plastikleştirici - Plasticizer

Bir plastikleştirici ( İngiltere : plastikleştirici ), bir malzemeye, daha yumuşak ve daha esnek hale getirmek, plastikliğini artırmak , viskozitesini azaltmak veya imalatta taşınması sırasında sürtünmeyi azaltmak için eklenen bir maddedir .

Plastikleştiriciler , ya üretim sırasında hammaddenin işlenmesini kolaylaştırmak ya da son ürünün uygulamasının taleplerini karşılamak için plastik ve kauçuk gibi polimerlere yaygın olarak eklenir . Örneğin, yumuşak ve bükülebilir hale getirmek için, aksi halde sert ve kırılgan olan polivinil klorüre (PVC) genellikle plastikleştiriciler eklenir ; vinil döşeme , giysi , çanta, hortum ve elektrik teli kaplamaları gibi ürünler için uygun hale getirir .

Plastikleştiriciler ayrıca beton formülasyonlarına, daha işlenebilir ve dökme için akışkan hale getirmek için sıklıkla eklenir , böylece su içeriğinin azaltılmasına izin verilir. Benzer şekilde, genellikle kil , sıva , katı roket yakıtı ve diğer macunlara kalıplama ve şekillendirmeden önce eklenirler . Bu uygulamalar için, plastikleştiriciler büyük ölçüde dağıtıcılarla örtüşür .

Polimerler için

Tipe Göre Avrupa ve Küresel Plastifiyan Kullanımı 2017
Avrupa'nın Plastifiyan Kullanımı 2017
Avrupa'nın Plastifiyan Pazar Trendleri 2017

Polimerler için plastikleştiriciler, düşük uçuculuğa sahip sıvılar veya katılardır. 2017 verilerine göre, plastikleştiriciler için toplam küresel pazar 7,5 milyon metrik tondu. Kuzey Amerika'da 2017 hacmi ~ 1,01 milyon metrik ton ve Avrupa'da rakam 1,35 milyon metrik tondu ve çeşitli son kullanım uygulamaları arasında bölünmüş, kimyasal tip eğilimi daha yüksek moleküler ağırlıklı (HMW) ortoftalatlara ve düzenleyici sorunları takip eden alternatif türlere doğru ilerliyor düşük moleküler ağırlıklı (LMW) ortoftalatlarla ilgili.

Polimer plastikleştiricilerin yaklaşık %90'ı, en yaygın olarak ftalat esterleri , PVC'de kullanılır ve bu malzemeye gelişmiş esneklik ve dayanıklılık sağlar. Çoğunluğu filmlerde ve kablolarda kullanılır.

Hareket mekanizması

Genellikle, plastikleştiricilerin kendilerini polimer zincirleri arasına gömerek , onları birbirinden ayırarak ("serbest hacmi" artırarak) veya onları şişirerek ve böylece plastik için cam geçiş sıcaklığını önemli ölçüde düşürerek ve daha yumuşak hale getirerek çalıştığı düşünülürdü; ancak daha sonra serbest hacim açıklamasının plastikleşmenin tüm etkilerini açıklayamayacağı gösterildi. Polimer zincirinin hareketliliğine ilişkin klasik resim, plastikleştirici varlığında Fox&Flory tarafından basit polimer zinciri için çizilenden daha karmaşıktır . Plastifiyan molekülleri, zincirin hareketliliği üzerinde kontrolü ele alır ve polimer zinciri, polimer uçlarının etrafındaki serbest hacimde bir artış göstermez; plastikleştirici/suyun polimerin hidrofilik kısımları ile hidrojen bağları oluşturması durumunda, ilgili serbest hacim azaltılabilir.

PVC gibi plastikler için ne kadar fazla plastikleştirici eklenirse, soğuk esnek sıcaklıkları o kadar düşük olur. Plastikleştiriciler içeren plastik parçalar, geliştirilmiş esneklik ve dayanıklılık sergileyebilir. Plastiğin yer değiştirmesi ve aşınması nedeniyle plastikleştiriciler, polimer matrikse bağlı olmadıklarından maruz kalmaya müsait hale gelebilirler. " Yeni araba kokusu " genellikle plastikleştiricilere veya bunların bozunma ürünlerine atfedilir. Bununla birlikte, kokunun oluşumu üzerine yapılan çok sayıda çalışma, muhtemelen son derece düşük uçuculukları ve buhar basıncı nedeniyle kayda değer miktarlarda ftalat bulamamıştır.

Plastikleştiricilerin elastik modül üzerindeki etkisi hem sıcaklığa hem de plastikleştirici konsantrasyonuna bağlıdır. Geçiş konsantrasyonu olarak adlandırılan belirli bir konsantrasyonun altında, bir plastikleştirici bir malzemenin modülünü artırabilir. Ancak malzemenin camsı geçiş sıcaklığı tüm konsantrasyonlarda azalacaktır. Bir geçiş konsantrasyonuna ek olarak, bir geçiş sıcaklığı da mevcuttur. Geçiş sıcaklığının altında plastikleştirici ayrıca modülü de artıracaktır.

Plastikleştiricilerin ana plastiklerinden göçü, esneklik kaybına, gevrekleşmeye ve çatlamaya neden olur. Bu onlarca yıllık plastik lamba kablosu, plastikleştiricilerin kaybı nedeniyle büküldüğünde parçalanır.

seçim

Son 60 yılda 30.000'den fazla farklı madde, polimer plastikleştirici olarak uygunlukları açısından değerlendirilmiştir. Bunlardan sadece küçük bir kısmı - yaklaşık 50 - bugün ticari kullanımda.

Ester plastikleştiriciler, maliyet-performans değerlendirmesine göre seçilir. Kauçuk birleştirici, ester plastikleştiricileri uyumluluk, işlenebilirlik, kalıcılık ve diğer performans özellikleri açısından değerlendirmelidir. Üretimde olan çok çeşitli ester kimyaları arasında sebakatlar , adipatlar , tereftalatlar , dibenzoatlar , gluteratlar , ftalatlar , azelatlar ve diğer özel karışımlar bulunur. Bu geniş ürün yelpazesi, boru ve hortum ürünleri, döşeme, duvar kaplamaları, contalar ve contalar, kayışlar, tel ve kablo ve baskı ruloları gibi birçok elastomer uygulaması için gereken bir dizi performans avantajı sağlar .

Düşük ila yüksek polariteli esterler, nitril , polikloropren , EPDM , klorlu polietilen ve epiklorohidrin dahil olmak üzere çok çeşitli elastomerlerde kullanım sağlar . Plastifiyan-elastomer etkileşimi, çözünürlük parametresi , moleküler ağırlık ve kimyasal yapı gibi birçok faktör tarafından yönetilir . Uyumluluk ve performans özellikleri, belirli bir uygulama için bir kauçuk formülasyonu geliştirmede kilit faktörlerdir.

PVC ve diğer plastiklerde kullanılan plastikleştiriciler genellikle orta zincir uzunluğunda doğrusal veya dallı alifatik alkollerle polikarboksilik asitlerin esterlerine dayanır . Bu bileşikler, düşük toksisite, ana malzeme ile uyumluluk, uçucu olmama ve maliyet gibi birçok kriter temelinde seçilir. Düz zincirli ve dallı zincirli alkil alkollerin ftalat esterleri bu spesifikasyonları karşılar ve yaygın plastikleştiricilerdir. Orto-ftalat esterler geleneksel olarak en baskın plastikleştiriciler olmuştur, ancak düzenleyici kaygılar, özellikle Avrupa'da, sınıflandırılmış maddelerden, yüksek moleküler ağırlıklı orto-ftalatlar ve diğer plastikleştiricileri içeren sınıflandırılmamış maddelere geçişe yol açmıştır.

antiplastikleştiriciler

Antiplastikleştiriciler, plastikleştiricilerinkine zıt etkiye sahip polimer katkı maddeleridir. Camsı geçiş sıcaklığını düşürürken modülü arttırırlar.

Bis(2-etilheksil) ftalat yaygın bir plastikleştiricidir.

Güvenlik ve toksisite

Özellikle bazı düşük moleküler ağırlıklı orto-ftalatlar, bazı gelişimsel toksisite rapor edilen potansiyel endokrin bozucular olarak sınıflandırıldığından, bazı polimer plastikleştiricilerin güvenliği konusunda önemli endişeler dile getirilmiştir .

Ortak polimer plastikleştiriciler

orto ftalatlar

  • Ftalat bazlı plastikleştiriciler, suya ve yağlara karşı iyi bir direncin gerekli olduğu durumlarda kullanılır. Bazı yaygın ftalat plastikleştiriciler şunlardır:
  • Yüksek Moleküler Ağırlıklı Orto Ftalatlar
    • Bahçe hortumlarında, ayakkabılarda, oyuncaklarda ve yapı malzemelerinde bulunan döşeme malzemelerinde kullanılan diisononil ftalat (DINP)
    • Bis(2-propilheptil) ftalat (DPHP), kablolarda, tellerde ve çatı kaplama malzemelerinde kullanılır
    • Diizodesil ftalat (DIDP), tel ve kabloların yalıtımında, araba astarlarında, ayakkabılarda, halılarda, havuz gömleklerinde kullanılır
    • Diizoundesil ftalat (DIUP), tel ve kabloların, araba astarlarının, ayakkabıların, halıların, havuz gömleklerinin yalıtımında kullanılır. İyi yüksek sıcaklık ve dış hava koşullarına dayanıklılık performansı
    • Ditridesil ftalat (DTDP), yüksek sıcaklıkta daha yüksek performans sağlayan en yüksek moleküler ağırlıklı ftalat plastikleştiricidir. Otomotiv kablo ve tel uygulamalarında tercih edilen plastifiyandır.

Trimelitatlar

adipatlar, sebakatlar

  • Adipat bazlı plastikleştiriciler, düşük sıcaklık veya ultraviyole ışığa direnç için kullanılır . Bir örnek:
  • Sebacate bazlı plastikleştiriciler, bir dizi plastik malzeme ve sentetik kauçuk (özellikle nitril kauçuk ve neopren) ile mükemmel uyumluluk, düşük sıcaklıklarda üstün özellikler ve iyi yağ direnci sağlar. Bazı örnekler:

biyo-tabanlı

Daha iyi biyolojik olarak parçalanabilirliğe ve muhtemelen daha düşük çevresel toksisiteye sahip plastikleştiriciler geliştirilmektedir. Bu tür plastikleştiricilerden bazıları şunlardır:

Diğer plastikleştiriciler

  • Not: Bisfenol A veya BPA, popüler medyanın söylediğine rağmen bir plastikleştirici değildir. BPA, plastikler için bir monomer ve bazen başka bir katkı maddesidir, ancak herhangi bir bilimsel tanıma göre bir plastikleştirici değildir.

İnorganik malzemeler için plastikleştiriciler

Beton

Beton teknolojisinde akışkanlaştırıcılar ve süper akışkanlaştırıcılara yüksek oranda su azaltıcılar da denilmektedir. Beton karışımlarına eklendiklerinde , işlenebilirliği ve mukavemeti artırma dahil olmak üzere bir dizi özellik kazandırırlar . Betonun mukavemeti, eklenen su miktarı, yani su-çimento (s/c) oranı ile ters orantılıdır. Daha güçlü beton üretmek için daha az su eklenir (karışımı "aç bırakmadan"), bu da beton karışımını daha az uygulanabilir ve karıştırılmasını zorlaştırır, bu da plastikleştiricilerin, su azaltıcıların, süper akışkanlaştırıcıların, akışkanlaştırıcıların veya dağıtıcıların kullanılmasını gerektirir.

Mukavemeti arttırmak için betona puzolanik kül eklendiğinde plastikleştiriciler de sıklıkla kullanılır . Bu karışım oranlama yöntemi, özellikle yüksek dayanımlı beton ve fiber takviyeli beton üretilirken popülerdir.

Birim ağırlık çimento başına %1-2 plastikleştirici eklenmesi genellikle yeterlidir. Aşırı miktarda plastikleştirici eklenmesi betonun aşırı ayrışmasına neden olur ve tavsiye edilmez. Kullanılan kimyasala bağlı olarak, çok fazla plastikleştirici kullanılması geciktirici etkiye neden olabilir.

Plastifiyanlar genellikle kağıt endüstrisinin bir yan ürünü olan lignosülfonatlardan üretilir . Süperplastikleştiriciler genellikle sülfonatlı naftalin kondensatından veya sülfonatlı melamin formaldehitten üretilmiştir , ancak şimdi polikarboksilik eterlere dayalı daha yeni ürünler mevcuttur. Geleneksel lignosülfonat bazlı plastikleştiriciler, naftalin ve melamin sülfonat bazlı süperplastikleştiriciler, floküle edilmiş çimento parçacıklarını bir elektrostatik itme mekanizması aracılığıyla dağıtır (bkz. kolloid ). Normal plastikleştiricilerde, aktif maddeler çimento partikülleri üzerine emilir ve onlara negatif bir yük vererek partiküller arasında itmeye yol açar. Lignin , naftalin ve melamin sülfonat süperplastikleştiriciler organik polimerlerdir. Uzun moleküller kendilerini çimento parçacıklarının etrafına sararak, birbirlerini itmeleri için onlara oldukça negatif bir yük verir.

Polikarboksilat eter süperplastikleştirici (PCE) veya sadece polikarboksilat (PC), sülfonat bazlı süper akışkanlaştırıcılardan farklı çalışır ve sterik stabilizasyon ile çimento dağılımı sağlar. Bu dispersiyon şekli, etkisinde daha güçlüdür ve çimentolu karışıma daha iyi işlenebilirlik tutuşu sağlar.

Sıva

İşlenebilirliği artırmak için duvar sıva karışımlarına plastikleştiriciler eklenebilir . Tüketilen enerjiyi kurutma duvar panosunu azaltmak için, daha az su eklenir, bu da alçı karışımını çok çalışılmaz ve karıştırılmasını zorlaştırır, plastikleştiriciler, su azaltıcılar veya dağıtıcıların kullanılmasını gerektirir. Bazı çalışmalar ayrıca çok fazla lignosülfonat dağıtıcının bir set geciktirici etkiye neden olabileceğini göstermektedir. Veriler, çekirdekteki mekanik iğne benzeri kristal etkileşiminden uzaklaşan ve daha güçlü bir çekirdeği önleyen amorf kristal oluşumlarının meydana geldiğini gösterdi. Şekerler, aldonik asitler gibi lignosülfonatlardaki şelatlama maddeleri ve özütleyici bileşikler, sertleşme gecikmesinden esas olarak sorumludur. Bu düşük aralıklı su azaltıcı dispersanlar, genellikle kağıt endüstrisinin bir yan ürünü olan lignosülfonatlardan üretilir .

Polikarboksilik eterler daha modern alternatifleri temsil etmesine rağmen, yüksek aralıklı süper akışkanlaştırıcılar (dağıtıcılar) genellikle sülfonatlı naftalin kondensatından üretilmiştir . Bu yüksek aralıklı su azaltıcıların her ikisi de lignosülfonat türlerinin 1/2 ila 1/3'ünde kullanılır.

Geleneksel lignosülfonat ve naftalin sülfonat bazlı plastikleştiriciler, topaklaşmış alçı partiküllerini bir elektrostatik itme mekanizması aracılığıyla dağıtır (bkz. Kolloid ). Normal plastikleştiricilerde, aktif maddeler alçı parçacıklarına emilir ve onlara negatif bir yük verir, bu da parçacıklar arasında itmeye yol açar. Lignin ve naftalin sülfonat plastikleştiriciler organik polimerlerdir. Uzun moleküller kendilerini alçı parçacıklarının etrafına sararak, birbirlerine son derece negatif bir yük vererek birbirlerini iterler.

enerjik malzemeler

Enerjik malzeme piroteknik bileşimleri , özellikle katı roket iticileri ve silahlar için dumansız tozlar , genellikle itici bağlayıcının veya genel itici maddenin fiziksel özelliklerini geliştirmek, ikincil bir yakıt sağlamak ve ideal olarak spesifik enerji verimini (örneğin spesifik itki) geliştirmek için plastikleştiriciler kullanır. , itici gazın gramı başına enerji verimi veya benzer indeksler). Enerjik bir plastikleştirici, enerjik bir malzemenin fiziksel özelliklerini geliştirirken, aynı zamanda özgül enerji verimini de arttırır. Enerjik plastikleştiriciler, özellikle katı roket itici gazları için, genellikle enerjik olmayan plastikleştiricilere tercih edilir . Enerjik plastikleştiriciler, gerekli itici gaz kütlesini azaltarak bir roket aracının aksi durumda olacağından daha fazla yük taşımasını veya daha yüksek hızlara ulaşmasını sağlar. Bununla birlikte, güvenlik veya maliyet hususları, roket yakıtlarında bile enerjik olmayan plastikleştiricilerin kullanılmasını gerektirebilir. Katı roket itici yakıt için kullanılan uzay mekiği katı roket yükseltici kullanmaktadır HTPB , bir sentetik kauçuk olmayan bir enerjik sekonder yakıt olarak,.

Enerjik malzemeler için plastikleştiriciler

İşte roket yakıtlarında ve dumansız tozlarda kullanılan bazı enerjik plastikleştiriciler :

İkincil alkol grupları nedeniyle , NG ve BTTN nispeten düşük termal stabiliteye sahiptir. TMETN, DEGDN, BDNPF ve BDNPA nispeten düşük enerjilere sahiptir. NG ve DEGN nispeten yüksek buhar basıncına sahiptir .

Referanslar

Dış bağlantılar