Opslag 4 · Gruppe 1: Kemien
Antioxidanter i plast, gummi og brændstof
Plast, gummi, benzin og smøreolie oxiderer ligesom fedt. Her er stabilisatorerne – primære og sekundære antioxidanter, HALS og antiozonanter.
Opdateret
Antioxidanter bruges ikke kun i fødevarer. Plast, gummi, brændstof og smøreolie nedbrydes også ved oxidation. Det er den samme radikalkæde, som får fedt til at harskne, og derfor tilsættes stabilisatorer, der bremser den.
Hvorfor tilsættes antioxidanter til plast og gummi?
Termoplast forarbejdes typisk ved omkring 150–320 °C. Under disse forhold foregår der oxidation, og der dannes organiske peroxider og carbonylgrupper. Smelteprocessen rammer hele materialet og skaber hydroperoxider, som senere kan starte nedbrydning. Forløbet følger autoxidation: radikaler dannes, reagerer med ilt og giver nye radikaler, indtil kæden afbrydes.
Følgerne er kædebrud eller tværbinding. Brydes kæderne, falder molekylvægten, og materialet mister styrke. Det er relevant for plasttyper som polyethylen (PE) og polypropylen (PP).
Der bruges flere typer stabilisatorer:
| Type | Hvad de gør | Eksempler på stofgrupper |
|---|---|---|
| Primære antioxidanter | Fanger frie radikaler og afbryder kæden | Hindrede phenoler, fx BHT, og aromatiske aminer. Aminerne er ofte mere effektive, men kan misfarve materialet |
| Sekundære antioxidanter | Nedbryder hydroperoxider til stoffer uden radikaler. Bruges ofte sammen med phenoler | Phosphitter; svovlholdige synergister (thioethere) |
| HALS | Fanger radikaler, der dannes ved foto-oxidation | Hindrede aminer |
| UV-absorbere | Optager UV-lys og omdanner det til varme | |
| Antiozonanter | Modvirker ozonangreb i gummi | p-phenylendiaminer, voks |
Mekanismen for de primære antioxidanter er den samme som i maden: stoffet afgiver et hydrogenatom til et peroxyradikal, så radikalet bliver til et hydroperoxid, og kæden stopper. Se sådan virker en antioxidant kemisk og frie radikaler.
Hvad sker der, når plast ældes i sollys?
Foto-oxidation er UV-lys og ilt i kombination, og det er den vigtigste faktor, når plast forvitrer udendørs. Mange polymerer optager ikke selv UV-lys. Det gør derimod urenheder og grupper, der er dannet under forarbejdningen, fx hydroperoxider og carbonylgrupper. De virker som startere for radikalkæder.
Kædebruddene gør polymeren stadig mere skør. Plasten revner og kan til sidst falde i stumper. Det er forklaringen på, at plast, der står udendørs, med tiden bliver skørt.
Lysstabilisatorerne arbejder på to måder. UV-absorbere optager lyset og omdanner det til varme. HALS (hindered amine light stabilizers) fanger de radikaler, der opstår ved foto-oxidationen.
Ozonrevner i gummi
Gummityper med dobbeltbindinger i kæden, fx naturgummi, polybutadien, styren-butadien-gummi og nitrilgummi, er særligt udsatte for oxidation og for ozon. Ozon spalter dobbeltbindingerne (ozonolyse) og brækker polymerkæderne. Resultatet er revner. De dannes på tværs af den retning, materialet er strakt i, så en bøjet slange får revner rundt om omkredsen. Dæk er udsatte, fordi de både indeholder mange umættede grupper og udsættes for forurening og mekanisk belastning. I forurenede områder kan ozon i luften nær jorden fremskynde nedbrydningen.
Antiozonanter modvirker det. De to hovedmetoder er:
- p-phenylendiaminer, den mest anvendte gruppe til elastomerer.
- Voks (fx paraffin), som danner et lag på overfladen og holder ozonen væk fra gummiet.
Hvorfor indeholder brændstof og smøreolie antioxidanter?
Antioxidanter tilsættes som stabilisatorer i brændstoffer og som additiver i smøreolier for at forlænge levetiden. Pointen er at forhindre oxidation og polymerisering, der ellers danner aflejringer.
- Benzin. Substituerede phenoler og derivater af phenylendiamin bruges til at hæmme dannelsen af klistrede aflejringer under opbevaring.
- Jetbrændstof, turbineolier og transformerolier. Antioxidanter af phenol- og phenylendiamintyper bruges også her.
- Biodiesel. TBHQ er blandt de stoffer, der anvendes som antioxidant i biodiesel.
- Hydrauliske væsker og gearolie. BHT bruges bl.a. i hydraulikvæsker, turbine- og gearolier.
BHT og TBHQ i både fødevarer og materialer
Nogle stoffer bruges på tværs af områder, fordi de modvirker den samme kemiske kædereaktion.
- BHT (butylhydroxytoluen) har E-nummeret E321 i fødevarer, hvor det bruges som antioxidant. Uden for fødevarer bruges det i gummi, plast, brændstof og smøreolie. Det bruges også til at hindre peroxiddannelse i opløsningsmidler som ethere og som polymerisationshæmmer i visse monomerer. BHT afgiver et hydrogenatom til peroxyradikaler, og det dannede phenoxyradikal er stabilt, fordi elektronen er delokaliseret, og fordi de store tert-butylgrupper skærmer det.
- TBHQ har E-nummeret E319 i fødevarer. Det anvendes også i biodiesel og som stabilisator for organiske peroxider.
Hvor et stof må bruges, afhænger af reglerne for det konkrete område. For fødevarer er det en positivliste med betingelser; se E-numre. Samme kemi ligger bag harskning i fødevarer.
Læs videre
Spørgsmål og svar
- Hvorfor tilsættes antioxidanter til plast og gummi?
- Polymerer nedbrydes ved autoxidation, både når plasten smeltes under fremstilling, og når den ældes i brug. Antioxidanter bremser radikalkæden, så materialet bevarer sin styrke og elasticitet længere.
- Hvad sker der, når plast ældes i sollys?
- UV-lys og ilt sætter foto-oxidation i gang. Polymerkæderne brydes, molekylvægten falder, og materialet bliver skørt, revner og kan til sidst falde i stumper. UV-absorbere og HALS bruges til at bremse forløbet.
- Hvorfor indeholder brændstof og smøreolie antioxidanter?
- Fordi de oxiderer ved opbevaring og under varme. Oxidationen kan give klistrede aflejringer. Antioxidanter, fx substituerede phenoler og phenylendiaminer, forlænger brændstoffets og oliens levetid.