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增塑剂调研

增塑剂增塑剂是一种添加到高分子聚合物中用来增加材料塑性,使之易加工,赋予制品柔软性的助剂,在高分子工业领域具有广泛的应用。

增塑剂的作用机理是增塑剂分子插入到聚合物分子链之间,削弱了聚合物分子链间的应力,结果增加了聚合物分子链的移动性、降低了聚合物分子链的结晶度,从而使聚合物的塑性增加。

因此一种物质能不能作为一种增塑剂,一般需满足以下三个条件:1)高沸点,不易挥发,一般应高于200℃。

2)与聚合物有很好的相容性,不易析出。

3)对聚合物主体有一定的溶胀能力。

迄今为止,人们开发了各种不同种类的增塑剂,如果按照化学结构来划分,主要可以分为以下几种:1.苯二甲酸酯类(包括邻苯、对苯、间苯二甲酸酯)。

2.脂肪族二元酸酯类(包括己二酸酯、壬二酸酯、癸二酸酯)。

3.磷酸酯类(包括磷酸脂肪醇酯、磷酸酚酯和含氯磷酸酯)。

4.多元醇酯类(包括甘油三醋酸酯、一缩二乙二醇苯甲酸酯等)。

5.苯多酸酯类(包括偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三己酯、均苯四酸四酯)。

6.柠檬酸酯类[包括柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三乙酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三(2-乙基已)酯等]。

7.聚酯类(包括己二酸丙二醇聚酯、癸二酸丙二醇聚酯、邻苯二甲酸聚酯等)。

8.植物油基类(包括环氧大豆油、环氧亚麻子油、环氧油酸丁酯、氧硬脂酸辛酯、甘油三酸酯等)。

9. 其他增塑剂下面对这些增塑剂一一作出详细说明。

一:苯二甲酸酯类邻苯二甲酸酯类是最常用的工业增塑剂,主要有邻苯二甲酸二辛(DOP),邻苯二甲酸二丁酯(DBP),邻苯二甲酸丁苄酯(BBP),邻苯二甲酸二(2-乙基己酯)(DEHP),邻苯二甲酸正辛酯(DNOP)等,由于这些品种增塑效率高,挥发性低,迁移性小,柔软性和电性能优良,一般广泛用于PVC 树脂,以改进PVC的柔软性,耐寒性和光稳定性,同时也用于各种纤维素树脂、不饱和树脂、环氧树脂、醋酸乙烯树脂和合成橡胶中。

然而,邻苯二甲酯类的长期接触可能对人体造成慢性中毒,尤其是有可能影响人类的内分泌系统和生殖系统,因此,现今欧美各国对添加邻苯二甲酸酯类增塑剂的玩具,食品,日用品,医用品,纺织品等逐渐做出了严格的规定或直接禁用。

对苯二甲酸酯类以对苯二甲酸二( 2-乙基) 己酯( DEHTP) 或对苯二甲酸二异辛酯( DOTP) 为代表。

两者之间,对苯二甲酸二异辛酯( DEHTP) 的性能更为突出,除塑化性能略低外,其它物理性能均优于DEHP。

由于它的分子呈线性对称结构,同时结构中对位又有两个2-乙基己基,所以一方面它保持黏性液体状态,另一方面具有更低的挥发性,耐寒性,电绝缘性。

同时,DEHTP 的毒性很低,安全性高,耐水耐油抽出性强,一直被当作无毒增塑剂使用,主要用在PVC,冰箱、窗户密封条、农用塑料薄膜,医用PVC 制品、儿童玩具等方面。

二:苯多酸酯类苯多酸酯类有偏苯三酸酯、均苯四酸酯等,由于它们与邻苯二甲酸酯的结构上的相似性,因此在部分领域可以取代有毒的邻苯二甲酸酯。

偏苯三酸酯和均苯四酸酯类有较多的可以酯化的羧基,性能上有更多的特性。

因为相对分子质量较大,所以黏度大,挥发性低,耐抽出,耐迁移性良好,与PVC 等高分子材料相容性好。

偏苯三酸酯类主要品种有1,2,4-偏苯三酸三( 2-乙基) 己酯( TOTM) ,1,2,4-偏苯三酸三异辛酯( TIOTM) ,1,2,4-偏苯三酸三异癸酯和1,2,4-偏苯三酸三正癸酯。

TOTM 与分子结构相似的DEHP 相比,分子中多一个羧酸异辛酯,挥发性低,挥发损失仅为DEHP 的1 /10,耐抽出、耐迁移性良好,可用于耐油、耐水、耐热性要求高的PVC 制品,并能改善制品的加工性能。

用偏苯三酸三酯类增塑剂生产的塑料制品,极耐水抽出,利用这一特性可用于生产游泳池内装饰塑料,制成鲜艳色彩的材料,既美观又柔软,且具有耐紫外光的耐老化特性均苯四酸四酯主要品种有:均苯四酸四丁酯、均苯四酸四己酯、均苯四酸四(2一乙基)己酯等。

因为其有四个酯基,较偏苯三酸三酯的相对分子质量更大,所以与PVC树脂的相容性和耐高温性更好,且介质对均苯四酸四(2-乙基)己酯的抽出率比TOTM和DEHP更低,在1%肥皂水中加热24 h,没有抽出损失。

其加工性能、低温性能类似于邻苯二甲酸酯。

对于动物试验的急性毒性低于偏苯三酸三酯,更低于邻苯二甲酸酯,可以作为医用增塑剂,用于导液管、薄膜护套和各种人体器官代用品。

然而,苯多酸多酯类增塑剂受到原料和产品纯度制约,特别是均苯四酸二酐全依赖进口,国内产品尚处于起步阶段,需待原料国产化后才有发展前途。

三:聚酯类脂肪族二元酸酯类增塑剂具有低温性能优良、塑化效率高和黏度性能好的优点,但其相容性、耐油性、电绝缘性能比DEHP差,且价格昂贵,大多数作为助增塑剂。

脂肪族二元酸酯分为饱和脂肪酸二元酸酯和不饱和脂肪酸二元酸酯两类。

前者有丁二酸酯、戊二酸酯、己二酸酯、辛二酸酯、壬二酸酯和癸二酸酯等,主要以己二酸酯、壬二酸酯和癸二酸酯为主,应用最广。

产量最大的是己二酸二(2一乙基)己酯(DOA),其次为癸二酸酯(2一乙基)己酯(DOS)。

不饱和脂肪酸二元酸酯因其分子中含有双键,能与乙烯基单体共聚,作为内增塑剂使用。

己二酸二(2-乙基)己酯[又名己二酸二异辛酯(DOA)],可作为PVC、聚乙烯、聚苯乙烯、硝酸纤维素、乙基纤维素和合成橡胶的耐寒增塑剂。

其增塑效率高,受热变色小,可赋予制品良好的低温柔软性和耐光性;缺点是挥发性较大,耐水性、耐迁移性和电绝缘性较差,价格昂起文贵。

同时DOA属轻低毒化学品。

癸二酸酯(2一乙基)己酯[又名癸二酸二异辛酯(DOS)],可作为聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙基纤维素及合成橡胶的增塑剂,相容性较好。

其优点是耐寒性好,增塑效率高,挥发性低,耐热,耐光,电绝缘性好;缺点是耐水性较差,迁移性较大。

DOS毒性极低,与DOA相似,欧美各国允许用于食品包装袋材料中。

癸二酸二仲辛酯(DCS),作为合成树脂、天然橡胶和合成橡胶的耐寒增塑剂,增塑效率及毒性与DOS相似。

二元酸与二元醇缩聚的聚酯类增塑剂是由饱和二元酸与饱和二元醇通过缩聚反应制取的线性高分子聚合物,平均相对分子质量一般在1000~8000之间,是增塑剂的一类重要品种。

与单分子结构的增塑剂相比,其具有迁移性小、耐高温、不易被水或油相抽出的特点,是一种耐久性增塑剂。

聚酯增塑剂是极性高分子聚合物,与PVC有很好的相容性,其在PVC制品中有突出的抗低温冲击性能,很高的抗撕裂强度和抗抽出能力。

聚酯类增塑剂主要用作汽车内制品、电线电缆和电冰箱等耐低温器材高性能塑料制品。

但是,聚酯增塑剂的增塑效率较差,黏度较大,加工性能不如传统增塑剂产品。

四:植物油基类植物油基类增塑剂是一种非石油生产路线,它是一类高效、无毒和可降解的增塑剂,是增塑剂行业关注的热点,最近这一领域有较大发展。

其可用在对卫生要求较高的与食品接触的高分子材料、玩具和医疗器材中。

植物油基增塑剂的原料为天然油脂(包括大豆油、亚麻油、亚麻仁油、玉米油、棉籽油、菜籽油、花生油、棕榈油和棕榈仁油等),由天然油脂加工为脂肪酸酯,主要组分为十八碳脂肪酸,其它为C8 ~C20脂肪酸。

植物油基增塑剂主要有脂肪酸酯和环氧植物油两大类。

脂肪酸酯是以脂肪酸与醇(甲醇、乙醇、丁醇、辛醇等)在催化剂存在下进行酯化反应而得。

这类增塑剂无毒,用作聚氯乙烯、硝酸纤维素、乙基纤维素、氯丁橡胶等制品的增塑剂,品种有硬脂酸丁酯,硬脂酸辛酯、油酸乙酯、油酸丁酯,可作为PVC耐寒助增塑剂。

油酸辛酯除作为天然和合成橡胶的耐寒增塑剂,还可作为活性染料、酸性染料等其它染料防尘剂和皮革加脂剂。

其它如油酸月桂酯和棕榈酸异辛酯,可作为纺织品润滑剂用。

环氧增塑剂是指分子结构中带有环氧基团的增塑剂。

它不仅对PVC有增塑作用,而且可以使聚氯乙烯链上的活泼氯原子稳定。

环氧基团可以吸收因光和热降解出来的氯化氢,从而阻止PVC的连续分解,起到稳定剂的作用,延长PVC制品的使用寿命。

环氧增塑剂具有优良的耐水性、耐油性,所以环氧类增塑剂在塑料工业中的应用日益广泛。

植物基环氧增塑剂品种有:环氧大豆油、环氧玉米油、环氧棉籽油、环氧葵花籽油、环氧米糠油和环氧菜籽油等,也包括环氧脂肪酸酯,如环氧硬脂酸辛酯、环氧米糠油酸辛酯等。

环氧增塑剂的毒性很小,许多国家允许用于食品及药品包装材料。

五:柠檬酸酯类柠檬酸酯增塑剂作为一种环保型增塑剂已在欧美日工业化生产。

国内也开始少量工业化生产,并进入市场。

柠檬酸酯类增塑剂无毒无味,可以替代邻苯二甲酸酯类增塑剂。

美国、欧洲允许柠檬酸酯类增塑剂类产品作为儿童玩具、卫生用品等与人体密切相关,且要求较高的塑料产品增塑剂。

用作增塑剂的柠檬酸酯,醇的碳原子数为2—16。

对于长碳链,可以是直链,也可以带有支链。

柠檬酸酯的分子结构中含有一个羟基,当醇的碳原子数较少时,其沸点就较低,在塑料加工时挥发损失较大。

为了改进其使用性能,通常将羟基进行酰基化,制成酰基柠檬酸酯。

酰基化柠檬酸酯主要用于要求较高的医用材料的PVC制品。

柠檬酸酯的产品种类较多,常用的有柠檬酸三乙酯(TEC ),柠檬酸三正丁酯(TBC),柠檬酸三正己酯(THC),柠檬酸三(2一乙基)己酯(TOC),乙酰柠檬酸三乙酯(ATEC),乙酰柠檬酸三正丁酯(ATBC),乙酰柠檬酸三正己酯(ATHC),乙酰柠檬酸三(2一乙基)己酯(ATOC)等。

工业化生产的有15种,其中最常用的是TBC和ATBC。

柠檬酸酯都是环境友好型增塑剂,都有很好的生物降解性和对动物的低毒性,与邻苯二甲酸酯类增塑剂相比无生殖毒性,急性毒性也小。

但其传统合成方法采用的催化剂多为浓硫酸,该方法存在酯化效率低、设备腐蚀严重,容易产生副反应和大量的酸性废水,污染环境等缺点,所以,合成新工艺的核心在于寻找一种催化活性高、腐蚀性小、易于分离、可重复使用、成本低的催化剂,也是近年来研究的焦点。

柠檬酸酯和乙酰柠檬酸酯对乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素、氯化橡胶、氯乙烯一乙酸乙烯共聚物、氯乙烯一偏二氯乙烯共聚物、聚乙酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚乳酸、聚氯乙烯、聚氨酯和氯化橡胶等均有良好的相容性。

欧美日等国都已批准TEC、ATEC、ATBC等用作食品包装用塑料制品增塑剂。

ATEC、TBC等增塑剂由于其低挥发性、耐水、耐光,因此用其生产的油漆有良好的增塑和稳定作用。

我国虽然具有丰富的柠檬酸自然资源,也是柠檬酸生产销售大国,为柠檬酸酯的大量生产提供了条件,但柠檬酸酯的生产现状不尽人意。

而在国外,TBC、ATBC等柠檬酸酯产品已是大众化化工产品,国内其用量占增塑剂的总消耗量不及1%。

六:磷酸酯类(阻燃增塑剂)磷系阻燃增塑剂大都为磷酸酯,与PVC等树脂有着良好的相容性和透明性,广泛应用于油漆、聚氨酯泡沫、塑料、室内装潢及纺织品等。

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