Роль различных пластификаторов в производстве изделий из ПВХ

Мы благодарим г-на ЯШОДАНА КАНАДЕ за его исследования, посвященные данной теме.
 
Мы хотели бы поделиться с вами результатами проведенного им анализа:
Пластификатор - это жидкое или твердое вещество, которое вводится в полимер для повышения его гибкости и растяжимости, улучшения технологических свойств. Пластификатор снижает вязкость расплава в процессе обработки. Помимо этого, в изделиях из ПВХ снижаются температура стеклования (Tg) и модуль упругости ПВХ.
В качестве пластификаторов могут выступать как жидкости, так и твердые вещества, такие как нитрильные каучуки, совместимые сложные полиэфиры и некоторые полиакрилаты.
Для изготовления изделий из мягкого или гибкого ПВХ, таких как экструдированные мягкие трубы, профили и листы, тонкие каландрированные листы и т. д., используется суспензионный ПВХ. Поскольку в процессе смешивания пластификаторы растворяются в суспензионном ПВХ (ПВХ не растворяется в пластификаторах), то чем выше пористость зерна ПВХ, тем выше скорость поглощения пластификатора.  Таким образом, чем больше потребность в пластификаторе, тем выше значение K используемой смолы, поскольку пористость растет по мере увеличения значения K. Поэтому смолы суспензионного ПВХ K-67 используются для производства изделий из мягкого ПВХ, тогда как смолы суспензионного ПВХ K-70 или K-73 применяются для продукции из очень мягкого ПВХ.
 
С другой стороны, для пластизолей и органозолей используется эмульсионный и микросуспензионный ПВХ. Суспензия ПВХ в пластификаторах и присадках используется в таких процессах, как ротационное литье и нанесение покрытий в производстве выдувных изделий и рексина либо при изготовлении искусственной кожи.

Какова химическая природа пластификаторов?

Молекула эффективного пластификатора для ПВХ имеет два типа структурных элементов:

• Полярный элемент
• Неполярный элемент.

Полярный элемент молекулы должен иметь возможность обратимо связываться [не так, как вулканизированная резина] с полимером ПВХ, смягчая таким образом ПВХ. Неполярный элемент молекулы позволяет контролировать взаимодействие ПВХ, поэтому он не так эффективен в качестве сольвата, разрушающего кристалличность ПВХ. Кроме того, он добавляет свободный объем, способствует экранирующему эффекту и действует как «смазка». Баланс между полярными и неполярными частями молекулы пластификатора имеет решающее значение для контроля солюбилизирующего действия.
 
В случае чрезмерной полярности пластификатор способен разрушать кристаллиты; однако пластификатор со слишком низкой полярностью вызовет проблемы совместимости с ПВХ.
Идеальный пластификатор должен иметь следующие характеристики:

• Экономичный, стабильный, светлого цвета
• Совместимый с ПВХ
• Легко диспергируемый в ПВХ
• Низколетучий
• Со слабовыраженным запахом
• Низкотоксичный
• С хорошей стойкостью
• Не должен вступать в отрицательное взаимодействие с другими присадками
• Наличие других специфических свойств, необходимых для изделия, в частности, атмосферостойкости

В целом пластификаторы классифицируются как первичные и вторичные:

Первичные пластификаторы представляют собой жидкости с низкой летучестью, полярность которых обеспечивает достаточную совместимость с ПВХ; данные жидкости не подлежат легкому выделению из пластифицированного ПВХ при умеренном давлении. В основном они отвечают за обеспечение гибкости.
В качестве примера можно указать мономерные, полимерные, эпоксидные, специальные огнезащитные пластификаторы и т. д.
Вторичные пластификаторы также представляют собой жидкости с низкой летучестью, чья совместимость такова, что при отдельном использовании они будут выпотевать. Однако в определенной степени вторичные пластификаторы могут использоваться с первичными. Это снижает затраты. В качестве примера можно упомянуть хлорированные парафиновые масла с различной степенью хлорирования.

Подклассификация пластификаторов

1. Пластификаторы общего назначения [GP]: Обеспечивают нужную гибкость ПВХ, общий баланс свойств при низких затратах. В качестве примера можно указать DIHP, DOP (DEHP), DINP и DIDP Их можно использовать совместно со вторичными пластификаторами для снижения затрат. DIDP испаряется на 76% меньше, чем DOP.
DIDP обычно используется в трубах стиральных машин, так как он устойчив к мыльной воде.
 
2. Высокоэффективные пластификаторы [PP]: Придают вторичные желаемые свойства, не обеспечиваемые пластификаторами типа GP, но имеют довольно высокую стоимость. Критерии эффективности включают:
PP-SS: сильные сольваты, имеющие более высокую полярность/ароматичность, такие как DBP, DHP, BHP и BBP. Имеют низкую молекулярную массу и представляют собой летучие жидкости. Из-за своей высокой полярности они разрушают кристалличность ПВХ.
BBP рекомендуется для грязеотталкивающих покрытий, таких как виниловые полы.
Бензоаты являются нефталатными пластификаторами для ПВХ. В качестве примера можно привести дибензоат полипропиленгликоля (PGDB), DPGDB. Они являются бензостойкими и применяются в топливных трубках.
PP-LT: низкотемпературные пластификаторы, такие как диоктиладипаты (DOA), DOS и DOZ, которые обладают меньшей сольватирующей способностью и более высокой диффузией. Это сложные эфиры двухосновных алифатических кислот. Они используются в прокладках для холодильников/морозильных камер.
PP-LV: низколетучие и высокомолекулярные пластификаторы, такие как триоктилтримеллитат (TOTM), TIOTM и полиэфиры [полимерные]. Используются в кабелях и проводах.
 
3. Специальные пластификаторы [SP]: обладают особыми характеристиками, в частности:
SP-LD: низкодиффузионные пластификаторы. Имеют высокую молекулярную массу и сильно разветвленную изомерную структуру. Например, диизодецилфталат (DIDP), DTDP и т. д.
В этой категории особой эффективностью отличаются полиэфирные пластификаторы.
SP- ST: пластификаторы со стабилизирующей функцией, улучшающие термическую и УФ-стойкость. Эпоксидированное соевое масло (ESBO) и льняное масло (ELSO). Обычно их добавляют совместно с первичным стабилизатором.
SP-FR: огнестойкие стабилизаторы, в частности, трикрезилфосфат (TCP), триалкилфосфат (TAP) и т. д. Обычно они используются в огнестойких кабелях.
 
4. Безфталатные пластификаторы, контактирующие с пищевыми продуктами
Ацетилтрибутилцитратные пластификаторы (АТВС), которые используются в пищевой и медицинской промышленности.
Диизонониловый эфир 1,2-циклогексановой дикарбоновой кислоты (DINCH), который используется в пищевой промышленности.
 
5. Пластификаторы для проводов и кабелей в соответствии с температурным диапазоном
применение в зданиях при 60°C - DIOP, DOP, DINP, DIDP
шнуры и кабельная арматура при 75°C - DINP, DIDP
приборы при 80°C - комбинации DINP / DIDP
приборы при 90°C - DUDP, DTDP, TOTM
приборы при 105°C - TIOTM, TOTM, полиэфиры
компьютерные кабели - TIOTM, TOTM, полиэфиры

Все пластификаторы для проводов и кабелей содержат соответствующие антиоксиданты.