10.5 Требования к пластификаторам

Основные требования к пластификатору полимера вытекают из механизма пластификации:

1) растворимость пластификатора в полимере;

2) высокая подвижность пластификатора, а значит невысокая молекулярная масса.

Такими свойствами обладают многие органические жидкости.

Но к этим двум добавляются дополнительные требования, вытекающие из технологических и эксплуатационных соображений.

Как было показано, снижение молекулярной массы пластификатора благоприятно сказывается на его эффективности. Но низкомолекулярная жидкость легко будет диффундировать из полимерного материала и испаряться. А в условиях переработки при повышенной температуре такая жидкость может закипеть. Из этого вытекает еще одно требование:

3) используемая в качестве пластификатора жидкость должна обладать низкой летучестью и высокой температурой кипения. Этому требованию отвечают жидкости с довольно высокой молекулярной массой. При выборе молекулярной массы пластификатора приходится учитывать оба противоречивых требования и выбирать "золотую середину".

Полимерные материалы находятся в частом контакте с водой и другими жидкостями. Если пластификатор будет хорошо растворим в воде, то он будет ею из полимера экстрагироваться. Отсюда еще одно требование:

4) пластификатор должен иметь низкую растворимость в воде, а если предусматривается контакт материала с другими жидкостями (масло, бензин), то он должен плохо растворяться и в них.

Можно высказать еще целый ряд общих эксплуатационных требований, из которых следующие наиболее важные:

5) высокая химическая стойкость;

6) отсутствие деструктирующего воздействия на полимер;

7) низкая токсичность.

При выборе пластификатора приходится индивидуально подходить к каждому полимеру. Из крупнотоннажных полимеров подвергаются пластификации поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, полистирол, поливинилацетат, эфиры целлюлозы, полиакрилаты, поликарбонаты, полиэфиры, эпоксидные и фенолоформальдегидные смолы, полиуретаны. Основное количество производимых пластификаторов (до 85 %) используется для пластификации поливинилхлорида.

Пластификаиоры (Пл) бывают природные и синтетические. Наиболее распространенными Пл природного происхождения являются нефтяные (минеральные) и растительные масла, нефтяные смолы и парафины. К синтетическим Пл относятся сложные эфиры ароматических карбоновых кислот и алифатических спиртов, сложные эфиры алифатических кислот и алифатических спиртов, эфиры ортофосфорной кислоты и спиртов или фенолов, а также полиэфиры, получаемые поликонденсацией дикарбоновых кислот с гликолями и последующим взаимодействием гидроксил- или карбоксилсодержащих олигоэфиров с монокарбоновой кислотой или одноатомным спиртом.

Одним из наиболее распространенных классов пластификаторов являются эфиры ортофталиевой кислоты (фталаты): диметилфталат, диэтилфталат, дибутилфталат, ди(2-этилгексил)фталат (ДОФ) и др.

Не меньшее применение нашли эфиры ортофосфорной кислоты и различных гидроксилсодержащих соединений. Фосфаты оказывают пластифицирующее действие на большинство полимеров, одновременно придавая им пониженную горючесть. Из эфиров ортофосфорной кислоты наибольшее распространение получили трикрезилфосфат, триксиленилфосфат, смешанные эфиры на основе фенола и алкилфенолов, ди(2-этилгексил)фенилфосфат (ДАФФ), три(2-этилгексил)фосфат (ТОФ), трибутоксиэтилфосфат (ТБЭФ).

Эфиры алифатических поликарбоновых кислот получили большое распространение как пластификаторы, так как они хорошо совмещаются с различными полимерами, имеют небольшую летучесть, менее токсичны, чем фталаты и придают полимерам высокую морозостойкость. Наиболее применимы ди(2-этилгексил)адипинат (ДОА), ди(2-этилгексил)азелаинат (ДОАз), дибутилсебацинат (ДБС), ди(2-этилгексил)себацинат (ДОС) и др.

Сложные эфиры гликолей и жирных монокарбонавых кислот применяют для пластификации каучуков, поливинилхлорида и других полимеров. Однако эти пластификаторы обладают несколько пониженной подвижностью водостойкостью. К ним относятся триэтиленгликольдикаприлат, триэтиленгликольди(2-этилкексоат) (ТЭГ-28), ди(бутилкарбитол)формаль (ДБКФ).

Отдельно стоит такой класс пластификаторов, как полиэфирные соединения. Вследствие более высокого молекулярного веса, они менее летучи, мало мигрируют из полимеров и более стойки к экстракции многими растворителями. Однако они характеризуются ограниченной растворимостью во многих полимерах. Полиэфирные пластификаторы применяют для получения бензо- и маслостойких композиций на основе ПВХ. Наиболее распространены полиэфирные пластификаторы на основе себациновой, адипиновой или фталиевой кислот.