Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с пластификаторов )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пластификатор ( Великобритания : пластификатор ) представляет собой вещество, которое добавляют к материалу , чтобы сделать его более мягким и гибким, чтобы увеличить пластичность , чтобы уменьшить его вязкость , или для уменьшения трения во время его обработки в производстве.

Пластификаторы обычно добавляются к полимерам, таким как пластмассы и резина , либо для облегчения работы с сырьем во время производства, либо для удовлетворения требований применения конечного продукта. Например, пластификаторы обычно добавляют в поливинилхлорид (ПВХ), который в остальном твердый и хрупкий, чтобы сделать его мягким и податливым; что делает его подходящим для таких продуктов, как виниловые полы , одежда , сумки, шланги и покрытия для электрических проводов .

Пластификаторы также часто добавляют в составы бетона, чтобы сделать их более удобными и текучими для заливки, что позволяет снизить содержание воды. Точно так же их часто добавляют в глины , штукатурку , твердое ракетное топливо и другие пасты перед формованием и формованием. Для этих целей пластификаторы в значительной степени совпадают с диспергаторами .

Для полимеров [ править ]

Пластификаторы для полимеров - это жидкости с низкой летучестью или твердые вещества. По данным за 2017 год, общий мировой рынок пластификаторов составил 7,5 млн метрических тонн.

Использование пластификаторов в Европе и в мире по типам 2017

В Северной Америке объем в 2017 году составил ~ 1,01 миллиона метрических тонн, а в Европе - 1,35 миллиона метрических тонн, разделенных между различными конечными применениями с тенденцией к переходу химического типа на ортофталаты с более высокой молекулярной массой (HMW) и альтернативные типы после нормативных требований в отношении ортофталатов с более низкой молекулярной массой (НММ).

Использование пластификатора в Европе, 2017 г.
Тенденции развития рынка пластификаторов в Европе, 2017 г.

Почти 90% полимерных пластификаторов, чаще всего фталатных эфиров , используются в ПВХ , что придает этому материалу повышенную гибкость и долговечность. [1] Большинство из них используется в пленках и кабелях. [2]

Механизм действия [ править ]

Было принято считать , что пластификаторы работают путем встраивания себя между цепями полимеров , интервалы между ними друг от друга (увеличивая «свободный объем»), [3] [4] или отек их и , таким образом , значительно снижая стеклования температуру для пластмасс и решений он более мягкий; однако позже было показано, что объяснение свободного объема не может объяснить все эффекты пластификации. [5] Классическая картина подвижности полимерной цепи более сложна в присутствии пластификатора, чем та, которую нарисовали Fox & Flory.для простой полимерной цепи. Молекулы пластификатора контролируют подвижность цепи, и полимерная цепь не показывает увеличения свободного объема вокруг концов полимера; в случае, когда пластификатор / вода создает водородные связи с гидрофильными частями полимера, связанный свободный объем может быть уменьшен. [6] Для пластмасс, таких как ПВХ, чем больше добавлено пластификатора, тем ниже будет их температура гибкости в холодном состоянии. Пластиковые изделия, содержащие пластификаторы, могут проявлять повышенную гибкость и долговечность. Пластификаторы могут стать доступными для воздействия из-за миграции и истирания пластика, поскольку они не связаны с полимерной матрицей. « Запах новой машины » часто связывают с пластификаторами или продуктами их разложения. [7]Однако многочисленные исследования состава запаха не обнаружили фталатов в заметных количествах, вероятно, из-за их чрезвычайно низкой летучести и давления пара. [8]

Влияние пластификаторов на модуль упругости зависит как от температуры, так и от концентрации пластификатора. Ниже определенной концентрации, называемой переходной концентрацией, пластификатор может увеличить модуль упругости материала. Однако температура стеклования материала будет снижаться при всех концентрациях. Помимо концентрации кроссовера существует температура кроссовера. Ниже температуры перехода пластификатор также увеличивает модуль упругости.

Миграция пластификаторов из пластмассы-основы приводит к потере гибкости, охрупчиванию и растрескиванию. Этот пластиковый шнур лампы десятилетней давности крошится при сгибании из-за потери пластификатора.

Выбор [ править ]

За последние 60 лет более 30 000 различных веществ были оценены на предмет их пригодности в качестве полимерных пластификаторов. Из них лишь небольшое количество - примерно 50 - сегодня используются в коммерческих целях. [9]

Пластификаторы на основе сложных эфиров выбираются на основе оценки эффективности затрат. Разработчик резиновой смеси должен оценить пластификаторы на основе сложных эфиров на совместимость, технологичность, стойкость и другие эксплуатационные свойства. Широкий спектр производимых сложных эфиров включает себацаты , адипаты , терефталаты , дибензоаты , глютераты , фталаты , азелаты и другие специальные смеси. Эта широкая линейка продуктов обеспечивает ряд преимуществ в производительности, необходимых для многих эластомеров.такие области применения, как изделия из труб и шлангов, напольные покрытия, настенные покрытия, уплотнения и прокладки, ремни, провода и кабели, а также ролики для печати. Сложные эфиры с низкой и высокой полярностью используются в широком диапазоне эластомеров, включая нитрил , полихлоропрен , EPDM , хлорированный полиэтилен и эпихлоргидрин . Взаимодействие пластификатора и эластомера регулируется многими факторами, такими как параметр растворимости , молекулярная масса и химическая структура. Совместимость и рабочие характеристики являются ключевыми факторами при разработке рецептуры резины для конкретного применения. [10]

Пластификаторы, используемые в ПВХ и других пластмассах, часто основаны на сложных эфирах поликарбоновых кислот с линейными или разветвленными алифатическими спиртами с умеренной длиной цепи. Эти соединения выбираются на основе многих критериев, включая низкую токсичность, совместимость с материалом-хозяином, нелетучесть и дороговизну. Сложные эфиры фталевой кислоты алкиловых спиртов с прямой и разветвленной цепью соответствуют этим требованиям и являются обычными пластификаторами. Сложные ортофталатные эфиры традиционно были наиболее доминирующими пластификаторами, но проблемы регулирования привели к переходу от классифицированных веществ к неклассифицированным, что включает высокомолекулярные ортофталаты и другие пластификаторы, особенно в Европе.

Антипластификаторы [ править ]

Антипластификаторы - это полимерные добавки, действие которых противоположно действию пластификаторов. Они увеличивают модуль упругости при понижении температуры стеклования.

Бис (2-этилгексил) фталат является обычным пластификатором.

Безопасность и токсичность [ править ]

Были выражены серьезные опасения по поводу безопасности некоторых полимерных пластификаторов, особенно потому, что некоторые орто-фталаты с низким молекулярным весом были классифицированы как потенциальные эндокринные разрушители с некоторыми сообщениями о токсичности для развития. [11]

Обычные полимерные пластификаторы [ править ]

Орто фталаты [ править ]

  • Фталат основанных пластификаторы используются в тех ситуациях , когда требуется хорошая стойкость к воздействию воды и маслу. Некоторые распространенные фталатные пластификаторы:
  • Ортофталаты с низкой молекулярной массой
    • Диизобутилфталат (ДИБФ)
    • Ди-н-бутилфталат (DBP), используемый для целлюлозных пластиков, пищевых оберток, клеев, парфюмерии и косметики - его содержится около трети лаков для ногтей , блесков, эмалей и отвердителей, а также некоторых шампуней , солнцезащитных кремов и смягчающих средств для кожи. , и репелленты от насекомых
    • Бутилбензилфталат (BBzP) находится в виниловых плитках, дорожные конуса, пищевые конвейерных ленты , искусственной коже и пенопластах
    • Бис (2-этилгексил) фталат (DEHP), также широко известный как диоктилфталат (DOP), исторически использовался в материалах для полов, медицинских устройствах, бесчисленных потребительских товарах и взрывчатых веществах , таких как Semtex . ДЭГФ был наиболее распространенным пластификатором на протяжении десятилетий и до сих пор удерживает этот титул во всем мире, даже несмотря на то, что сейчас он в значительной степени заменен фталатами с более высокой молекулярной массой и альтернативами в США и Европе.
  • Ортофталаты с высокой молекулярной массой
    • Диизононилфталат (ДИНФ), используемый в материалах для полов, содержится в садовых шлангах, обуви, игрушках и строительных материалах.
    • Бис (2-пропилгептил) фталат (DPHP), используемый в кабелях, проводах и кровельных материалах
    • Диизодецилфталат (ДИДФ), используемый для изоляции проводов и кабелей, грунтовки автомобилей, обуви, ковров, подкладок для бассейнов.
    • Диизоундецилфталат (ДИУП), используемый для изоляции проводов и кабелей, грунтовки автомобилей, обуви, ковров, подкладок для бассейнов. Хорошие характеристики при высоких температурах и атмосферных воздействиях на открытом воздухе
    • Дитридецилфталат (DTDP) - фталатный пластификатор с самой высокой молекулярной массой, обеспечивающий более высокие характеристики при высоких температурах. Это предпочтительный пластификатор для автомобильных кабелей и проводов.

Тримеллитаты [ править ]

  • Тримеллитаты используются в салонах автомобилей и других областях, где требуется устойчивость к высоким температурам. У них крайне низкая волатильность.
    • Три- (2-этилгексил) тримеллитат (TEHTM) (TOTM)
    • Три- (изононил) тримеллитат (TINTM)
    • Три- (изодецил) тримеллитат (TIDTM)
    • Три- (изотридецил) тримеллитат (TITDTM)

Адипатес, себацат [ править ]

  • Пластификаторы на основе адипата используются для низких температур или устойчивости к ультрафиолетовому излучению. Пример:
    • Бис (2-этилгексил) адипат (ДЭГА)
  • Пластификаторы на основе себацата обеспечивают отличную совместимость с рядом пластиковых материалов и синтетических каучуков (особенно нитрильного каучука и неопрена), превосходные свойства при низких температурах и хорошую маслостойкость. Вот несколько примеров:
    • Дибутилсебацинат (DBS)
    • Ди- (2-этилгексил) себацинат , диоктилсебацинат (DOS)

На основе биологии [ править ]

Разрабатываются пластификаторы с лучшей способностью к биологическому разложению и предположительно более низкой токсичностью для окружающей среды. Вот некоторые из таких пластификаторов:

  • Триацетат глицерина (триацетин) можно использовать в качестве пищевых добавок.
  • Алкильные цитраты , используемые в пищевой таре, изделия медицинского назначения, косметики, и детские игрушки
    • Триэтилцитрат (TEC)
    • Ацетилтриэтилцитрат (ATEC), более высокая температура кипения и более низкая летучесть, чем у TEC
    • Трибутилцитрат (ТБЦ) совместим с гомополимерами и сополимерами ПВХ и винилацетата.
    • Ацетилтрибутилцитрат (ATBC), совместимый с сополимерами ПВХ и винилхлорида.
    • Три- (2-этилгексил) цитрат (TOC), также используется для десен и лекарств с контролируемым высвобождением
    • Ацетил триоктил цитрат (КТВА), также используется для печати чернила
    • Тригексилцитрат (THC), совместимый с ПВХ, также используется для лекарств с контролируемым высвобождением.
    • Ацетил тригексилцитрат (ATHC), совместим с ПВХ
    • Бутирилтригексилцитрат (BTHC, тригексил- о- бутирилцитрат), совместимый с ПВХ
  • Пластификаторы на основе растительных масел
    • Эпоксидированное соевое масло (ESBO или ESO) используется в качестве вторичного пластификатора и термостабилизатора в ПВХ.
    • Эпоксидированное линолевое масло (ELO) аналогично применению ESO

Другие пластификаторы [ править ]

  • Азелаты
  • Дибензоаты, используемые в виниловых полах , клеях и герметиках
  • Терефталаты, такие как бис (2- этилгексилтерефталат (DEHT) (торговая марка Eastman Chemical Company: Eastman 168). Дибутилтерефталат (DBT) (торговая марка Eastman Chemical: Eastman Effusion))
  • Диизонониловый эфир 1,2-циклогександикарбоновой кислоты (торговая марка BASF: Hexamoll DINCH)
  • Фениловый эфир алкилсульфоновой кислоты (ASE). Торговая марка Lanxess Chemical: Mesamoll)
  • Органофосфаты придают внутреннее огнезащитное свойство
    • [[Трикрезил (метилфенил) фосфат (TCP)
    • [[2-этилгексилдифенилфосфат
  • Гликоли и полиэфиры
    • Триэтиленгликоль ди-2-гексаноат (торговая марка Eastman Chemical: Eastman TEG-EH)
  • Полимерные пластификаторы
  • Примечание: бисфенол А или BPA не является пластификатором, несмотря на то, что говорят популярные СМИ. BPA - это мономер, а иногда и другая добавка для пластмасс, но он не является пластификатором согласно любому научному определению.

Пластификаторы для неорганических материалов [ править ]

Бетон [ править ]

В технологии производства бетона пластификаторы и суперпластификаторы также называют высокодисперсными водоредукторами. При добавлении в бетонные смеси они придают ряд свойств, в том числе улучшают удобоукладываемость и прочность. Прочность бетона обратно пропорциональна количеству добавленной воды, то есть водоцементному (в / ц) соотношению. Чтобы получить более прочный бетон, добавляется меньше воды (без «истощения» смеси), что делает бетонную смесь менее работоспособной и трудной для перемешивания, что требует использования пластификаторов, водоредукторов, суперпластификаторов, флюидизаторов или диспергаторов. [12]

Пластификаторы также часто используются при добавлении пуццолановой золы в бетон для повышения прочности. Этот метод дозирования смеси особенно популярен при производстве высокопрочного бетона и фибробетона.

Обычно достаточно добавления 1-2% пластификатора на единицу веса цемента. Добавление чрезмерного количества пластификатора приведет к чрезмерной сегрегации бетона и не рекомендуется. В зависимости от конкретного используемого химического вещества использование слишком большого количества пластификатора может привести к замедляющему эффекту.

Пластификаторы обычно производятся из лигносульфонатов , побочного продукта бумажной промышленности . Суперпластификаторы обычно производятся из конденсата сульфированного нафталина или сульфированного меламиноформальдегида , хотя сейчас доступны более новые продукты на основе эфиров поликарбоновых кислот. Традиционные пластификаторы на основе лигносульфонатов, суперпластификаторы на основе нафталина и меламинсульфоната диспергируют флокулированные частицы цемента за счет механизма электростатического отталкивания (см. Коллоид ). В обычных пластификаторах активные вещества адсорбируются.на частицы цемента, придавая им отрицательный заряд, что приводит к отталкиванию между частицами. Суперпластификаторы на основе лигнина , нафталина и сульфоната меламина являются органическими полимерами. Длинные молекулы обвиваются вокруг частиц цемента, придавая им крайне отрицательный заряд, поэтому они отталкиваются друг от друга.

Поликарбоксилатный эфир суперпластификатор (ОФП) или просто поликарбоксилат (ПК), работает по- разному из-сульфонатных на основе суперпластификаторов, что дает дисперсию цемента на стерической стабилизации. Эта форма дисперсии обладает более сильным действием и обеспечивает улучшенное сохранение удобоукладываемости цементной смеси. [13]

Штукатурка [ править ]

В смеси для штукатурки стеновых панелей можно добавлять пластификаторы для улучшения удобоукладываемости. Чтобы снизить энергозатраты на сушку стеновых плит, добавляется меньше воды, что делает гипсовую смесь очень непригодной для обработки и сложной для смешивания, что требует использования пластификаторов, водоредукторов или диспергаторов. Некоторые исследования также показывают, что слишком много лигносульфонатного диспергатора может привести к замедлению схватывания. Данные показали, что происходили образования аморфных кристаллов, которые нарушали механическое взаимодействие игольчатых кристаллов в ядре, препятствуя образованию более прочного ядра. Сахара, хелатирующие агенты в лигносульфонатах, такие как альдоновые кислоты и экстрактивные соединения, в основном ответственны за замедление схватывания. Эти диспергаторы с низким содержанием воды обычно производятся излигносульфонаты , побочный продукт бумажной промышленности .

Суперпластификаторы высокого диапазона (диспергаторы) обычно производятся из конденсата сульфированного нафталина , хотя простые поликарбоновые эфиры представляют собой более современные альтернативы. Оба этих высокоуровневых восстановителя воды используются в количестве от 1/2 до 1/3 лигносульфонатного типа. [14]

Традиционные пластификаторы на основе лигносульфоната и нафталинсульфоната диспергируют флокулированные частицы гипса за счет механизма электростатического отталкивания (см. Коллоид ). В обычных пластификаторах активные вещества адсорбируются на частицах гипса, придавая им отрицательный заряд, что приводит к отталкиванию между частицами. Пластификаторы на основе лигнина и нафталинсульфоната являются органическими полимерами. Длинные молекулы обвиваются вокруг частиц гипса, придавая им крайне отрицательный заряд, так что они отталкиваются друг от друга. [15]

Энергетические материалы [ править ]

В пиротехнических композициях энергетических материалов , особенно твердого ракетного топлива и бездымных порохов для ружей, часто используются пластификаторы для улучшения физических свойств связующего топлива или всего топлива в целом, для обеспечения вторичного топлива и, в идеале, для повышения удельного выхода энергии (например, удельный импульс , выход энергии на грамм топлива или аналогичные показатели) топлива. Энергетический пластификатор улучшает физические свойства энергетического материала, а также увеличивает его удельный выход энергии. Энергетические пластификаторы обычно предпочтительнее неэнергетических пластификаторов, особенно для твердого ракетного топлива.. Энергичные пластификаторы уменьшают требуемую массу топлива, позволяя ракетному транспортному средству нести больше полезной нагрузки или достигать более высоких скоростей, чем в противном случае. Однако соображения безопасности или стоимости могут потребовать использования неэнергетических пластификаторов даже в ракетном топливе. В твердом ракетном топливе, используемом для заправки твердотопливной ракеты-носителя Space Shuttle, используется HTPB , синтетический каучук , в качестве неэнергетического вторичного топлива.

Пластификаторы для энергетических материалов [ править ]

Вот некоторые энергетические пластификаторы, используемые в ракетном топливе и бездымных порохах :

  • Нитроглицерин (NG, он же «нитро», тринитрат глицерина)
  • Бутантриол тринитрат (BTTN)
  • Динитротолуол (DNT)
  • Тринитрат триметилолетана (TMETN, также известный как тринитрат метриола, METN)
  • Динитрат диэтиленгликоля (ДЭГДН, реже ДЭГН)
  • Триэтиленгликоль динитрата (TEGDN, реже TEGN)
  • Бис (2,2-динитропропил) формальный (BDNPF)
  • Бис (2,2-динитропропил) ацеталь (BDNPA)
  • 2,2,2-тринитроэтил 2-нитроксиэтиловый эфир (TNEN)

Из-за наличия вторичных спиртовых групп NG и BTTN имеют относительно низкую термическую стабильность. TMETN, DEGDN, BDNPF и BDNPA имеют относительно низкие энергии. НГ и ДЭГН имеют относительно высокое давление пара . [16]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дэвид Ф. Кадоган и Кристофер Дж. Ховик «Пластификаторы» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2000, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a20_439
  2. ^ Пластификаторы для исследования рынка, 3-е изд., Ceresana, ноябрь 2013 г.
  3. ^ (1) Maeda, Y .; Пол, DRJ Polym. Sci. Часть B Polym. Phys. 1987, 25, 957–980.
  4. ^ (1) Maeda, Y .; Пол, DRJ Polym. Sci. Часть B Polym. Phys. 1987, 25, 1005–1016.
  5. ^ (1) Casalini, R .; Ngai, KL; Робертсон, CG; Роланд, CMJ Polym. Sci. Часть B Polym. Phys. 2000, 38, 1841–1847.
  6. ^ Capponi, S .; Альварес, Ф .; Рако, Д. (2020), «Свободный объем в растворе полимера ПВМЭ – вода», Макромолекулы , XXX (XXX): XXX – XXX, doi : 10.1021 / acs.macromol.0c00472
  7. ^ Geiss, O .; Tirendi, S .; Barrero-Moreno, J .; Котзиас, Д., «Исследование летучих органических соединений и фталатов, присутствующих в воздухе салона подержанных частных автомобилей», Environment International 2009, 35, 1188-1195. DOI : 10.1016 / j.envint.2009.07.016
  8. ^ Химические и технические новости, 2002, 80 (20), 45; http://pubs.acs.org/cen/whatstuff/stuff/8020stuff.html
  9. ^ Malveda, Michael P (июль 2015). "Отчет по пластификаторам в Справочнике по химической экономике" . Cite journal requires |journal= (help)
  10. ↑ [1] Архивировано 27 марта 2009 года в Wayback Machine.
  11. Перейти ↑ Halden, Rolf U. (2010). «Пластмассы и риски для здоровья» . Ежегодный обзор общественного здравоохранения . 31 : 179–194. DOI : 10.1146 / annurev.publhealth.012809.103714 . PMID 20070188 . 
  12. ^ Ассоциация добавок цемента. «САА» . www.admixtures.org.uk. Архивировано из оригинала на 16 марта 2008 года . Проверено 2 апреля 2008 года .
  13. ^ C&EN: Coverstory - Синтетическая химия переходит в бетон
  14. ↑ [2] Архивировано 24 июля 2011 года в Wayback Machine.
  15. ^ Кирби, Глен Х .; Дженнифер А. Льюис (2002). «Эволюция реологических свойств концентрированных цементно-полиэлектролитных суспензий». Журнал Американского керамического общества . 85 (12): 2989–2994. DOI : 10.1111 / j.1151-2916.2002.tb00568.x .
  16. ^ 2,2,2-тринитроэтил 2-нитроксиэтиловый эфир и способ получения - Патент США 4745208

Внешние ссылки [ править ]

  • Информационный центр пластификаторов
  • Стеклование
  • DIDP , DINP , DBP , BBP , DEHP , отчеты об оценке рисков Европейского химического бюро (ECB).