Полное руководство по пластификаторам: The Ultimate Guide
Пластификатор — это добавка к полимерным материалам, широко используемая в промышленном производстве, также известная как пластификатор. Его добавляют в материал, чтобы сделать его более мягким и гибким, повысить пластичность вещества, снизить его вязкость или уменьшить трение в процессе производства.
Пластификаторы обычно добавляют в полимеры для облегчения работы с сырьем в процессе производства или для удовлетворения потребностей конечного продукта. Например, пластификаторы обычно добавляют в поливинилхлорид (ПВХ), иначе он станет твердым и хрупким, а так он становится мягким и летучим. Это делает его пригодным для таких продуктов, как виниловые полы, одежда, сумки, шланги и проволочные покрытия.
Такие как неорганические пластификаторы
Бетон
В технологии производства бетона пластификаторы и суперпластификаторы также называют водоредуцирующими веществами высокого класса. При добавлении в бетонные смеси они придают им множество свойств, в том числе улучшают обрабатываемость и прочность. Прочность бетона обратно пропорциональна количеству добавленной воды (т.е. водоцементному соотношению (В/Ц)). Для получения более прочного бетона необходимо добавлять меньше воды, что делает бетонную смесь сложной в изготовлении и трудной в перемешивании. Поэтому необходимо использовать пластификаторы, водоредуцирующие добавки, суперпластификаторы, флюидизаторы или диспергаторы.
При добавлении пуццолана в бетон для повышения прочности также часто используются пластификаторы. Такой способ смешивания особенно популярен при производстве высокопрочного бетона и бетона, армированного фиброй.
Обычно достаточно добавить 1-2 % пластификатора на единицу веса цемента. Добавление слишком большого количества пластификатора приведет к чрезмерной сегрегации бетона, поэтому не рекомендуется. В зависимости от используемых химических веществ, слишком большое количество пластификатора может привести к блокирующему эффекту.
Пластификаторы обычно производятся из лигносульфонатов, которые являются побочными продуктами бумажной промышленности. Суперпластификаторы обычно производятся из сульфонированных нафталиновых конденсатов или сульфонированного меламиноформальдегида, хотя сейчас доступны новые продукты на основе поликарбоновых эфиров. Традиционные пластификаторы на основе лигносульфоната, суперпластификаторы на основе нафталина и меламинсульфоната диспергируют частицы флокулированного цемента за счет механизма электростатического отталкивания. В обычных пластификаторах активные вещества адсорбируются на частицах цемента, делая их отрицательно заряженными, что приводит к отталкиванию между частицами. Суперпластификаторы на основе лигнина, нафталина и сульфоната меламина представляют собой органические полимеры. Длинные молекулы обволакивают частицы цемента, в результате чего они приобретают отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга.
Роль суперпластификатора на основе поликарбоксилатного эфира (PCE) или только поликарбоксилата (PC) отличается от роли суперпластификаторов на основе сульфонатов: он диспергирует цемент за счет стерической стабилизации. Эффект от такой формы дисперсии сильнее и улучшает обрабатываемость цементной смеси.
Штукатурка
Пластификаторы могут быть добавлены в смесь для штукатурки стен для улучшения обрабатываемости. Чтобы снизить энергозатраты на сушку обоев, добавляется меньше воды, что делает гипсовые смеси очень непрактичными и трудными для смешивания, поэтому приходится использовать пластификаторы, водоредуцирующие или диспергирующие добавки. Некоторые исследования также показали, что слишком большое количество лигносульфонатного диспергатора может вызвать гистерезис. Данные показали, что происходит образование аморфных кристаллов, которые нарушают взаимодействие механических иглоподобных кристаллов в сердцевине, тем самым препятствуя образованию более прочной сердцевины. Хелатирующий агент в сахаре, лигносульфонат (например, альдоновая кислота) и экстракционное соединение в основном играют роль блокировки. Эти низкодисперсные водоредуцирующие диспергаторы обычно изготавливаются из лигносульфоната, побочного продукта бумажной промышленности.
Высокомолекулярные суперпластификаторы обычно производятся из сульфонированных нафталиновых конденсатов, хотя поликарбоксилатные эфиры представляют собой более современную альтернативу. Эти высокоэффективные водоредуцирующие добавки используются в количестве от 1/2 до 1/3 от типа лигносульфоната.
Традиционные пластификаторы на основе лигносульфоната и нафталинсульфоната диспергируют частицы флокулированного гипса за счет механизма электростатического отталкивания. В обычных пластификаторах активное вещество адсорбируется на частицах гипса, делая их отрицательно заряженными, что приводит к отталкиванию между частицами. Лигнин и нафталинсульфонатные пластификаторы представляют собой органические полимеры. Длинные молекулы обволакивают частицы гипса, в результате чего они приобретают отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга.
Энергетические материалы
В пиротехнических композициях из высокоэнергетических материалов, особенно в твердых ракетных топливах и бездымных порохах для оружия, часто используются пластификаторы для улучшения физических свойств связующего вещества или всего топлива для обеспечения вспомогательного топлива, а в идеальных условиях — для повышения удельного выхода энергии (например, удельного импульса). Высокоэнергетические пластификаторы улучшают физические свойства высокоэнергетических материалов и в то же время повышают их удельный выход энергии. Высокоэнергетические пластификаторы обычно предпочтительнее не высокоэнергетических, особенно для твердых ракетных топлив. Высокоэнергетические пластификаторы уменьшают массу необходимого топлива, что позволяет ракетам нести большую полезную нагрузку или достигать более высоких скоростей. Однако по соображениям безопасности или стоимости в ракетном топливе могут потребоваться даже неэнергетические пластификаторы. Твердое ракетное топливо используется для заправки космического челнока. В твердотопливном ракетном ускорителе в качестве не высокоэнергетического вторичного топлива используется HTPB, синтетический каучук.
Применение гипсокартона
Пластификатор, используемый в гипсокартоне, также называется диспергатором, который позволяет повысить технологичность гипса до его застывания. Чтобы снизить затраты энергии на сушку гипсовой стены, в процессе производства добавляется меньше воды, и технологичность в это время ухудшается. Добавление пластификатора может улучшить технологичность. Однако если добавить чрезмерное количество пластификатора, то возникнет эффект замедления, а прочность гипсовой сухой стены также ухудшится.
Применение энергетических материалов
В энергетических материалах и пиротехнических средствах обычно используются пластификаторы. С одной стороны, они могут улучшить физические свойства пропеллента или его связующего. С другой стороны, они также могут использоваться в качестве вспомогательного топлива для увеличения тяги, обеспечиваемой единицей массы топлива (т. е. пробивной силы). В твердых ракетных топливах и бездымных порохах пластификаторы особенно необходимы для улучшения физических свойств или увеличения удельного импульса. Пластификаторы, способные увеличить удельный импульс, обычно называют энергетическими пластификаторами. Их преимущество заключается в том, что они позволяют уменьшить массу ракетного топлива, увеличить нагрузку на ракету или повысить ее максимальную скорость.
Упаковка для пищевых продуктов
Полимолочная кислота (PLA) имеет свои уникальные преимущества при использовании в качестве упаковочного материала для пищевых продуктов. Она может полностью заменить традиционные упаковочные материалы, а ее уникальная экологичность позволяет ей занять важное место в будущем развитии упаковочных материалов. Материал PLA имеет гладкую поверхность и высокую степень прозрачности, поэтому он может конкурировать с полистиролом и полиэтилентерефталатом (PET) в области пищевой упаковки. В настоящее время PLA используется в жесткой упаковке для фруктов и овощей, яиц, вареных продуктов и выпечки. Пленка PLA используется для упаковки таких товаров, как сэндвичи, печенье и цветы. Также существует возможность выдувания PLA в бутылки для упаковки воды, супов, продуктов питания и пищевого масла.
Липкая пленка, часто используемая в повседневной жизни, — это неаддитивный материал PE (полиэтилен), который имеет плохую вязкость; другая — липкая пленка PVC (поливинилхлорид), которая содержит большое количество пластификатора, чтобы материал PVC (поливинилхлорид) стал мягче и увеличил вязкость, подходит для упаковки свежих продуктов, поэтому она более широко используется. Еще один продукт, содержащий пластификаторы, — детские игрушки из ПВХ. Европейский союз установил, что содержание пластификаторов в пластиковых игрушках должно составлять менее 0,1 %. Косметические средства, такие как духи и лак для ногтей, которыми часто пользуются женщины, также содержат пластификаторы.
Какова роль пластификаторов и методы их обнаружения?
Роль пластификаторов
Пластификаторы — это сыпучие промышленные продукты, широко используемые в различных областях народного хозяйства, включая пластмассы, резину, клеи, целлюлозу, смолы, медицинские приборы, кабели и тысячи других продуктов.
Например, обычно используется липкая пленка, одна из которых не содержит добавок PE (полиэтилен), но ее вязкость плохая; другая широко используется ПВХ (поливинилхлорид) липкая пленка, есть большое количество пластификаторов, чтобы сделать ПВХ (поливинилхлорид) материал мягким и увеличить вязкость, идеально подходит для упаковки свежих продуктов.
Другой широко доступной продукцией с пластификаторами являются детские игрушки из ПВХ, в ЕС четко прописано, что в пластиковых игрушках содержание пластификаторов должно быть менее 0,1%, но на Тайване нет четких правил или ограничений.
Женщины часто пользуются духами, лаком для ногтей и другой косметикой, фталаты используются в качестве фиксатора аромата, чтобы сохранить запах аромата или сделать пленку лака для ногтей более гладкой.
Метод обнаружения пластификаторов
В настоящее время для обнаружения пластификаторов в основном используются технологии газового анализа и жидкостного анализа. Преимущество газового метода анализа пластификаторов заключается в отсутствии проблем с фоновыми помехами, однако газовый метод для жидких образцов, содержащих воду, не может быть использован непосредственно при обработке образца, а также длительное время работы, около 30 минут, и чувствительность не такая высокая, как у жидкостного метода. С точки зрения ответа на вызовы нормативных актов и увеличения количества источников проб, а также типов пластификаторов, технология жидкостного массового анализа является более перспективной. Однако жидкостно-жидкостный метод имеет и свои недостатки, а именно: фоновая интерференция пластификаторов слишком высока, что серьезно сказывается на характеристиках и количественном определении.