增塑剂

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
聚合物分子 增塑剂
增塑前聚合物
增塑后聚合物
③遮蔽作用:非极性增塑剂加到极性聚合物中 增塑时,非极性增塑分子遮蔽了聚合物的极 性基团,使相邻聚合物分子极性基不发生或 很少发生“作用”,从而削弱聚合物分子间 的作用力,达到增塑目的。
增塑前聚合物
增塑后聚合物
事实上,上述3种作用在一种增塑过程中, 可能同时存在。 例如,以邻苯二甲酸二辛酯增塑聚氯乙烯为例:
7 含氯增塑剂 含氯增塑剂主要包括氯化石蜡,氯化多苯, 和含氯脂肪酸酯类。特点:与PVC树脂的相容 性一般较差,一般热稳定性不好,但有良好的 电绝缘性,因此常用在电线,电缆配方中作为 辅助增塑剂。另一方面,因含氯而具有阻燃性。
品种: (1)氯化石蜡:由液体石蜡氯化,故原料易得,价廉。 氯化石蜡性能与氯含量有关,当氯含量低于40%时, 与PVC相容性很差,随着氯含量增加,相容性也相应提 高,当氯含量为50%时,此时与树脂的相容性,塑化效 率和加工性等均好。但氯含量过高时,产品的粘度太大, 结果会严重影响塑化作用,高氯含量的产品(大于 70%),则主要作为阻燃剂使用。 (2)氯烃-50(含氯量50%的氯化石蜡) (3)五氯硬脂酸甲酯(MPCS) 浅黄色液体,有特殊气味,耐油,耐水性及电性能 较好,且具有阻燃性,但稳定性差(可加入环氧增塑剂 加以改善),耐寒性差,一般用于电线及软管制品中。
增塑的目的就是要削弱聚合物分子间的作用力, 可以选用带极性基团的增塑剂,让其极性基团与聚合 物极性基团作用,代替聚合物极性分子间的作用。
三种作用形式(增塑剂的作用机理): ① 隔离作用:当非极性增塑剂加入到非极性聚ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合物中时,非极性增塑剂的主要作用是通过 聚合物---增塑剂间的”溶化剂”作用来增大 分子间的距离,削弱它们之间的作用力。 非极性增塑剂对非极性聚合物的Tg的降 低与增塑剂的用量成正比:ΔTg=B*V(V:增 塑剂的体积分数;B:比例常数)
第三节 增塑剂的主要类别和应用
增塑剂的分类方法很多: (1)按相容性大小:主增塑剂;辅增塑剂 (2)按分子量大小:单体型增塑剂;聚合型增塑剂。 (3)按性能可分为:通用增塑剂,耐寒增塑剂,耐 热增塑剂等。
一般按增塑剂的化学结构分:邻苯二甲酸酯;脂肪 族二元酸酯;磷酸酯;环氧化合物;多元醇酯; 含氯增塑剂;聚合型增塑剂(如聚酯);苯多酸 酯;石油酯;酰胺等。 1. 邻苯二甲酸酯和对苯二甲酸酯
利用反增塑:如将一些富有极性基和环状结构
的化合物(如氯化联苯,硝化联苯)作为聚碳酸酯 的反增塑剂,用以降低其伸长率,提高抗张强 度等。 克服反增塑:方法是对增塑效果差的增塑剂, 不妨加入量大些,而增塑效果好,由于添加量 小,就可变反增塑为正增塑,所以量不必大。 并不是每一种塑料都要增塑,如聚酰胺, PS,PP,PE不需要增塑,而那些强极性热敏 性塑料:如硝酸纤维素(樟脑),醋酸纤维 素,PVC需要增塑。
2 、脂肪族二元酸酯。
O O 通式:R1-O-C-(CH2)n-C-O-R2
R1;R2一般为C4-C11的烷基或环烷基
主要品种:
DOA:己二酸二(二-乙基己酯); DOZ:壬二酸二(二-乙基己酯); DOS:癸二酸二(二-乙基己酯)。
特点:聚氯乙烯的相容性差,耐抽出和耐迁移性也较差,价格较 贵,但它们具有优良的低温性能,通常作为辅助增塑剂,与邻苯二甲 酸酯主增塑剂并用。
4 环氧化合物
环氧增塑剂特点:分子中都含有环氧结构, 除了有增塑作用以外,应用在PVC 中还可改 善制品对热和光的稳定性,它本身具有良好的 耐热性,耐光性能,水不易抽出,当与金属稳 定剂并用时,能长期发挥热稳定剂和光稳定剂 的协同效果。 环氧增塑剂的价格一般都较高,但发展较快。
品种 (1)环氧化油类: 环氧化大豆油(ESO) 环氧化亚麻仁油 特点:该类增塑剂,环氧值较高,一般为6~7%,它的耐油,耐光, 耐热,和挥发性能好,主要用来改善PVC制品的耐热性和耐光性。但它 们与PVC 树脂相容性不好,容易产生渗出现象。 (2)环氧化脂肪酸单酯 环氧油酸丁酯 环氧油酸辛酯 环氧棉紫油脂肪酸酯等。 特点:该类增塑剂对耐寒性较好,多用在需要耐寒,耐侯的制品中。
第二章 增 塑 剂(plasticizer)
第一节 绪论
定义:凡添加到聚合物体系中能使聚合物体系 塑性增加的物质叫增塑剂。 主要作用:削弱聚合物分子间的次价键(即范 德华力)从而增加了聚合物分子链的移动性, 降低聚合物分子链的结晶性。
塑性增加的表现:硬度、模量、软化温度和脆 化温度下降;伸长率,曲绕性,和柔韧性提 高。 增塑剂特点:对热和化学试剂都较稳定 的有机 物,一般是一定范围内能与聚合物相容,而 且沸点高,不易挥发的液体,少数是低熔点 的固体。
3 磷酸酯
O-R1 通式: O=P O-R2 O-R3 R1;R2;R3分别可以是烷基, 卤代烷基或芳基
主要品种: 磷酸三甲苯酯(TCP);磷酸甲苯二苯酯(EDP);磷 酸三苯酯(TPP)。 磷酸酯类增塑剂最大的特点:具有阻燃性,抗菌性也 强,在磷酸酯中加入卤素更能提高耐燃性,但它的毒性 也增加。磷酸酯中,磷酸二苯一辛酯(DPOP)是唯一 可以用于食品包装的磷酸酯。另外,磷酸酯与PVC,纤 维素,PS等多种树脂和合成橡胶有良好的相容性,芳香 族磷酸酯的低温性能很差,脂肪族磷酸酯有良好的低温 性能,但是热稳定不好,耐久性也差。
O C-O-R1 C-O-R2 O
这里的R1和R2一般是C1~C13的烷基,也可以是环烷 基,苯基,苄基等。邻苯二甲酸酯类是最广泛使用的 增塑剂,品种多,产量大,它的产品占增塑剂总量的 80%左右,它具有比较全面的性能,一般均作为主增 塑剂使用。
常用品种:DOP;DIOP;DIDP;DBP。
DOP:性能优越,用量最大,占增塑剂总量的45%。 DBP:挥发性大,耐久性差,用量逐渐下降。
增塑前聚合物
增塑后聚合物
②相互作用:极性增塑剂加入到极性聚合物中 增塑时,增塑剂分子的极性基团与聚合物分 子的极性基团“相互作用”,破坏了原聚合 物分子间的极性连接,减少了连接点,削弱 了分子间的作用力,增大了塑性。 其增塑效率与增塑剂的摩尔数成正比: ΔTg=K*n(K:比例常数;n:增塑剂摩尔数)。
分子结构通式:
O R3 O C ( O R2 O -C-R1-C )n O R2 O C O O R3
常用的二元酸:己二酸;癸二酸;苯二甲酸。 二元醇:1,3丙二醇;1,3或1,4丁二醇,乙二 醇,一缩乙二醇,一缩丙二醇等 聚酯端基材料:月桂酸,辛酸,丁醇,2-乙基己醇。 聚酯增塑剂中己二酸聚酯品种最多,而以己二醇, 丙三醇类与己二酸作用制得的聚酯最为重要。
② 氢键:在很多化合物中,氢原子可同时和两个 电负性很大而原子半径很小的原子(F,O,N) 相结合,这种结合叫氢键。含有—OH,-NH—的聚合物,如聚酰胺、聚乙烯醇、纤维 素、能在分子间或分子内形成氢键。 氢键是一种比较强的分子间作用力、它会 防碍增塑剂分子的插入,特别是氢键链数目 较多的聚合物分子很难增塑。
增塑剂应用的对象:一般是强极性热敏性聚合 物。如PVC,硝酸纤维。此外,聚醋酸乙烯, ABS,聚丙烯酸酯,聚碳酸酯,环氧树脂, 不饱和聚酯,三聚氰胺和某些橡胶。
第二节增塑方法及作用机理
2.1.1 增塑方法
(1)内增塑:内增塑是在某一单体的聚合过程中, 引入第二种单体,由于第二中单体共聚在聚 合物的分子结构中,破坏了聚合物的分子链 的规整度,从而降低了聚合物的结晶度,减 少了分子间的作用力,增加了塑性。(如: 嵌段共聚、接枝共聚等方法) (2)外增塑:用低分子量化合物或聚合物,在稍 加热情况下,用强制的机械方法,分散于需 要增塑的聚合物中。一般它们不与聚合物起 化学反应,不成为聚合物链段的一部分。
2.1.3 增塑剂的作用机理
在聚合物---增塑剂体系中存在下列三种相互作用: (1)聚合物---聚合物 作用力: 小(非极性物质) 增塑剂易插入。 大(极性物质) 不易插入。 (2)聚合物---增塑剂 作用力 : 大 从而削弱大分子间作用力,达到增塑 目的。 小 不易混进聚合物。 (3)增塑剂---增塑剂 分子量小,作用力忽略。
特点: A:内增塑:没有“发汗”“喷霜”现象, 但需要进行化学反应,费用高,很少采用。 B:外增塑:添加不当,会有“出 汗”“喷霜”现象,增塑方便,性能全面, 经常采用。
2.1.2 聚合物分子间作用力 一般认为没有增塑的聚合物分子链间存在着以下 几种作用力(次价力)。 ①范德华力:存在于聚合物分子间或分子内非键合原 子间的一种较弱的力。它的作用范围较小,一般只 有0.3~0.5nm,这种力虽然很小,但具有加和性,随 着分子量增大,力增大,以至对增塑剂分子插入聚合 物分子间的妨碍也较大。 范德华力包括:色散力;诱导力;取向力。
增塑剂的加入一般弹性模量降低,抗张强度 降低,但断裂伸长率升高,抗冲强度升高, 这种情况叫正增塑。但增塑剂含量少时,很 多增塑剂却发现与上述性质变化相反的现象 叫反增塑作用。
Horsley通过X—射线衍射证明,量少时,由于 链段运动自由度增加,导致聚合物结晶,分 子间作用力上升,从而出现反增塑。 Ghersa认为分子通过“搭桥”作用,使聚合物 分子链之间能够发生有效的分子间力的传递, 从而增加了分子间的作用。
聚酯增塑剂特点:大多为黄色透明粘稠液 体或半固体状物,由于分子量大,所以挥发 性能低,迁移性小,耐油和耐肥皂水抽出, 是性能很好的耐热性,耐久性增塑剂。由于 与聚合物相容性差,粘度大,塑化效率差, 故加工性能和低温性不够好,限制了更广泛 的应用。
6.
苯多酸酯 苯多酸酯主要包括偏苯三酸酯和均苯四酸酯:
(3)环氧化四氢邻苯二甲酸酯 环氧化四氢邻苯二甲酸二辛酯(EPS) 环氧化四氢邻苯二甲酸二异癸酯(EPE)
O
O
特点:该类增塑剂同时具有环氧结构和邻苯二甲酸酯结构, 因而改进了环氧油相容性不好的特点,它是环氧增塑剂中 最好的品种,可作为主增塑剂使用。
5 聚合型增塑剂
聚合型增塑剂中主要是聚酯类增塑剂,聚酯 类增塑剂是由二元醇与二元酸缩聚制得,有时 为了封闭端基进行改性加入少量的一元醇或一 元酸。聚酯增塑剂的平均分子量一般为 1000~6000,分子量对聚酯增塑剂的性能起着 决定性的影响。
DIOP(邻苯二甲酸二异辛酯);DIDP(邻苯二甲
酸二异癸酯):挥发性低,耐热性好,近年 用量大幅度增加,主要用于电线、电缆和汽 车内制品。
对苯二甲酸酯作为PVC的增塑剂最近已 引起人们的注意。 一般对苯二甲酸酯为结晶状固体,与PVC 树脂也不相容,但具有一定支链度的C8~C9 的醇的对苯二甲酸酯是液体,与PVC树脂相 容。和相应的邻苯二甲酸酯相比,其挥发性低, 低温性,粘度稳定性,电性能均较好。代表性的 品种是对苯二甲酸二辛酯 。
O O - C- R1 O C R2 O R1,R2,R3一般是C8-C10的烷基
O C O R3
特点:苯多酸酯挥发性低,耐抽出性好,耐迁移性好,具 有类似聚酯增塑性的优点。同时,苯多酸酯的相容性, 加工性,低温性能等又类似于单体型的邻苯二甲酸酯。 所以它们兼具有单体型和聚合型两种增塑剂的优点, 作为耐热,耐久性增塑剂有广泛的用途,目前,主要 用于105度的电线中。
③结晶: 聚合物从卷绕的,杂乱无章的状态变成 紧密,折叠成行的有规状态,这时结晶产生。 此时分子链间的自由空间变得更小,距离更 短,作用更大。此时增塑剂分子要进入分子 间更为困难,只能从非晶区插入。 聚合物分子间作用力的大小,取决于聚合 物分子链中个基团的性质,极性增大,作用 力增大。某些聚合物的极性按下列顺序增大, PE<PP< PVC< 聚醋酸乙烯酯< 聚乙烯醇, 它们之间的作用力也依次增大。
O
CH2-CH3
C-O-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH3 C-O-CH2-CH-CH2-CH2-CH2-CH3 O CH2-CH3
极性部分
非极性部分
极性作用范围
非极性作用范围
升高温度时,DOP分子插入到PVC分子链 间,一方面DOP的极性酯基与PVC的极性基 “互相作用”,减少了PVC大分子间的极性 作用力,从而塑性增加。另一方面,DOP的非 极性的亚甲基,夹在PVC分子链间,把PVC 的极性基遮蔽起来,也减少了PVC分子链间 的作用力,这样PVC在加工变形时,链的移 动就容易。
相关文档
最新文档