как DLTDP и DSTDP, заменяют фосфиты. К смежным вспомогательным классам относятся деактиваторы металлов, используемые для комплексообразования с каталитическими ионами металлов (медью и т. д.), которые часто встречаются в составах проводов и кабелей.

Тип 3: Синергетические системы (смеси и состабилизация)

Третий вариант — это целенаправленно комбинированные системы, сочетающие в себе элементы первых двух. На практике большинство предприятий приобретают именно такие системы. Поскольку первичный фенол и вторичный фосфит обеспечивают защиту на разных этапах жизни полимера (сначала под воздействием тепла и сдвиговых нагрузок во время обработки, а затем при более постепенной деградации в процессе эксплуатации), вы получаете выгоду от системы, которая охватывает оба аспекта. Синергетический эффект был подтвержден: в полевых испытаниях стабилизирующие пакеты на основе синергии стерически затрудненного фенола и фосфита увеличили время индукции окисления (OIT) полиолефиновых труб более чем на 40%, что значительно превосходит эффективность отдельных компонентов. Это практическое определение принципа «1+1>2» в антиоксидантных системах.

Наиболее популярной готовой к использованию антиоксидантной системой является Irganox B215, смесь Irganox 1010 и Irgafos 168 в соотношении 1:2 . Как производители этих композитных антиоксидантных смесей , мы рекомендуем, если нет необходимости добавлять два компонента по отдельности, использовать одну из наших предварительно смешанных синергетических систем; они исключают ошибки взвешивания, гарантируют фиксированные соотношения и диспергируются в виде одной гранулы. Отклонение от стандартного соотношения 1:2 может быть оправдано только в очень специфическом применении. Главное – соблюдение дозировки: слишком малое количество вторичного антиоксиданта может привести к потере цвета в процессе обработки; превышение концентрации примерно в 0.3% может привести к вымыванию или появлению пигмента – именно такой компромисс компания Wellt учитывает при смешивании композитных смесей.

Выбор подходящего типа антиоксиданта в зависимости от полимера и области применения.

Выбор правильного типа антиоксиданта сводится к согласованию двух переменных: температуры обработки и требуемого срока службы. Для большинства полиолефинов начните с смеси фенола и фосфита в концентрации 0.05–0.2%; добавьте тиоэфир для работы при высоких температурах и деактиватор металлов для проводов и кабелей. Выбор сводится к двум вопросам: при какой температуре обработки вы работаете и как долго должна прослужить ваша деталь? Приведенный ниже селектор типов полимеров и антиоксидантов — наша карта 10 типов антиоксидантов — предлагает стартовые пакеты. Указанные концентрации являются обобщениями для отраслевой практики и должны служить отправными точками; они будут варьироваться в зависимости от точного сорта полимера, а также от процесса и геометрии конечной детали.

Рабочий пример: Предположим, вам нужно смешать 1,000 кг полипропилена (ПП) для литья общего назначения, и вы выбираете синергетический антиоксидантный пакет типа B215 с общей концентрацией добавок 0.1%. Это будет равно 1,000 кг * 0.001 = 1 кг смеси на партию. Этот 1 кг смеси даст приблизительно 0.033% Irganox 1010 и 0.067% Irgafos 168 в смеси в соотношении 1:2. Если деталь требует термостойкости в процессе эксплуатации, например, автомобильный зажим под капотом, вы можете увеличить это значение до 0.2–0.3%, заменив часть фосфита тиоэфиром для улучшения термостойкости. Антиоксиданты обычно вводятся в виде антиоксидантной мастербатчи или в составе пакета «пластик-антиоксидант», чтобы небольшая доза равномерно распределялась в смоле.

Добавки к пластмассам, представляющие собой семейство антиоксидантов, обеспечивают термическую защиту от высоких температур в различных областях. Те же самые антиоксидантные добавки, используемые в строительных и упаковочных материалах, также стабилизируют органические субстраты, такие как пластмассы, применяемые в медицинских приборах, синтетические волокна, пенополиуретаны, а также строительные профили. Фосфиты наиболее эффективны для обеспечения стабильности при обработке, помогая производителям обрабатывать и защищать такие полимеры, как полиэтилен и полипропилен, в то время как фенолы защищают готовые пластиковые изделия на протяжении всего срока службы пластмассы. Некоторые добавки к пластмассам могут мигрировать (выцветать) при чрезмерном использовании (передозировке), поэтому цель состоит в минимальном использовании, которое защищает деталь от окисления при высоких температурах — для большинства пластиковых деталей требуется очень небольшое количество антиоксидантов, в процентах, значительно меньших, чем 1%.

📐 Инженерная заметка

Откройте для себя антиоксидант Essential Ultranox™ 626: ваше полное руководство на 2024 годАвтор: Адрия
23 сентября, 2025

Если используется полипропиленовое волокно или лента, следует придерживаться концентрации антиоксидантов ниже ~0.1% от общего объема и использовать фосфиты; добавление слишком большого количества антиоксидантов фенольного типа может вызвать порозовение/окрашивание пластика при воздействии большого количества продуктов сгорания, особенно в тех случаях, когда изделие хранится и может подвергаться воздействию газов, образующихся при сжигании природного газа и т. д. Вы можете проверить окислительную способность различных антиоксидантов в нашей лаборатории, используя метод ДСК (дифференциальной сканирующей калориметрии) по стандарту ASTM D3895, для быстрого получения результатов.

Типичные ошибки при отборе (по результатам полевых исследований)

Три основные причины проблем и/или жалоб, связанных с антиоксидантами: 1) чрезмерное использование, 2) необязательное применение фосфитов и 3) гидролиз фосфитов.

• Чрезмерное содержание антиоксидантов — добавление большего количества антиоксиданта в пластик не дает соразмерного преимущества в повышении эксплуатационных характеристик и может привести к образованию налета, что придаст детали тусклый вид и может вызвать повреждение пластин в пресс-формах и оборудовании, используемом для обработки детали.
• Рассмотрение вторичных антиоксидантов (фосфитов) как необязательных. Многие производители считают, что фосфиты не нужны в их составе для снижения затрат, и что для общей защиты пластиковых деталей необходима дополнительная защита. Поэтому они используют только один из антиоксидантов для защиты своей продукции в процессе экструзии. Отсутствие фосфитов может привести к значительной потере цвета во время экструзии, поскольку они действуют как вспомогательные вещества, защищающие цвет и прозрачность продукции в процессе экструзии.
• Хранение и обращение с фосфитами. Многие компании хранят фосфиты в открытых контейнерах, что является прямой причиной гидролиза фосфита при воздействии влаги. Используйте герметичное и сухое хранилище или приобретайте фосфиты марки, устойчивой к гидролизу.

В качестве примера рассмотрим ситуацию, когда предприятие по переработке пластмасс повторно экструдировало отходы полипропилена в два этапа, что привело к увеличению текучести расплава и появлению деталей серого цвета; после добавления примерно 0.2% смеси синергетических антиоксидантов переработанный продукт восстановил исходную текучесть расплава и механические свойства. Это стандартная процедура на линиях переработки полипропилена при температуре около 230 °C. Повторяющаяся термическая обработка приводит к потере и миграции добавок, что характерно для пластиковых добавок.

Перспективы регулирования и переработки отходов: что меняется?

Самые значительные изменения в индустрии пластмасс – не новые химические составы, а регулирование, устойчивое развитие и цикличность: эти факторы приводят к более широкому использованию переработанных материалов и, следовательно, влияют на типы добавок, которые переработчики пластмасс могут выбирать для своей продукции. Материалы, контактирующие с пищевыми продуктами, производимые в США, должны быть изготовлены с использованием марок, одобренных в соответствии с 21 CFR 178.2010, списком антиоксидантов и стабилизаторов для полимеров FDA , с эквивалентом в ЕС в соответствии с Регламентом 10/2011. Хотя такие распространенные антиоксиданты, как Irganox 1010 и Irgafos 168, указаны в этих базах данных, регламент требует соблюдения пределов миграции – таким образом, данные о предыдущей миграции имеют ключевое значение при выборе антиоксиданта, особенно на 2026 год.

Использование перерабатывающего оборудования — лучший выбор. При механической переработке пластик не полностью избавляется от существующих антиоксидантов, а, наоборот, расходует их: каждый этап обработки добавляет термическую обработку, которая сжигает часть стабилизатора. Как отмечает журнал PLASTICS в отношении переработанной пищевой упаковки , стандартная механическая переработка оставляет существующие антиоксиданты на месте, а не восстанавливает их, поэтому переработчикам приходится добавлять новый стабилизатор для восстановления стабильности расплава. Отчет ОЭСР за 2026 год о проверке химического состава переработанных пластмасс указывает на то же самое, связывая прослеживаемость по стандарту ЕС EN 15343 с содержанием переработанного материала, контактирующего с пищевыми продуктами. Если вы планируете проект 2026 года с использованием переработанного материала, не забудьте включить в стоимость пакет синергетических добавок с более высокой дозировкой и дважды проверить соответствие региональным требованиям к материалам, контактирующим с пищевыми продуктами, прежде чем окончательно утвердить формулу. (Разброс прогнозов объема рынка антиоксидантов для пластика на 2025 год, представленных различными исследовательскими источниками, очень велик и составляет примерно от 2.6 до 5.9 миллиардов долларов, поэтому рассматривайте эти общие цифры как контекст, а не как факт для целей планирования.)

Риск здесь конкретен и дорог: если указать не соответствующий требованиям сорт, проект, предназначенный для контакта с пищевыми продуктами в 2026 году, может не пройти миграционные испытания на поздней стадии квалификации — это дорогостоящая ошибка. Поскольку механическая переработка предполагает многократное воздействие высоких температур, переработчикам необходимо повторно стабилизировать материал, предотвращая термическую и окислительную деградацию, вызванную нагревом; компания Wellt разрабатывает упаковку из переработанного сырья для упаковочной, строительной, автомобильной и медицинской промышленности, которая должна соответствовать требованиям 21 CFR 178.2010 и EU EN 15343. Поскольку этот класс антиоксидантов — добавки в пластмассовой промышленности, используемые во все большем количестве областей применения — все больше ориентируется на переработанный материал, то продукцию, изготовленную с использованием проверенных, соответствующих требованиям антиоксидантных систем для обработки и защиты смолы, проходят проверки.

Часто задаваемые вопросы