1.1.15 增塑剂有何特点?增塑剂增塑作用的机理如何?
(1)增塑剂的特点
增塑剂是为了改善塑料的可塑性,提高其柔韧性而加入到塑料中的低挥发性物质。增塑剂通常是高沸点、低挥发的液体,或低熔点的固体,其分子中大都具有非极性和极性两部分。非极性部分则具有一定长度和体积的烷基,极性部分具有极性基团。极性基团主要有酯基、氯原子和环氧基等。含有不同极性基团的化合物具有不同的特点,如邻苯二甲酸酯类的相容性、增塑效果好,性能也较全面;磷酸酯和氯化物具有阻燃性;环氧化物、双季戊四醇酯的耐热性能好;脂肪族二元酸酯的耐寒性优良;烷基磺酸苯酯的耐候性好;柠檬酸酯及乙酰柠檬酸酯类具有抗菌性等。
增塑剂的分子量会影响增塑剂的耐久性、增塑效率和相容性等方面。因而要得到良好的耐久性增塑剂,其分子量一般应在350以上,且分子量越高,耐久性越好。
例如分子量在1000以上的聚酯类和苯多酸酯类(如偏苯三酸酯)增塑剂其耐久性都十分优良,一般多用于电线电缆、汽车内装饰制品等一些耐久性要求较高的增塑的制品中。
(2)增塑作用机理
增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子间的作用力,降低熔融温度和熔体黏度,改善其成型加工性能,在使用温度范围内,赋予塑料制品柔韧性与其他各种必要的性能。
增塑实际上是削弱聚合物分子链间的聚集作用。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作用力,结果增大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。具体地讲,就是增塑剂分子插入到聚合物分子之间,削弱了大分子间的作用力,从而达到增塑目的。其作用方式主要有隔离作用、相互作用和遮蔽作用三种。
隔离作用主要是在非极性增塑剂与非极性聚合物中。当非极性增塑剂加入到非极性聚合物中时,非极性增塑剂与聚合物之间产生“溶剂化”作用,增大了分子间的距离,从而削弱了它们之间本来就很小的作用力。许多实验数据表明,非极性增塑剂对非极性聚合物的玻璃化温度(Tg)的降低程度与增塑剂的用量成正比,在一定范围内,用量越大,隔离作用越强,Tg降低越多。
相互作用主要是指极性增塑剂与极性聚合物之间的作用。当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发生作用,从而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。
遮蔽作用是指非极性增塑剂加到极性聚合物中增塑时,非极性的增塑剂分子遮蔽了聚合物的极性基团,使相邻聚合物分子的极性基团不发生或少发生作用,从而削弱了聚合物分子间的作用力,达到增塑目的。
例如,DOP增塑PVC,在温度升高时,DOP分子插入到PVC分子链间,一方面DOP的极性酯基与PVC的极性基团“相互作用”,彼此能很好地互溶,不相排斥,从而使PVC大分子间作用力减弱,塑性增加;另一方面,DOP的非极性烷基夹在PVC分子链间,把PVC的极性基遮蔽起来,也减小了PVC分子链间的作用力。这样,在成型加工时,链的移动就变得比较容易,流动性增加。