增塑剂的基本性质
增塑剂,即和聚氯乙烯树脂混和后,使树脂易于加工,并使制品具有柔软性的物质。但是实际土并不是具有这种性质的所有物质都可以用作增塑剂,作为增塑剂的必要条件是:
1、与聚合物有良好的相容性
增塑剂必须要与聚氯乙烯树脂具有很好的相容性。
2、降低熔点
聚氯乙烯是结晶度为10~20%的微结晶聚合物,聚氯乙烯结晶的熔点在200℃以上,这是有害聚氯乙烯加工性的一个原因。增塑剂的作用之一就是降低这种微结晶的熔点,降低加工温度,易于加工成型。增塑剂和树脂的相互作用常数越小,熔点降低越大,增塑剂和树脂的混和性越好,加工越容易。
3、柔软性
在聚氯乙烯中添加增塑剂的最大目的是使聚氯乙烯具有柔软性。在聚氯乙烯中添加增塑剂将使聚氯乙烯的玻璃化温度降低,使软质聚氯乙烯塑料在常温附近成为橡胶状态。使玻璃化温度降低的作用,一般称为增塑。增塑的机理主要可从以下三个方面来说明:
(1) 由于增塑剂在聚氯乙烯极性基团之间的溶剂化作用,使聚氯乙烯分子间作用力减弱;
(2) 将聚氯乙烯分子间距离拉大,使聚氯乙烯分子间的作用力减弱;
(3) 稀释作用。
采用增塑剂使聚氯乙烯玻璃化温度降低的程度取决于增塑剂本身的玻璃化温度。一般粘度越低,粘度的温度系数越小的增塑剂,则玻璃化温度越低。
柔软性程度与增塑剂的种类有关,一般采用增塑效率来表示柔软性程度。
增塑效率通常采用塑料具有一定性质时的增塑剂的添加量来表示。一般选用硬度100%模数或刚性率等,并以苯二甲酸二辛酯作为基准。按硬度法(测定添加的50重量分的硬度,以苯二甲酸二辛酯为100进行换算)测定的各种增塑剂的增塑效率如下图所示。
各种增塑剂的增塑效率
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增塑剂
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增速效率
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增塑剂
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增速效率
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苯二甲酸二丁酯(DBP)
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95
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苯二甲酸二正辛酯(DnOP)
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99
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苯二甲酸二辛酯(DOP)
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100
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癸二酸二辛酯(DOS)
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101
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己二酸二辛酯(DOA)
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98
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壬二酸二辛酯(DOZ)
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100
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磷酸三辛酯(TOP)
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101
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磷酸三甲酚酯(TCP)
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105
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氯化石蜡
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116
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环氧大豆油
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105
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蓖酸乙酰丁酯(MAR)
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94
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上述增塑剂的基本性质,仅是作为增塑剂的必要条件。在实际使用中,对于增塑剂的性能要求是多方面的,主要是:低挥发性、非迁移性、电绝缘性、耐水性、耐酸碱性、耐油性、耐热性、耐光性、低温性、无臭性、无毒性、抗菌性、耐燃料等,这些是作为增塑剂的充分条件。现将主要性能说明如下:
1、挥发性
增塑剂和溶剂最大的区别就是挥发性。一般溶剂挥发性大,因此不能作增塑剂。软质聚氯乙烯由于增塑剂挥发逸散而使制品失去柔软性,这是实际使用中的大问题。软质聚氯乙烯中增塑剂的挥发性与增塑剂从制品内部向表面扩散的速度以及在制品表面增塑剂的有效蒸气压有关,在通常条件下,后者的作用是主要的。
对照由增塑剂的单独蒸气压为0.05μHg求得的温度以及由制品的老化性质求得的耐热温度,就能明显地看出增塑剂的挥发性与增剂的耐热、耐光性密切有关。由增塑剂的蒸气压0.05μHg求得的最高允许工作温度(即连续使用温度),可知苯二甲酸二辛酯可在68°C下连续使用,而苯二甲酸正辛正癸酯与苯二甲酸二异癸酯分别可在80°C和92°C下连续使用。试验表明,石油磺酸苯酯的挥发性优于苯二甲酸二辛酯。
2、迁移性
对于与软聚氯乙烯接触的物质会产生增塑剂迁移的问题,这在实际使用中也是重要的。迁移性和挥发性都包含有增塑剂从聚氯乙烯制品内部向表面扩散的过程,挥发性是对增塑剂从表面蒸发而言,迁移性是对增塑剂向接触层扩散而言。因此迁移性是由增塑剂在制品内部扩散和在接触层内扩散这二个过程构成的。
3、耐油性
在油中,增塑剂抽出与增塑剂对树脂的溶剂化能力以及耐油性有关,通常增塑剂的扩散速度差别不大,因此耐油性主要取决于增塑剂对树脂的溶剂化能力。一般说来增塑剂和树脂相互作用常数小的也即对树脂的溶剂化能力强的增塑剂的耐油性好,反之,耐油性差。
4、电绝缘性
软质聚氯乙烯塑料的电绝缘性很大程度上取决于增塑剂的种类、性质与用量。对于高极性的增塑剂,因为可以使聚合物主链固定在极化的位置上,所以具有较高的电绝缘性。因此氯化石蜡、苯二甲酸酯,石油磺酸苯酯和磷酸酯的电绝缘性较好。对于电绝缘性要求高的增塑剂应尽量减少增塑剂中离子型杂质的含量。例如酯化反应的催化剂通常是有害于电性能的。
目前测定液体增塑剂的体积电阻率,在生产中可以有效地控制聚氯乙烯塑料的电绝缘性。