在氧化开始阶段，随着温度的升高会加剧热降解反应，PC 材料的氧化降解反应是一个自催化过程，聚合物中的羰基和羟基可能会影响相邻的化学键，使其分裂成自由基、这些自由基又可与氧反应生成新的自由基，如此周而复始，反复循环，氧化反应按照自由基链的路线一直进行，随着过氧化物等含氧基团的形成，聚合物链上的大分子链就会发生断裂。随着过氧化物和其他含氧基团在聚合物链上的形成，会发生聚合物链的断裂，在链终止阶段，自由基的结合会引起聚合物的交联，不管是断链还是交联都会引起材料力学性能的不可逆变化，各种羰基化合物的形成和积累会引起材料的变色，影响其外观。
因此，可以通过添加适当的抗氧化剂来防止或减轻热降解引起的 PC 变色，从而提高 PC 的热稳定性。在这种情况下，过氧化物分解剂减少了需要由链终止抗氧化剂终结的活性自由基的数量；而链终止抗氧化剂也同样减轻了过氧化物分解剂的负担。受阻酚类抗氧化剂中含有的-OH 与聚合物竞争在自动氧化过程中形成的过氧自由基，通过氢原子的转移，形成稳定的抗氧化自由基，而这种自由基又具有捕捉活性自由基和抑制聚合物氧化过程的能力。因此，通过添加抗氧化剂，可以提高 PC 的热稳定性，从而改善 PC 产品的色泽。
不同抗氧化剂对产品颜色的影响
在 PC 合成过程中可以添加抗氧化剂，以减轻或防止发生氧化降解副反应，从而保持 PC 产品的外观颜色。表 3-1 列出了抗氧化剂对 PC 合成过程中产品颜色的影响。从表 3-1 可以看出，在不添加任何抗氧化剂的情况下，生产出的 PC 产品的黄色指数和溶液色差都很高。当添加主抗氧化剂 1076、1010、2246、BHT，辅助抗氧化剂 168、DLTP、DSTP 后，可明显降低 PC 产品的黄色指数和溶液色差，其中抗氧化剂 168、BHT 还能提高产品的透明度，抗氧化剂 1076、1010、2246 对透明度基本没有影响，抗氧剂 DLTP、DSTP 稍微降低了产品的透明度，而添加辅助抗氧剂 300 效果不好，增加了 PC 产品的黄色指数和溶液色差，也降低了产品的透明度。在上述抗氧剂中，只有 1076 和 2246 对产品的粘度平均分子量有明显的影响，其他抗氧剂的添加对产品的粘度平均分子量影响较小。比较产品的黄色指数、透明度、溶液色差和 MOA，主、辅抗氧化剂的影响顺序依次为 168＞BHT＞2246＞DSTP＞1076＞DLTP＞1010＞300。
抗氧剂DSTP与1076、DSTP与1010、168与1076、168与2246的复配效果较好，能不同程度地降低产品的黄色指数和溶液色差，提高其透明度；抗氧化剂 300 与 1010、168 与 1010 复配的效果不是很明显，虽然能在一定程度上降低产品的黄色指数和溶液色差，但 抗氧化剂 300 与 1010、168 与 1010 复配的效果不是很明显，虽然能在一定程度上降低产品的黄色指数和溶液色差，但降低了产品的透明度；而抗氧化剂 DLTP 与 1010、168 与 BHT 复配的效果不好，增加了产品的黄色指数和溶液色差，降低了产品的透明度。其中，只有抗氧剂 DSTP 与 1076、DSTP 与 1010 复配添加，对产品的粘度平均分子量影响较大，其他抗氧剂复配添加，对产品的粘度平均分子量影响较小。比较产品的黄色指数、透明度、溶液色差和粘度平均分子量，主、辅抗氧剂复配添加后的效果优劣顺序为
168+2246＞DSTP+1010＞DSTP+1076＞168+1076＞168+1010＞300+1010＞DLTP+1010＞168+BHT.
上述主要抗氧化剂属于受阻酚类抗氧化剂，其作用是捕获自由基[见式（3-1）、式（3-2）]，生成稳定的非自由基 ROO-O-Ar，使其不再参与氧化循环。抗氧化作用的关键在于其所含的反应性羟基，羟基与自由基的反应性受其相邻 R 基团的空间位阻和相反 R 基团的电子效应的影响。R 基团越大，位阻越大，反应性越小、甲基、叔丁基）时，会加速羟基上氢原子和氧原子的分离，从而提高羟基与自由基 kinh 反应的速率常数，降低酚自由基的亲电子取代基常数，即增加自由基俘获数 n，从而提高抗氧化活性；当 R 基为夺电子基团（如硝基或羟基）时，会降低酚类抗氧化剂的抗氧化活性。上述酚类抗氧化剂中以 BHT 的效果最好，这是因为其分子结构中相邻的 R 基是叔丁基，其空间位阻小，R 基又是电子奉献基甲基，都增加了其抗氧化活性。
在 PC 氧化自由基链式反应过程中，氢过氧化物的生成和积累是 PC 材料降解的最关键步骤，当生成一定浓度的氢过氧化物时，自由基支链的自氧化反迅速推进。因此，有必要在 PC 合成过程中添加辅助抗氧化剂来分解氢过氧化物。亚磷酸酯抗氧化剂 168、硫代酯抗氧化剂 DLTP 和 DSTP 是非常有效的氢过氧化物分解剂，可使非常不稳定的大分子氢过氧化物生成稳定的非活性产物，终止链式反应。其中，亚磷酸酯抗氧化剂 168 的效果最好。因为抗氧化剂 168 除了能很好地分解氢过氧化物外，还具有很好的护色能力。抗氧化剂 168 的主要成分是亚磷酸酯，通过 Arbuzov 反应[见式（3-3）、（3-4）]可以捕获反应物体系中残留的有害氯离子，形成稳定的化合物 +CI- ，防止 PC 大分子的初始褪色。
同时，抗氧化剂 168 分子式中的磷原子含有两个孤对电子，是一种很好的螯合剂，能与体系中残留的有害金属离子，如 Fe2+、Mn2+ 等发生反应[见式（3-5）]，形成螯合物，避免非铁金属离子与 PC 分子中的酚羟基发生反应，形成深色化合物。[见式（3-5）]形成螯合物，避免有色金属离子与 PC 分子中的酚羟基反应生成深色化合物，从而保证 PC 的外观颜色，提高产品的透明度。
根据文献记载，主抗氧剂和辅助抗氧剂一起添加到高分子材料中，可以起到很好的抗氧协同作用。在抗氧化过程中，受阻酚类抗氧化剂捕捉 PC 氧化自由基，辅助抗氧化剂分解氢过氧化物，两种抗氧化剂按一定比例复配添加，理论上可以得到性能优于任何单一成分的抗氧化体系。但由于抗氧化剂之间分子结构的差异，以及反应的自身特点，导致主、辅抗氧化剂复配效果的不同。
抗氧化剂用量对 PC 颜色的影响
抗氧化剂可以减缓 PC 合成过程中的热氧化降解反应，提高 PC 的稳定性，降低 PC 的黄变程度。因此，抗氧化剂的用量对 PC 的外观颜色也有一定的影响。不同剂量的抗氧化剂 168 对 PC 颜色的影响见图 3-2。
从图 3-2 可以看出，抗氧剂 168 的用量对 PC 的黄色指数、透明度和溶液色差有非常明显的影响。随着抗氧剂 168 用量的增加，PC 产品的外观质量明显改善，当用量为 0.6wt% 时，PC 产品的外观质量更好，黄色指数仅为 1.3%，透明度达到 99.6%，溶液色差为 0.51%。这表明适量的抗氧化剂 168 能有效防止 PC 产品的高温热氧化降解，降低高温下的副反应程度。当抗氧化剂 168 的用量较小时，抗氧化效果不明显，得到的产品颜色也不好。当抗氧剂 168 的用量超过 0.6 wt% 后，由于抗氧剂 168 的用量过多，其主要成分亚磷酸酯与弱碱性催化剂发生副反应，导致抗氧剂的抗氧效果和催化剂的活性减弱，产品的黄色指数增加，透明度降低，产品外观颜色变差。
抗氧化剂添加过程对 PC 颜色的影响
由于熔融酯交换法制备的 PC 的反应特点和抗氧化剂的不同性质，抗氧化剂的不同添加过程也会对 PC 的外观颜色产生一定的影响。表 3-2 分别列出了在相同添加量下，抗氧化剂 168 的不同添加工艺对 PC 颜色的影响。
从表 3-2 可以看出，在 PC 合成过程中，几种不同的抗氧剂添加工艺对 PC 产品的外观颜色影响较大，均不同程度地降低了 PC 的黄色指数和溶液色差，提高了其透明度，对产品的粘度平均分子量基本没有影响。添加工艺效果从优到差的顺序为：酯交换反应后添加≥缩聚反应中添加≥酯交换反应前添加>缩聚反应后添加。此外，还分别考察了抗氧化剂 BHT 和抗氧化剂 2246 不同添加过程的效果，结果见表 3-3。
从表3-3可以看出，抗氧剂BHT和抗氧剂2246添加工艺效果的优劣顺序分别为：酯交换反应后添加>酯交换反应前添加，与表3-2中抗氧剂168添加工艺效果的优劣顺序一致，说明抗氧剂主要是在缩聚反应阶段起作用，缩聚阶段时反应温度较高，此时添加抗氧剂可以有效防止高温热降解副反应的发生。此时添加抗氧化剂可以有效防止高温热降解副反应的发生，起到良好的抗氧化效果。
抗氧化剂对聚碳酸酯性能的影响
通过对上述抗氧化剂的实验考察，在黄色指数、透明度、溶液色差和特性粘度等性能指标下，得出抗氧化剂 168 的效果最好，图 3-3 和图 3-4 分别是未添加该抗氧化剂和添加了该抗氧化剂的 PC 产品外观图。
对比图 3-3 和图 3-4 可以看出，添加抗氧化剂可以明显改善 PC 产品的外观颜色，但抗氧化剂的添加是否会对 PC 的结构特性产生一定的影响尚不得而知，因此在 PC 中添加 0.6 wt% 的抗氧化剂 168 对产品进行了表征。
4.1 红外线分析
红外光谱可提供有关化学结构单元、端基、添加剂和结晶状态等方面的信息。对未添加抗氧化剂的 PC 和添加了抗氧化剂的 PC 进行了红外表征，如图 3-5 和图 3-6 所示。
从图 3-5 和图 3-6 中样品的红外光谱可以看出，两图的特征峰基本相同。1769cm-1 是种植基（C=O）伸缩振动的特征吸收峰，由于聚碳酸酯的结构使得其（C=O）的双键增强，因此吸收位于羰基通常吸收的高频侧。1219cm-1 和 1158cm-1 具有较强的 C-O 伸展振动峰，因此可以确定样品中含有酯羰基。1503cm-1 具有中等强度的特征吸收峰，是由苯环骨架的伸缩振动引起的，表明样品中含有苯环。2925cm-1、2968cm-1 和 3042cm-1 是苯环上 C-H 键伸缩振动的特征吸收峰。1080cm-1、1014cm-1 和 828cm-1 分别对应于苯环上 C-H 键伸缩振动的特征吸收峰，828cm-1 对应于对位芳香环的指纹峰，这与聚碳酸酯的典型特征光谱基本一致，因此可以确定其主链为含有聚碳酸酯基团和苯环的线性结构，即样品为线性双酚 A 型聚碳酸酯。这也表明，添加抗氧化剂不会导致聚碳酸酯的结构发生任何变化。
4.2 热稳定性
由于 PC 注塑成型的温度相对较高，大于 240℃，但 250℃以上 PC 就开始在氧气中降解。文献报道，添加抗氧化剂可有效提高 PC 的热稳定性。对未添加抗氧化剂和添加了抗氧化剂的 PC 产品进行了热重分析，如图 3-7 和图 3-8 所示。
如图 3-7 和图 3-8 所示，未添加抗氧化剂的 PC 产品的外延起始温度为 401.33°C，而添加了抗氧化剂的 PC 产品的外延起始温度为 417.97°C。PC 的热降解温度提高了 17°C，这表明添加抗氧化剂可以显著提高 PC 产品的热稳定性。
4.3 差示扫描量热分析
玻璃化温度（Tg）是衡量树脂的一个重要指标，通常将低于玻璃化温度的树脂称为硬塑料，而将高于玻璃化温度的树脂称为橡胶。因此，玻璃化转变温度是聚碳酸酯冷却器后期成型和加工的重要参考值。图 3-9 和图 3-10 分别显示了未添加抗氧化剂的 PC 产品和添加了抗氧化剂的 PC 产品的 DSC 曲线。
从图 3-9 和图 3-10 中可以看出，两种情况下 PC 产品的 Tg 均为 142℃，与 PC 标准产品的玻璃化转变温度 149℃相近，说明 PC 中添加抗氧化剂对其玻璃化转变温度基本没有影响。同时在 230℃～270℃范围内，两条曲线上均没有发现明显的熔点转折点，说明聚碳酸酯没有固定的熔点，即无定形形态。
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