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常用塑料助剂分析系列——增塑剂

作者:Admin 发布时间: 18/03/20
  聚合物软化、固有的刚性甚至脆性变为具有挠曲性的添加剂叫增塑剂。增塑剂除使聚合物具有所希望的应用特点外,还可通过降低Tg和内部润滑作用来降低加工温度。增塑剂通常为液体使可与其主体聚合物相容,但不能达到完全的溶合。增塑后的聚合物以一种未固化的液体形态适用于涂层、模塑和喷漆,或用作一种聚合物熔体进行压延加工、挤出和模压。
   聚氯乙烯(PVC)特别适于增塑,大约80%的增塑剂用于聚氯乙烯。通过增塑,能使物理性能提高的其他聚合物有纤维素、尼龙、聚乙酸乙烯酯(PVA)、聚氨基甲酸酯和丙烯酸类。
    在这样的一些应用中,增塑剂仅作为一种加工助剂,在常温条件下,不会影响柔性(如纤维素)。  色母料 填充母料 塑料袋 编织袋 缠绕膜
理论
    PVC是典型的主体聚合物,为半结晶结构,由被相对无定形区域包围的晶体构成。
这些无定形区域被相邻氯原子和氢原子之间的强极性引力紧紧地束缚。在一定“机会”(掺混)和动力(热和剪切)下,增塑剂可进入刚性乙烯基的非晶区域共破坏分子间引力。当有足够量的增塑剂进入母体中时,就发生了一个全面的应力松驰,使聚合物链具有部分流动性。
    具有这种能力的化学物质具有一些共性。它们具有较强的极性官能性(如芳香、酯基团等),可与极性聚合物(如芳香、酯基团等)相容;它们还具有内部润滑(烃)的非极性官能性,增塑用化学物质中的极性部分在聚合物分子链间具有引力。  色母料 填充母料 塑料袋 编织袋 缠绕膜
    一旦这种引力占了上风,就可认为这种增塑剂在极性引力“点”处“固定”到了聚合物上。
    非极性部分即烃的部分,可被认为是聚合物分子链间一种无吸引力的“缓冲带”或润滑剂。
    这种起增塑作用的分子处于一种动态平衡,可被另一个增塑剂分子所置换,其频率取决于相对分子质量、聚合物间相互作用能量、温度及塑料表面的环境等。          
增塑剂类型
    在塑料中,主增塑剂可用作单一的增塑成分,常用的为有机酯类。主增塑剂必须高效(单位重量增塑剂使塑料增加柔性的能力)、稳定。
    增塑剂存在~较窄的有效的化学范围,这一点有一定程度上可用溶解度参数来表示。  色母料 填充母料 塑料袋 编织袋 缠绕膜
    低毒性、保持浅色、耐降解和低成本也是重要的。单体的二酯或三酯可基本满足要求(通常单酯分子量较低,在加工中易挥发,对塑料的增塑作用是暂时的)。
    至于阻燃性,可用磷酸酯;对于尼龙,需用磺酰胺和其他极性很强的化合物。二元酸的酯(或其酐)及一元醇在本体增塑剂中占有主导地位。
    以邻苯二甲酸二(2-乙基己酯)(DOP或DEHP)为首的邻苯二甲酸酯-苯二甲酸酯是单体增塑剂的最优秀的一类。
    上述增塑剂的优良相容性、效率。适用性和低成本是其他任何类型的增塑剂所不能比拟的,为用户提供了较宽范围的加工条件和使用性能。这类增塑剂分子中醇部分的不同,可使增塑剂具有不同的性能。
    支链结构(2-乙基己基,异癸基)有利于被迅速吸收和熔化;低挥发度的线性结构(C7~C11,C6~C10)具有低温韧性和低挥发度;芳族结构(苯甲基)具有溶剂化作用。分子的大小可从甲基变化到十三烷基,以控制增塑剂的性能。相容性和效率。
这种化学结构的变体有对苯二甲酸酯(1,4-苯二甲酸酯)和偏苯三酸酯(1,2,4-苯三甲酸酯)。对苯二甲酸酯因其耐迁移性而著名;偏苯三酸酯因具有比其他单体增塑剂较低的挥发度而著名。这两种化合物的增塑性能超过了邻苯二甲酸酯类。  色母料 填充母料 塑料袋 编织袋 缠绕膜
 整个脂肪族系统都可用作增塑剂,通常为己二酸系列。一般己二酸酯是挥发性的和可抽出,但与邻苯二甲酸酯相比,可提供更优良的低温韧性。
当醇的母体改变后,可得到类似于邻苯二甲酸酯的性能。有时用癸二酸酯、壬二酸酯、马来酸酯及其他一些酯类来替代已二酸酯。
 双酯类也由二元醇和一元酸,特别是苯甲酸制得。苯甲酸酯比其他单体增塑剂效率低,但它具有优异的耐有机溶剂抽出性。
 当苯甲酸酯用于纤维、壁纸、地面涂层的配方中时,因其耐着色性而更为有价值。从多分支的多羟基化合物衍生而来的苯甲酸酯具有优良的耐着色性能。
 高相对分子质量增塑剂是高效专用增塑剂。由于其与单体酯类的化学类似性,它们具有同样的性能和持久性。
 通过聚合,相对分子质量增大而效率、熔融性或相容性没有大的损失。通过平衡二元醇、二元酸和单功能端基可得到更加精确的性能。高相对分子质量增塑剂的好处在于,可改进耐抽出、耐迁移、耐挥发、耐候及低气味等方面的性能。聚酯聚合物的使用延长了柔性制品的寿命,并扩大了产品对环境的适用范围。 在这一类高分子型增塑剂中,反复讨论了分支与线性、芳族与脂肪族、一元酸酯与二醇酯的比较及不同的分子量等问题。线性度提供低温韧性、芳香度增加相容性和熔融性能,适当的分子量可增加材料的稳定性。
    助增塑剂是一类可提供柔性但自身并不符合基本增塑剂要求的添加剂。加入石油衍生物可降低成本。这些石油衍生物通常由脂肪烃、芳香烃或氯代烃类组成。
    含有酯类功能团的配方的其它成分是共增塑剂。主要的例子有环氧化油和酯类,除起补充增塑作用外,还可增加热稳定性。
    应注意烃和环氧化物的缺点是相容性和耐久性差。      色母料 填充母料 塑料袋 编织袋 缠绕膜                                                                   
加工和应用
    增塑剂的掺混需要液相处理和一定的容器。单体和低相对分子质量聚合型增塑剂适于在宽温度范围下的循环、泵送和喷雾操作。
    中至高相对分子质量的聚合物型增塑剂需要在一定条件下加热。 色母料 填充母料 塑料袋 编织袋 缠绕膜
    增塑溶胶(仅是增塑剂的载体)和有机溶胶(包括挥发性溶剂)是无孔隙乳化级PVC的液体悬浮液,可以倾倒或泵压到模具中生产固体或厚壁部件,如玩具娃娃、球类甚至交通安全锥形物等。
    这类溶胶可用作填缝剂和密封胶,以喷涂的方式应用;或以浸徐的方式在无规则形状的物体外表得到不同厚度的涂层,例如用于工具把手和防护手套等。
    对薄的工件甚至是膜状工件可以展涂、辊涂或加到织物、脱模纸和聚合基村上。这样制得的薄膜可用于家具用织物、工业服装和时装、胶带、装饰印花釉及用于乙烯基地板和墙壁装饰材料。
    根据热激发增塑机理,最终形成一坚韧、固化的薄膜。塑料溶胶的作用取决于其内部的低粘度增塑剂,而有机溶胶,可容纳较高分子量聚合增塑剂。
    对聚合物熔体加工时,配料可在双辊机上或密炼机里进行。在这种熔融状态下,混配物可被直接加工或挤压和造粒。
    然而,最好的配方是干混合(一般在低增塑剂用量下),产生可在低温下处理和输送的粉体,减少了混配物热解降的危险性。
    悬浮聚合或本体聚合的PVC,原本是多孔疏松的,使用它有助于增塑剂的吸收。由此制备的乙烯基掺混物适于许多成型操作。透明薄膜可被吹制成食品用包装物。
    具有工程要求厚度的压延膜和片材可用于池、槽衬里或书的装订、遮阳板、手袋、购物袋、高尔夫球袋、行李箱包、胶鞋、医院用床罩、血液及营养食物袋、浴室隔帘等方面。
    管型、片材和型材的挤压产品有园艺胶管、医用胶管、单层一多层顶板材料、汽车脚垫、仪器垫片、绝缘线和盖类模压件等。
    涂料是增塑剂使用的一种特殊领域。增塑剂被配成可以是固体或液体。热塑性或热固性树脂的溶液或胶乳乳液。PVC、PVA、丙烯酸酯及聚氨酯橡胶等被增塑后,可防止其涂层薄膜发生脆裂。
商业信息
根据美国国际贸易委员会(United States International Trade Commission)统计,目前,
在美国有5个大吨位增塑剂生产商及大约28个专用型号增塑剂的生产厂商。
    在邻苯二甲酸酯类增塑剂中,DOP已失去一些市场份额,原因是有3家主要的生产商(Union Carbide、 Allied-signal和W.R.Grace)退出增塑剂业务,DOP用户转向使用其它通用类型的增塑剂,如DINP或线性邻苯二甲酸酯类。色母料 填充母料 塑料袋 编织袋 缠绕膜
    在线性增塑剂的主要生产商Monsanto公司退出市场以前,线性增塑剂一直被认为是一种通用类型增塑剂。现在,线性增塑剂颇受重视,并通常仅用于需要由其赋与一些特殊性质(低挥发度和优异的低温韧性)的场合。 美国DOP的生产维持在2.5—3亿磅的水平。这进一步表明,其生产正从有争议的NCI报告的反面作用中得到恢复。
    1980年,NCI试验结论被公布于众,这些试验表明,在受试动物的整个生命期内,当加入大剂量药剂时,从统计结果看,DOP对在老鼠的肝部肿瘤的影响显著增长。
然而,工业界已意识到,在试验研究中所使用的药剂量标准太高(在受试动物的某一部位标准重量增加的数值还未得到)。另外,DOP在灵长目动物和啮齿动物身上的代谢结果差异很大。                                                                   
    到目前为止,尽管美国各个州将DOP计入废物处理和处置的法规,但尚未有限制DOP生产或使用的行动。同时,各联邦政府和州的法规要求DOP容器上要求专门的标志。
    由于软质聚氯乙烯工业不断地提高其产品质量以满足市场需求,因此,聚合物型增塑剂的使用量正在增加。  色母料 填充母料 塑料袋 编织袋 缠绕膜
    由于消费者注重产品质量,并摒弃性能不好的产品(即使这些产品的价格极具竞争力),生产商已发现有效的方法以改进产品成本与性能之间关系。
    在这些情况下,尽管专用型增塑剂的成本较高,人们仍期望专用型增塑剂不断取代通用型号。
工程案例
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